Ανάπτυξη νέων σύνθετων βιοϋλικών με ενίσχυση νανοσωλήνων άνθρακα : μηχανικές ιδιότητες & βιοσυμβατότητα

• Κύριος συγγραφέας: Ζησιμοπούλου, Αγγελική-Ελένη
• Άλλοι συγγραφείς: Δεληγιάννη, Δέσποινα
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2013
• Θέματα: Βιοϋλικά; Νανοσωλήνες άνθρακα; Biomaterials; Carbon nanotubes

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η δημιουργία ενός νανοσύνθετου υλικού με αυξημένες μηχανικές ιδιότητες και βιοσυμβατότητα. Η χιτοζάνη είναι ένας γραμμικός πολυσακχαρίτης και είναι παράγωγο της χιτίνης. Είναι ιδιαίτερα βιοσυμβατή και βιοδιασπώμενη, μπορεί να πραγματοποιήσει αδιάλυτες ενώσεις και μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε ογκώδη, πορώδη ικριώματα και φιλμς, Έχει ευρεία χρήση σε βιοφαρμακευτικές εφαρμογές σε τομείς όπως η μηχανική ιστών, τα φάρμακα, η θεραπεία πληγών και τα υποκατάστατα οστών. Μελέτες που προηγήθηκαν έδειξαν πως η χιτοζάνη αυξάνει τον αριθμό των κυττάρων που έχουν προσκολληθεί σε σύγκριση με τις επιφάνειες ελέγχου. Οι νανοσωλήνες άνθρακα αποτελούνται από άτομα άνθρακα με κατάλληλους δεσμούς μεταξύ τους ώστε να σχηματίζουν έναν κυλινδρικό σωλήνα του οποίου το μήκος είναι πολλές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από τη διάμετρο του, περίπου 103 με 104. Οι νανοσωλήνες άνθρακα διακρίνονται σε μονού και πολλαπλού τοιχώματος. Οι πολλαπλού τοιχώματος αποτελούνται από πολλές στρώσεις ομόκεντρων νανοσωλήνων άνθρακα ενώ οι μονού, από μία. Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, όπως εφελκυστική αντοχή μερικά GPa και μέτρο ελαστικότητας μερικά TPa, και, σαν έγκλεισμα, βελτιώνουν τις μηχανικές ιδιότητες της μήτρας, δίνοντας ένα νανοσύνθετο υλικό με πολύ καλύτερες μηχανικές ιδιότητες από αυτές που έχει το υλικό της μήτρας. Λαμβάνοντας υπ’ όψη τα δύο παραπάνω, παρασκευάστηκαν φιλμς από χιτοζάνη (CS) και δύο ειδών φιλμς από χιτοζάνη με διαφορετικές περιεκτικότητες σε νανοσωλήνες άνθρακα 0,001% w/v και 0,002% w/v (CS-CNTs). Κατόπιν κόπηκαν κατάλληλα δοκίμια CS και CS-CNTs καταπονήθηκαν σε εφελκυσμό. Η εφελκυστική μηχανή που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο μικρογραφικός ελεγκτής υλικών MiniMat 2000. Τα προς εξέταση δείγματα που εφελκύστηκαν ήταν: CS, CS-CNTs 0,001% w/v, CS-CNTs 0,002% w/v. Τα πειράματα επαναλήφθηκαν περίπου 15 φορές για κάθε περίπτωση και με χρήση του MiniMat2000 προέκυψαν οι γραφικές παραστάσεις τάσης – παραμόρφωσης και με τους κατάλληλους υπολογισμούς βρέθηκε το μέτρο ελαστικότητας κάθε υλικού. Μετά τα πειράματα της μηχανικής καταπόνησης παρατηρήθηκε ότι το μέτρο ελαστικότητας του CS-CNTs 0,001% w/v εμφάνισε αύξηση της τάξεως 44% σε σύγκριση με το μέτρο ελαστικότητας της CS ενώ του CS-CNTs 0,002% w/v εμφάνισε αύξηση της τάξεως 36%. Από αυτό συμπεραίνουμε πως θα υπάρχει μια μέση τιμή πρόσμιξης CNTs για την οποία μεγιστοποιείται το μέτρο ελαστικότητας. Περαιτέρω πειράματα κρίνονται αναγκαία για την μελέτη του υλικού. Ο έλεγχος της βιοσυμβατότητας των υλικών CS-CNTs και MWCNTs έγινε με καλλιέργεια πρόβειων μυοϊνοβλαστικών κυττάρων. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν ήταν ο έλεγχος της κυτταροτοξικότητας, του πολλαπλασιασμού και της απόπτωσης για μυοϊνοβλαστικά κύτταρα, τα οποία εξετάστηκαν για 1, 3 και 8 ημέρες. Τα αποτελέσματα του ελέγχου της κυτταροτοξικότητας έδειξαν ότι και τα δυο MWCNTs και CS-CNTs παρήγαγαν πολύ χαμηλό επίπεδο τοξικότητας. Τα αποτελέσματα του πειράματος του πολλαπλασιασμού έδειξαν ότι στην περίπτωση των μυοϊνοβλαστικών κυττάρων υπήρξε αύξηση του πολλαπλασιασμού μετά από 8 ημέρες κυτταροκαλλιέργειας και για τα MWCNTs και τη CS-CNTs. Η μεγαλύτερη αύξηση παρατηρήθηκε στη CS-CNTs. Επιπλέον, δεν υπήρξε απόπτωση σε καμία επιφάνεια, όσο και για τα MWCNTs και για τη CS-CNTs. Συνοψίζοντας, καταλήγουμε ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα αυξάνουν τις μηχανικές ιδιότητες του νανοσύνθετου υλικού CS-CNTs, δεν επηρεάζουν αξιοσημείωτα την κυτταροτοξικότητα, δεν δημιουργούν απόπτωση και αυξάνουν τον πολλαπλασιασμό των πρόβειων μυοϊνοβλαστικών κυττάτων.