توليد داربست هاي پيلمري:جداسازي فاز

[javad jan]

توليد داربست هاي پيلمري:جداسازي فاز
PROCESSING OF POLYMER SCAFFOLDS : PHASE SEPARATION
رويون ژانگ و پيتر – اكس – ما
اين فصل شامل روش هاي جديد آماده سازي داربست هاي پليمر زيست تخريب پذير مصنوعي ازمحلول هاي پليمر از طريق جداسازي فاز است. همچنين قراردادهاي مختلف ساخت داربست هاي بسيارمتخلخل مرتبط با فرآيندهاي مختلف جداسازي فاز را دربر مي گيرد. بلورينگي حلال در محلول پليمرموجب جداسازي فاز مايع – جامد مي گردد. اسفنج بدست آمده در اثر فرآيند جدا سازي فاز مايع – جامد داراي مورفولوژي لوله اي شكل ناهمگون با يك ساختار نردباني شكل داخلي است. اسفنج فوق با شبكه اي از خلل و فرج هاي پيوسته توسط القاي گرمايي جدا سازي فاز مايع – مايع ايجاد مي‌شود. ماتريس رشته اي مصنوعي با فيبرهايي با قطري به مقياس نانومتر توسط فرايند القاي گرمايي انعقادthermally induced gelation process)) تهيه مي شوند. ماتريس هاي نانو رشته اي با ساختار ماكرو متخلخل بوسيله تركيب روش پالايش پروژن و فرآيند القاي گرمايي ژلاتين بدست مي آيند. اسفنج هاي متخلخل پليمرهاي زيست تخريب پذير و آپاتيت هاي استخواني معدني شكل توسط فرآيند جدا سازي فاز مايع – جامد و فرآيند زيست تقليدي تهيه مي شوند.

[javad jan]

-پيشگفتارمهندسي بافت يك روش نويد بخش را در توليد گزينه هاي بيولوژيكي براي كاشتني ها و پروتزها ارائه مي دهد. در اين روش وجود يك داربست بسيار متخلخل جهت استقرار سلولها و هدايت رشد آنها و بازسازي بافت در سه بعد الزامي است. پليمرهاي زيست تخريب پذير مصنوعي مانند پلي – ال – لاكتيد اسيد (PLLA)، پلي گليكوليك اسيد (PGA) و پلي دي، ال – لاكتيك اسيد – كو – گليكوليك اسيد (PLGA) به طور گسترده به عنوان داربست هايي براي فراكاشت سلول و مهندسي بافت بكار برده مي شوند. روشهاي مختلفي براي تهيه داربست هاي بسيار متخلخل از اين پليمرهاي زيست تخريب پذير ارائه شده اند. پالايش ذره اي يك روش تاييد شده براي ساخت اسفنج هاي متخلخل در مهندسي بافت است. تكنولوژي‏هاي بافت به طور گسترده در ساخت چهار چوب‏هاي قابل بافت و غير قابل بافت زيست تخريب پذير براي مهندسي بافت بكار برده مي شوند.
براي ساخت داربست ها از روش خشك سازي امولسيون از طريق انجماد، اسفنج سازي گاز و چاپ سه بعدي بهره برده مي‌شود. امروزه روش جديد تهيه داربست هاي پليمري زيست تخريب پذير بسيار متخلخل يعني جدا سازي فاز القاي گرمايي محلول پليمر و انتقال (خارج سازي) بعدي، بسيار مورد توجه است.
فرآيند جداسازي فاز كنترل شده براي سالهاي متمادي براي تهيه غشاهاي متخلخل پليمر بكار برده مي‌شد.جدا سازي فاز محلول پليمر را مي توان به چندين روش ايجاد كرد، كه شامل جدا سازي فاز از طريق غير حلال، جدا سازي فاز از طريق شيميايي، و جدا سازي فاز از طريق گرمايي (TIPS) مي‌شود. در فرآيند TIPS كه يك روش نسبتاً جديد براي تهيه غشاهاي متخلخل است، دماي محلول پليمر كاهش يافته و جداسازي فاز رخ مي دهد كه فاز اول آن داراي غلظت پليمر بالا (فاز غني از پليمر) و فاز دوم داراي غلظت پليمر كم (فاز عادي از پليمر) است. بعد از خارج سازي حلال از طريق عصاره گيري، تبخير يا تصعيد، پليمر موجود در فاز غني از پليمر به شكل اسكلت سخت شده و فضاهاي اشغال شده در ابتدا توسط حلال، در فاز عادي از پليمر به صورت خلل و فرج اسفنج پليمر در مي آيند. موفولوژي غشاء متخلخل متناسب با پليمر، حلال، غلظت محلول پليمر و دماي جداسازي فاز، تغيير مي كند. غشاهاي بدست آمده از اين فرآيند معمولاً داراي خلل و فرجي با قطر چندين ميكرومتر بوده و معمولاً براي داربست‏هاي مهندسي بافت مناسب نيستند. يك داربست بايد داراي خلل و فرج هايي به اندازه كافي بزرگ براي كاشت سلول و سطحي به اندازه كافي وسيع براي چسبندگي سلول و همچنين افشانندگي(diffusivity) مناسب براي تراوش (نفوذ) مواد غذايي و متابوليت ها باشد. ما در اين فصل بر توسعه روش هاي جداسازي فاز القاي گرمايي براي ساخت داربست هايي با مورفولوژي و خصوصيات تخلخلي كنترل شده براي فراكاشت سلول و كاربردهاي مهندسي بافت تاكيد مي كنيم (شكل1-62). قراردادهاي توسعه يافته در آزمايشگاه ما به عنوان مثالهايي براي شرح اين مباحث بكار برده مي شوند.

[javad jan]

-موادmaterials -پليمرهاpolymers
پلي – ال – لاكتيد اسيد (plla)، پلي دي، ال – لاكتيك اسيد – كو – گليكوليك اسيد (15/85) (plga85) و پلي دي، ال – لاكتيك اسيد – كو – گليكوليك اسيد (50:50) (plga50) با وسيكوزيته ذاتي در حدود 6/1 ، 4/1 و 5/0 از بهرينگر اينگلهايم (اينگلهايم، آلمان).
پلي دي، ال – لاكتيك اسيد – كو – گليكوليك اسيد (25 : 75) (plga75) و ويسكوزيته ذاتي 65/0-5/0 از موسسه بين المللي تكنولوژي هاي مديزورب (سينسيناتي، oh (ايالت اوهايو)
پلي دي ال – لاكتيد (pdlla) با وزن مولكول 103000 از شركت شيميايي سيگما (سنت لوئيس، mo (ايالت ميسوري))

[javad jan]

- حلال هاsolvents

ديوكسان، تتراهيدروفوران –n , n , (thf) دي متيل فور ماميد (dmf)، پريدين، متانول و بنزن از شركت شيميايي آلدريش (ميلواكي، wi (ايالت ويسكانسين) هيدروكسي آپاتيت ​ (hap)، و كليه نمك ها براي تهيه مايع شبيه سازي شده بدني (sbf) از آلدريچ.

[javad jan]

-جدا ساز فاز جامد – مايع solid-liquid phase separation جداسازي فاز القاي گرمايي بر اساس رفتار جنبشي و ترموديناميك محلول پليمر با تغيير دماي محلول عمل كرده و يك فرآيند پيچيده است. بلورينگ حلال در زمان كاهش دما مي تواند موجب جداسازي فاز محلول پليمر شود. اين فرآيند جداسازي فاز را تحت عنوان فرآيند جداسازي فاز مايع- جامد تعريف مي كنيم. در اين حالت، دماي بلورينگي (نقطه انجماد) حلال بالاتر از دماي جداسازي فاز مايع – مايع محلول پليمر است. هنگامي كه دماي محلول كاهش مي يابد، حلال به شكل بلور درآمده و پليمر از سطح آن خارج مي‌شود كه همان جدا سازي فاز جامد – مايع محلول پليمر است. مورفولوژي بلورهاي حلال با حلال بكار رفته، غلظت پليمر و دماي بلورينگي وگراديان دماي اعمال شده به محلول پليمر تغيير مي كند. اسفنج‏هايي با مورفولوژي تخلخل متنوع به شل مدل‏هاي منفي بلورهاي حلال قابل حصول است.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي پليمريPREPARATION OF POLYMER MATRICES اسفنج PLLA و PLGA از طريق جداسازي فاز مايع – جامد بوسيله كاهش دماي محلول پليمر و جهت ايجاد بلورينگي حلال و تصعيد متعاقب حلال تهيه مي‌شود. عموماً، در تهيه اسفنج مراحل ذيل طي مي‌شود. در ابتدا پليمر گزينش شده تحت چرخش مغناطيسي در دماي C50 به مدت 2 ساعت در حلال (اغلب، دي اكسين) حل مي شد. سپس ml2 محلول پليمر – دي اكسين به ظرف تفلون اضافه مي گردد (ml5، كه قبلاً تا دماي C50، گرم شده است) و حل مي‌شود.
ظرف حاوي محلول به سرعت به يخچال يا فريزر با دماي از پيش تنظيم شده منتقل مي‌شود تا حلال سخت شده و موجب جداسازي فاز مايع – جامد شود. تركيب سخت شده به مدت 2 ساعت سرد نگهداري شده و سپس به ظرف انجماد – خشك سازي، حمام نمك – يخ در دماي بين C5- و C10- منتقل مي‌شود. نمونه ها سپس از طريق انجماد mmHg5/0 براي حداقل يك هفته خشك مي شوند تا از حذف كامل حلال مطمئن شويم.

[javad jan]

اسفنج هاي بدست آمده از جداسازي فاز مايع – جامد محلول پليمر داراي مورفولوژي لوله اي بسيار ناهمگون، با ساختار داخلي نردباني شكل هستند (شكل 2-62). در اين روش، كانال ها موازي با جهت سخت شدن (جهت انتقال گرما) بوده و داراي بخش ‏هاي تكراري با فاصله هاي يكنواخت عمود بر جهت سخت شدن (استحكام) هستند. قطر كانال‏ها و فاصل بين بخش هاي تكراري در كانال با نرخ سرد شدن و غلظت پليمر و حلال مورد استفاده تغيير مي كند. براي يك سيستم حلال – پليمر، اندازه متوسط خلل و فرج با كاهش يافتن دما، زياد مي‌شود.
ساختار خلل و فرج بدست آمده از اين پردازش به بلورينگي حلال بستگي دارد. زماني كه دماي محلول پليمر كمتر از نقطه انجماد (دماي بلورينگي) حلال () باشد، حلال به شكل بلور در آمده و فاز پليمر به صورت ناخالصي از سطح بلورينگي خارج مي‌شود. فاز پيوسته غني از پليمر در اثر تجمع پليمر خارج شده از هر بلور منفرد حلال شكل مي گيرد. پس از تصعيد بلورهاي حلال، اسفنجي با مورفولوژي خلل و فرج هايي به شكل اثر انگشت بلورهاي حلال ايجاد مي‌شود. گراديان دما در امتداد مسير سخت شدن (استحكام) (از سطح نمونه تا مركز نمونه) مي تواند منجر به ساختار بسيار ناهمگون خلل و فرج شود.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي كامپوزيت پليمر-HAP
PREPARATION OF POLYMER – HAP COMPOSITE MATRICES
اسفنج هاي كامپوزيت پليمر وهيدروكسي اپتيت را مي توان با جداسازي فاز مايع – جامد تركيب حلال – پليمر- HAPو تصعيد متعاقب حلال توليد كرد. تركيب حلال – پليمر – HAP از طريق اضافه نمودن پودر HAP به محلول پليمر بدست آمده، تهيه مي‌شود. اين تركيب در طول شب در دماي اطاق چرخانده شده تا يك تركيب هموژن بدست آيد. سپس تركيب تا زمان القاي جداسازي فاز سردشده و حلال مانند فرايند ذكر شده براي ماتريس‏هاي پليمر تحت خلاء تصعيد مي‌شود. در اين روند، ml2 تركيب دي اكسين – PLLA-HAP بجاي محلول پليمر در ظرف تفلون بكار مي رود تا اسفنج كامپوزيت بدست آيد. تركيب نهايي اسفنج كامپوزيت HAP-PLLA بوسيله غلظت محلول پليمر و مقدار HAP در تركيب تعيين مي‌شود.
روش جدا سازي فاز مايع – جامد، يك ساختار پيوسته از خلل، فرج‏هاي نامنظم متصل به هم در اسفنج پليمر- HAP كه با اسفنج پليمري خالص بسيار تفاوت دارد ايجاد مي كند (شكل 3-62). اندازه خلل و فرج هاي نامنظم از چندين ميكرومتر تا حدود ​300 است. ديواره خلل و فرج ها از پليمر و HAP تشكيل شده است.

[javad jan]

ذرات hap افزوده شده به محلول پليمر، بلورينگي حلال را به هم زده و با تاخير انداختن در رشد بلور، بلورينگي حلال را تغيير مي دهد و در نتيجه منجر به شكل گيري بلورهاي نامنظم بيشتري مي‌شود. از طرف ديگر، هم ذرات hap و هم پليمر از سطح بلورينگي خارج شده و فاز غني از پليمر- hap را ايجاد مي كند. ذرات hap به طور تصادفي در ماتريس پليمر توزيع مي شوند. بعد از تصعيد حلال، فاز غني از پليمر- hap چارچوب پيوسته اسفنج پليمر – hap را تشكيل داده و فضاهاي اشغال شده اوليه توسط بلورهاي حلال بصورت خلل و فرج هاي اسفنج درمي آيند. در نتيجه رشد نامنظم بلور حلال، خلل و فرج هاي نامنظم موفولوژي غالب اسفنج كامپوزيت پليمر- hap را ايجاد مي كنند.
در فرآيند جداسازي فاز مايع – جامد، ميكروساختار اسفنج كامپوزيت را مي توان با تغيير غلظت پليمر، مقدار hap، دماي فرونشاني، پليمر، و حلال بكار رفته كنترل كرد. هم اندازه خلل و فرج و هم ميزان تخلخل با كاهش غلظت پليمر و مقدار hap افزايش مي يابد. همچنين، خصوصيات مكانيكي اسفنج هاي كامپوزيت بطور قابل ملاحظه اي نسبت به اسفنج هاي پليمري خالص بهبود مي يابد. كامپوزيت‏هاي حاوي hap، موادي با خصوصيات هدايت استخواني خوب بوده و داربست هاي مناسبي براي مهندسي بافت استخوان به شمار مي روند.

[javad jan]

- تهيه ماتريس هاي كامپوزيت پليمر آپاتيت توسط فرآيند زيست تقليدي
PREPARATION OF POLYMER-APATITE COMPOSITE MATRICES BY A BIOMIMETIC PROCESS
فرآيند زيست تقليدي جهت شكل دهي آپاتيت در اسفنج هاي پليمري بدست آمده از جداسازي فاز جامد- مايع بكار برده مي‌شود. اسفنج هاي پليمري توسط جدا سازي فاز جامد- مايع كه در ارتباط با ماتريس‏هاي پليمر تشريح شد، تهيه مي شوند. مايع شبيه سازي شده بدن (SBF) با حل كردن مواد شيميايي با درجه معرف
(Na2So4, CaCl2, MgCl2 .6H2O , K2HPO4. 3H2O, KCl, NaHCo3 ,NaCl) در آب يون زدايي شده تهيه مي شود، و غلظت هاي يون غير آلي آنها 5/1 برابر پلاسماي خون انسان است. اين مايع در PH برابر 4/7 در] با تريس (هيدرو كسي متيل) آمينومتان [] و اسيد هيدروكلريك (HCl) تثبيت مي‌شود. پنج گونه اسفنج پليمري مثلث شكل با ابعاد mm6*mm8*mm12 در ml100 SBF كه در يك بطري شيشه اي حفظ شده است، در دماي [] غوطه ور مي شوند. SBF هر يك روز در ميان عوض مي‌شود. بعد از نگهداري در مدت زمان هاي مختلف، گونه ها از مايع خارج شده و در طول يك شب در ml100 آب يون زدايي شده غوطه ور مي شوند تا يون‏هاي غير- آلي قابل حل خارج شوند، سپس در دماي اتاق خشك مي‌شود.






اسفنج كامپوزيت بدست آمده داراي تعداد زيادي ميكرو ذرات آپاتيت رشد يافته بر روي سطوح ديواره هاي خلل و فرج است (شكل 4-62). ذرات آپاتيت مشابه آپاتيت استخوان طبيعي در تركيبات و ساختارهاي تشريح شده با ميكروسكوپي اسكن الكتروني (SEM)، اسپكتروسكوپي تفرق انرژي (EDS)، انكسار اشعه X (XRD) و تحليل تبديل فوريه (FTIR) IR مي باشد. تعداد و اندازه ذرات با فاكتورهاي مختلفي مانند، زمان نگهداري، غلظت يوني SBF، ناحيه سطح پليمر و اصلاح سطح، كنترل مي شوند. چگالي (تعداد ذرات در واحد سطح)، قطر متوسط ذره و جرم كل آپاتيت با زمان نگهداري افزايش مي يابد. خصوصيات مكانيكي اين ماتريس كامپوزيت جديد بطور قابل ملاحظه اي نسبت به ماتريس پليمر خالص اصلاح شده و نيز با زمان نگهداري افزايش مي يابد. از آنجا كه ذرات آپاتيت بر روي ديواره هاي خلل و فرج تقليدي از استخوان معدني تشكيل مي شوند، انتظار بهبود هدايت استخواني مي رود.

[javad jan]

- تهيه ماتريس هاي كامپوزيت پليمر آپاتيت توسط فرآيند زيست تقليدي
PREPARATION OF POLYMER-APATITE COMPOSITE MATRICES BY A BIOMIMETIC PROCESS
فرآيند زيست تقليدي جهت شكل دهي آپاتيت در اسفنج هاي پليمري بدست آمده از جداسازي فاز جامد- مايع بكار برده مي‌شود. اسفنج هاي پليمري توسط جدا سازي فاز جامد- مايع كه در ارتباط با ماتريس‏هاي پليمر تشريح شد، تهيه مي شوند. مايع شبيه سازي شده بدن (SBF) با حل كردن مواد شيميايي با درجه معرف
(Na2So4, CaCl2, MgCl2 .6H2O , K2HPO4. 3H2O, KCl, NaHCo3 ,NaCl) در آب يون زدايي شده تهيه مي شود، و غلظت هاي يون غير آلي آنها 5/1 برابر پلاسماي خون انسان است. اين مايع در PH برابر 4/7 در با تريس (هيدرو كسي متيل) آمينومتان و اسيد هيدروكلريك (HCl) تثبيت مي‌شود. پنج گونه اسفنج پليمري مثلث شكل با ابعاد mm6*mm8*mm12 در ml100 SBF كه در يك بطري شيشه اي حفظ شده است، در دماي غوطه ور مي شوند. SBF هر يك روز در ميان عوض مي‌شود. بعد از نگهداري در مدت زمان هاي مختلف، گونه ها از مايع خارج شده و در طول يك شب در ml100 آب يون زدايي شده غوطه ور مي شوند تا يون‏هاي غير- آلي قابل حل خارج شوند، سپس در دماي اتاق خشك مي‌شود.






اسفنج كامپوزيت بدست آمده داراي تعداد زيادي ميكرو ذرات آپاتيت رشد يافته بر روي سطوح ديواره هاي خلل و فرج است (شكل 4-62). ذرات آپاتيت مشابه آپاتيت استخوان طبيعي در تركيبات و ساختارهاي تشريح شده با ميكروسكوپي اسكن الكتروني (SEM)، اسپكتروسكوپي تفرق انرژي (EDS)، انكسار اشعه X (XRD) و تحليل تبديل فوريه (FTIR) IR مي باشد. تعداد و اندازه ذرات با فاكتورهاي مختلفي مانند، زمان نگهداري، غلظت يوني SBF، ناحيه سطح پليمر و اصلاح سطح، كنترل مي شوند. چگالي (تعداد ذرات در واحد سطح)، قطر متوسط ذره و جرم كل آپاتيت با زمان نگهداري افزايش مي يابد. خصوصيات مكانيكي اين ماتريس كامپوزيت جديد بطور قابل ملاحظه اي نسبت به ماتريس پليمر خالص اصلاح شده و نيز با زمان نگهداري افزايش مي يابد. از آنجا كه ذرات آپاتيت بر روي ديواره هاي خلل و فرج تقليدي از استخوان معدني تشكيل مي شوند، انتظار بهبود هدايت استخواني مي رود.

[javad jan]

-جداسازي فاز مايع – مايعliquid – liquid phase separation زماني كه دماي بلورنيگي حلال بسيار كمتر از دماي جداسازي فاز محلول پليمر آمورف باشد، در اثر كاهش دماي محلول پليمر نسبت به بالاترين دماي بحراني محلول، تفكيك فاز مايع – مايع رخ مي دهد. شكل 5-62، نمودار يك فاز تعادلي معمولي سيستم محلول پليمر آمورف را نشان مي دهد. منحني اسپينودال منطقه تفكيك فاز مايع – مايع را به دو ناحيه ترموديناميكي فراپايدار(ناحيه بين بينودال اسپينودال) و ناحيه ترموديناميكي ناپايدار (ناحيه محدود شده توسط اسپينودال) تقسيم مي كند.
زماني كه يك محلول پليمر هموژن در اثر يكي از دو مكانيزم: هسته اي شدن و رويش يا تجزيه اسپينودال، تا دماي تركيب كمتر از دماي تجزيه بينودال سرد شود، نيرويي به وجود خواهد آمد كه منجر به تفكيك سيستم به دو فاز غني از پليمر و عاري از پليمر مي‌شود. در يك محلول پليمر با غلظت بسيار كم، زماني كه نقطه دماي تركيب زير ناحيه فرا پايدار قرار گيرد، آرايش ساختار ممكن حاوي قطرات فاز غني از پليمر پراكنده در ماتريس فاز عاري از پليمر مي‌شود. در اين حالت پس از خارج سازي حلال، پليمر جامد پودري شكل بدست مي آيد (شكل 1-62). زماني كه نقطه دماي تركيب زير ناحيه ناپايدار قرار گيرد، ساختار زيست پيوسته اي بدست مي آيد كه در آن فاز غني از پليمر و فاز عاري از پليمر كاملاً با هم پيوند خورده اند كه اين وضعيت در اثر تجزيه اسپينودال خواهد بود. اسفنجهاي با ساختار شبكه خلل و فرجي پيوسته، پس از حذف حلال از اين سيستم تفكيك فازي بدست مي آيند (شكل 1-62) زماني كه نقطه دماي تركيب زير ناحيه فرا پايدار محلول پرغلظت پليمر قرار گيرد، قطرات فاز عاري از پليمر در ماتريس فاز غني از پليمر شكل گرفته و اسفنجي با ساختار خلل و فرج بسته بدست مي آيد. (شكل 1-62)

[javad jan]

در يك محلول پليمر نيمه بلورين، تفكيك فازي به سبب بلورينگي پليمر بسيار پيچيده‏تر است. اگر دماي محلول پليمر به اندازه كافي پايين باشد، محلول دچار نيروهاي رانش براي تفكيك فاز مايع – مايع و بلورينگي پليمر شده و ساختار نهايي سيستم را تعيين مي‏كند بطور كلي، تفكيك فاز مايع – مايع سريعتر از بلورينگي پليمر اتفاق مي افتد. محلول در ابتدا تفكيك فاز مايع – مايع را تجربه كرده و سپس بلورينگي پليمر در فاز غني از پليمر رخ مي دهد كه مورفولوژي محلول تفكيك فاز اساساً به تفكيك فاز مايع مايع بستگي پيدا مي كند. در برخي موارد، محلول پليمر در خلال فرآيند سردسازي به شكل ژل در ميآيد. ژل شدگي فرآيندي است كه در آن كل محلول پليمر به شكل ژل كه شبكه اي از زنجيره هاي پليمري همبر(cross-linked) با حلال به دام افتاده در شبكه است سخت مي‌شود. در يك محلول پليمري نيمه بلورين، چفت شدگي توده هاي كوچك بلور، در شكل گيري ژل نقش كليدي بازي مي كنند. در اثر حذف حلال از ژل ساختار بسيار متخلخلي بدست مي آيد.
زماني كه دماي بلورينگي پليمر بالاتر از دماي اسپينو دال باشد، بلورينگي پليمر در محلول قبل از تفكيك فاز اسپينودال در طول فرآيند سردسازي رخ مي دهد. اگر محلول پليمر به اندازه كافي در دماي بالاتر از دماي اسپينودال نگهداري شود، محلول دچار تفكيك فاز القاي بلورينگي شده كه نوعي ديگر از تفكيك فاز مايع – جامد است. فاز غني از پليمر توسط هسته اي شدن و رويش بلورهاي پليمر ايجاد مي‌شود. پليمر پلاكت شكل در ماتريس فاز عاري از پليمر به حالت تعليق درامده و يا به سرعت د محلول ته نشين مي‌شود. زماني كه غلظت پليمر به اندازه كافي بالا باشد، عمل ژل شدگي نيز در فرآيند فاز تفكيك رخ مي دهد كه از آن مي توان براي ساخت اسفنج هاي پليمري استفاده كرد.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي پيوسته شبكه پليمر
PREPARATION OF CONTINOUS NETWORK POLYMER MATRICES
تفكيك فاز مايع – مايع القا شده گرمايي محلول پليمر را مي توان با انتخاب يك حلال با نقطه انجماد پايين تر از دماي تفكيك فاز محلول پليمر ايجاد كرد. براي پلي - هيدروكسيل اسيدها، تركيب دي اكسين و آب براي دستيابي به تفكيك فاز مايع – مايع بكاربرده مي‌شود. يك محلول پليمر صاف، (كه قبلا تا دماي 60C گرم شده باشد) تا دماي از قبل تعيين شده سرد گشته تا عمل تفكيك فاز مايع – مايع صورت گيرد. سپس محلول منجمد شده به داخل ظرف خشك سازي – انجماد، در دماي بين [- و 10C- در حمام يخ – نمك منتقل مي‌شود. بعد از خشك سازي از طريق انجماد براي يك هفته در mmHg5/0، حلال كاملاً خارج شده و اسفنجي متخلخل باقي مي ماند.





بسته به اينكه تفكيك فاز در كدام قسمت نمودار فاز دما – تركيب محلول پلير رخ دهد، از طريق تفكيك فاز مايع – مايع مي توان، هم ماده پودري شكل و هم اسفنجي با شبكه خلل و فرج پيوسته همگن بدست آورد (شكل 6-62). ساختار نهايي ماتريس حاصل از تفكيك فاز مايع – مايع به غلظت محلول پليمر، دماي فرونشاني (quenching temperature) و وزن مولكولي پليمر بستگي دارد. بطور كلي، ساختار پودر شكل از محلول پليمر با غلظت بسيار كم بدست مي آيد در حاليكه اسفنج با ساختار خلل و فرج همگن از محلول پليمري كه داراي غلظت نسبتا بالاتر است حاصل مي‌شود. در غلظت يكسان، پليمري كه داراي وزن مولكولي بالاتري است براي ايجاد آرايش ساختار يكنواخت خلل و فرج همگن مطلوب تر است. در يك محدوده غلظت مشخص پليمر، دماي فرونشاني كمتر (نرخ سرد سازي بالاتر) معمولاً منجر به ايجاد شبكه خلل و فرج در هم با اندازه خلل و فرج يكنواخت مي‌شود. دماي فرونشاني بالاتر (نرخ سرد سازي پايين تر) منجر به خلل و فرج هاي بزرگ تر با توزيع اندازه خلل و فرج وسيع تر مي گردد.
اندازه خلل و فرج اسفنج از تفكيك فاز مايع – مايع بدست آمده كه معمولاً از چندين ميكرومتر تا چند ده ميكرومتر است. فاز تفكيك شده غير دقيق (نامرغوب) در طول مراحل پاياني تفكيك فازي فاكتور ديگر است كه بر مورفولوژي فاز سيستم تاثير مي گذارد. زماني كه نمونه در دماي تفكيك فازي قرار مي گيرد، اندازه متوسط قطرات متناسب با كاهش تعداد قطرات در واحد حجم ميل به افزايش مي يابند، نيروي رانش براي چنين افزايشي در اندازه متوسط قطرات، تمايل سيستم در كمينه كردن انرژي آزاد بين سطحي يا به حداقل رساندن سطح درون لايه اي بين فازهاي غني از پليمر و عاري از پليمر است. اين پديده را مي توان براي كنترل اندازه خلل و فرج اسفنج هاي تهيه شده از تفكيك فاز مايع – مايع، بخصوص براي ساختارهاي متخلخل داربست هاي پليمري مهندسي بافت كه در آنها اندازه مناسب خلل و فرج براي كاشت سلول الزامي است بكار برد.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي پليمري با شبكه نانو رشته اي
PREPARATION OF POLYMER MATRICES WITH NANOFIBROUS NETWORK
براي تهيه ماتريس هاي نانو رشته اي PLLA بسيار متخلخل از محلول PLLA القاء شده انعقاد گرمايي بايد سيستم حلال مناسب انتخاب شود. بطور كلي، مراحل پردازش عبارتند از:
1-محلول ml2 PLLA (كه قبلاً تا دماي C50 گرم شده باشد) به ظرف تفلون اضافه مي‌شود. ظرف حاوي محلول PLLA بلافاصله در يخچال يا فريزر با دماي از پيش تعيين شده براي ژل شدن قرار داده مي‌شود. سيستم هاي حلال مختلفي (از جمله THF ، DMF ، پيريدين، THF- متانول، دي اكسين – متانول، دي اكسين-H2O ، دي اكسين – استون) براي تهيه ژل هاي پليمر بكار برده مي‌شود. زمان ژل سازي به دما، حلال و غلظت PLLA محلول بستگي دارد. بعد از ژل شدگي و قبل از شروع مرحله بعدي، ژل در دماي ژلاتيني براي 2 ساعت ديگر نگهداري مي‌شود.
2-ظرف حاوي ژل براي تعويض حلال در آب مقطر غوطه ور مي‌شود. آب سه بار در روز و به مدت 2 روز عوض مي گردد.
3-سپس ژل از آب خارج شده و توسط تكه كاغذ صافي پالايش مي‌شود و در دماي C20- به مدت 2 ساعت در فريزر قرار مي گيرد.
4-ژل منجمد شده را در ظرف خشك ساز – انجماد در دماي 5- تا C10- در حمام يخ –نمك قرارداده و سپس تحت خلاء (mmHg5/0(< براي يك هفته از طريق انجماد خشك مي كنيم.

[javad jan]

از طريق فرآيند ژل سازي، مي توان شبكه هاي سه بعدي نانو رشته اي را از محلول PLLA بدست آورد (شكل 7-62). شبكه رشته اي داراي رشته هايي (فيبرهايي) با قطر 50 تا mm500 است. آرايش شبكه اي رشته ها به دماي ژل سازي حلال محلول PLLA بستگي دارد. بطور كلي، در دماي ژل سازي پايين، ساختار نانو رشته اي، شكل مي گيرد. همچنين دماي ژل سازي براي ساختار رشته اي بستگي به حلال بكار رفته دارد. براي يك محلول PLLA-THF ، دماي ژل سازي براي تشكيل ساختار نانو رشته‏اي بايد كمتر از حدود C15 باشد. تخلخل ماتريس نانو رشته اي با افزايش غلظت پليمر كاهش مي يابد در حاليكه خصوصيات مكانيكي (از قبيل مدول يانگ و استحكام كششي) با غلظت پليمر افزايش مي يابد.
فرآيند ژل سازي ساخت ماتريس هاي رشته اي داراي مزاياي مختلفي است. كه از آنجمله عدم نياز به تجهيزات مي باشد كه بر عكس روش ساخت پارچه‏هاي غير بافتي با تكنولوژي نساجي است. اين فرآيند همچنين بسيار ساده تر است. ايجاد رشته هايي با قطر مشابه ماتريس هاي برون سلولي طبيعي با واحد نانومتر در تكنولوژي نساجي بسيار مشكل و يا حتي غيرممكن است. اين فرآيند را مي توان بوسيله قالب، مستقيماً براي ساخت داربست به شكل آناتومي قسمتي از بدن بكار برد. نرخ سطح به حجم در اين روش بسيار بالاتر از آن دسته پارچه هاي رشته اي غير بافتي تكنولوژي نساجي يا اسفنج هاي ساخته شده با روش هاي ديگر است.
هر چقدر كه مساحت سطح بالاتر باشد، چسبندگي سلول افزايش مي يابد. براي بسياري از انواع سلولها جابجايي سلول، رشد و عملكردهاي متمايز سلول، همگي بستگي به چسبندگي سلول دارند. بنابراين ماتريس هاي برون سلولي غير بافتي مصنوعي شرايط (محيط) بهتري براي چسبندگي، تكثير و عملكرد سلول فراهم مي كنند.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي پليمري با ساختار پلاكت شكل
preparation of polymer matrices with plateletlike structure
ماتريس plla بسيار متخلخل با ساختار پلاكت شكل از القاي گرمايي ژلاتيني محلول plla در دماي نسبتاً بالا تهيه مي شوند. همچنين حلال هاي بكار رفته در تهيه ماتريس هاي نانو رشته اي را مي توان جهت ساخت ماتريس هايي با ساختار پلاكت شكل نيز بكار برد. فرآيند تهيه اسفنج ها با ساختار پلاكت شكل مشابه آن چيزي است كه در رابطه با شبكه هاي نانو رشته اي توصيف شده البته، دماي ژل سازي بايد متناسب با حلال بكار رفته، بالاتر باشد. براي يك محلول plla-thf، اسفنج هاي با ساختار پلاكت شكل در دماي ژل سازي بالاتر از c20 شكل مي گيرند (شكل 8-62). هسته سازي و رشد بلورهاي plla در دماي بالاتر از دماي تفكيك فاز اسپينودال مي توان سبب شكل گيري ساختار پلاكت شكل شود.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي نانو رشته اي با ساختار ماكرو متخلخل
PREPARATION OF NANOFIBROUS MATRICES WITH MACROPORE STRUCTURE
ماتريس رشته اي سه بعدي تهيه شده از ژلاتين محلول PLLA داراي خلل و فرج هايي با اندازه متوسط (فاصله بين رشته ها) چندين ميكرومتر هستند. البته، داربست هاي مهندسي بافت بايد داراي خلل و فرج هاي حداقل چند ده ميكرومتر باشند تا به خوبي دانه هاي سلول را در خود جاي دهند. براي بدست آوردن داربست هايي با ساختار نانو رشته اي و خلل و فرج هايي به اندازه كافي بزرگ براي كشت سلولي، تركيبي از روش‏هاي ژل سازي و پالايش پروژن بكار برده مي‌شود.
ذرات شكر به عنوان پروژن براي تهيه داربست هايي با ساختار نانو رشته اي و معماري ماكرو متخلخل به كار برده مي شوند. محلول پليمر از پيش گرم شده به آرامي بر روي ذرات شكر در قالب چكانده شده و سپس تا دماي ژلاتيني از پيش تعيين شده سرد مي‌شود. سپس كامپوزيت ژل – شكر در آب مقطر غوطه ور شده تا خروج حلال و پالايش شكر از كامپوزيت به طور همزمان انجام گيرد. ژل بعد از 4 روز از آب خارج شده و با كاغذ صافي پاك گرديده و به مدت 2 ساعت در دماي C20- در فريزر قرار داده مي‌شود. ژل منجمد شده در دماي 5- تا C10- در حمام يخ – نمك تحت خلاء (mmHg5/0<) براي يك هفته از طريق انجماد خشك مي‌شود. با تركيب روش ژل سازي و پالايش پروژن، يك ماتريس سه بعدي با معماري ماكرو متخلخل از كامپوزيت شكر – PLLA تهيه مي‌شود. (شكل 9-62).
برخلاف ديواره خلل و فرج اسفنج هاي تهيه شده با روش سنتي پالايش نمك، ديواره خلل وفرج ماتريس هاي جديد داراي شبكه نانو رشته اي است. ميكرو ساختار رشته اي به عنوان داربستي براي مهندسي بافت مي تواند چسبندگي سلول ها را افزايش داده و ساختمان ماكرو متخلخل آن، ساختار متخلخلي ايجاد مي كند كه براي توزيع فضايي سلول مطلوب است.

[javad jan]

-تهيه ماتريس هاي پيوسته شبكه پليمر
PREPARATION OF CONTINOUS NETWORK POLYMER MATRICES
تفكيك فاز مايع – مايع القا شده گرمايي محلول پليمر را مي توان با انتخاب يك حلال با نقطه انجماد پايين تر از دماي تفكيك فاز محلول پليمر ايجاد كرد. براي پلي http://pnu-club.com/imported/mising.jpg - هيدروكسيل اسيدها، تركيب دي اكسين و آب براي دستيابي به تفكيك فاز مايع – مايع بكاربرده مي‌شود. يك محلول پليمر صاف، (كه قبلا تا دماي 60C گرم شده باشد) تا دماي از قبل تعيين شده سرد گشته تا عمل تفكيك فاز مايع – مايع صورت گيرد. سپس محلول منجمد شده به داخل ظرف خشك سازي – انجماد، در دماي بين http://pnu-club.com/imported/mising.jpg5C- و 10C- در حمام يخ – نمك منتقل مي‌شود. بعد از خشك سازي از طريق انجماد براي يك هفته در mmHg5/0، حلال كاملاً خارج شده و اسفنجي متخلخل باقي مي ماند.





بسته به اينكه تفكيك فاز در كدام قسمت نمودار فاز دما – تركيب محلول پلير رخ دهد، از طريق تفكيك فاز مايع – مايع مي توان، هم ماده پودري شكل و هم اسفنجي با شبكه خلل و فرج پيوسته همگن بدست آورد (شكل 6-62). ساختار نهايي ماتريس حاصل از تفكيك فاز مايع – مايع به غلظت محلول پليمر، دماي فرونشاني (quenching temperature) و وزن مولكولي پليمر بستگي دارد. بطور كلي، ساختار پودر شكل از محلول پليمر با غلظت بسيار كم بدست مي آيد در حاليكه اسفنج با ساختار خلل و فرج همگن از محلول پليمري كه داراي غلظت نسبتا بالاتر است حاصل مي‌شود. در غلظت يكسان، پليمري كه داراي وزن مولكولي بالاتري است براي ايجاد آرايش ساختار يكنواخت خلل و فرج همگن مطلوب تر است. در يك محدوده غلظت مشخص پليمر، دماي فرونشاني كمتر (نرخ سرد سازي بالاتر) معمولاً منجر به ايجاد شبكه خلل و فرج در هم با اندازه خلل و فرج يكنواخت مي‌شود. دماي فرونشاني بالاتر (نرخ سرد سازي پايين تر) منجر به خلل و فرج هاي بزرگ تر با توزيع اندازه خلل و فرج وسيع تر مي گردد.
اندازه خلل و فرج اسفنج از تفكيك فاز مايع – مايع بدست آمده كه معمولاً از چندين ميكرومتر تا چند ده ميكرومتر است. فاز تفكيك شده غير دقيق (نامرغوب) در طول مراحل پاياني تفكيك فازي فاكتور ديگر است كه بر مورفولوژي فاز سيستم تاثير مي گذارد. زماني كه نمونه در دماي تفكيك فازي قرار مي گيرد، اندازه متوسط قطرات متناسب با كاهش تعداد قطرات در واحد حجم ميل به افزايش مي يابند، نيروي رانش براي چنين افزايشي در اندازه متوسط قطرات، تمايل سيستم در كمينه كردن انرژي آزاد بين سطحي يا به حداقل رساندن سطح درون لايه اي بين فازهاي غني از پليمر و عاري از پليمر است. اين پديده را مي توان براي كنترل اندازه خلل و فرج اسفنج هاي تهيه شده از تفكيك فاز مايع – مايع، بخصوص براي ساختارهاي متخلخل داربست هاي پليمري مهندسي بافت كه در آنها اندازه مناسب خلل و فرج براي كاشت سلول الزامي است بكار برد.