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. / The aim of this thesis was to create a nanocomposite material with increased mechanical properties and biocompatibility.
Chitosan is a linear polysaccharide and is a derivative of chitin. It is highly biocompatible and biodegradable, can form insoluble compounds and can easily be used in massive, porous scaffolds and films. It has been widely used in biomedical applications in areas such as tissue engineering, pharmaceuticals, wound healing and bone substitutes. Prior studies have shown that chitosan increases the number of adherent cells compared with control surfaces.
Carbon nanotubes (CNTs) consist of carbon atoms with appropriate links between them to form a cylindrical tube whose length is several orders of magnitude larger than the diameter of around 103 to 104. CNTs can be either into single or multi walled. The multi-walled CNTs are composed of several concentric layers of carbon nanotubes while the single, one layer. CNTs have excellent mechanical properties such as tensile strength of the order of several GPa and young modulus of the order of TPa, and, as a filler improves the mechanical properties of the matrix, resulting in a nanocomposite material with much better mechanical properties than those of the material matrix.
Taking into account the two above films prepared from chitosan (CS) and two types of chitosan films with different contents of carbon nanotubes 0,001% w / v and 0,002% w / v (CS-CNTs) were and the results were compared.
A mold was designed and built in AutoCAD for the preparation of the into a suitable shape.The mechanical tests were performed with a tensile machine the miniature materials tester MiniMat 2000.
The samples that were tested were: CS, CS-CNTs 0,001% w / v, CS-CNTs 0,002% w / v. The experiments were repeated about 15 times for each case and using the resulting MiniMat2000 graphs stress - strain and the young's modulus of each material was calculated.
The results showed that the young's modulus of CS-CNTs 0,001% w / v was increased at 44% compared to the tensile modulus of the CS and that of CS-CNTs 0,002% w / v was increased at 36% . This suggests that there will be an optimum content of CNTs for which the young's modulus is maximized. Further experiments are necessary to study the material.
Myofibroblasts were used, in order to evaluate the biocompatibility of the materials CS-CNTs and MWCNTs. In particular cytotoxicity, proliferation and apoptosis of cells, were evaluated after for 1, 3 and 8 days of culture.
Test results showed that both MWCNTs and CS-CNTs produced very low toxicity myofibroblasts. The proliferation of Myofibroblasts in the case of cell proliferation was increased after 8 days of cell culture both on MWCNTs and on CS-CNTs. The largest increase was observed on CS-CNTs. Moreover, there was no apoptosis on any of the surfaces, MWCNTs or CS-CNTs.
In summary, we conclude that carbon nanotubes enhance the mechanical properties of the nanocomposite material CS-CNTs, are not cytoxic, do not generate apoptosis and increase the proliferation of sheep Myofibroblasts cells.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5780 |
| Date | 31 January 2013 |
| Creators | Ζησιμοπούλου, Αγγελική-Ελένη |
| Contributors | Δεληγιάννη, Δέσποινα, Zisimopoulou, Aggeliki-Eleni, Δεληγιάννη, Δέσποινα, Βογιατζής, Γεώργιος, Γαλιώτης, Κωνσταντίνος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0193 seconds