نانو ذرات ميله اي زيست فعال به عنوان پركننده جديد براي بهبود خواص پلي استر ابرمولكولي: سنتز و كاربرد

Bioactive rod-like nanoparticles as novel filler for improving the properties of supramolecular polyester: synthesis and application

موضوع تحقيق استفاده از نانو ذرات هيدروكسي آپاتيت (HAp) در پليمرهاي سنتي به عنوان فاز تقويت كننده گزارش شده است. در حاليكه تعداد گزارشات در رابطه با تاثير مورفولوژي HAp بر روي خواص مكانيكي ماتريس پليمري محدود است، تاكنون تحقيقي در رابطه با اين اثر بر روي پليمرهاي ابرمولكولي ارايه نشده است. اين مطالعه اين فرضيه را بررسي مي كند كه واردسازي نانوذرات HAp رشد يافته از يك جهت (نانوذرات ميله اي، rHAp) به درون پلي كاپرولاكتون ابرمولكولي (SPCL) منجر به سنتز يك ساختمان جديد زيست فعال مي شود. روش تحقيق براي اين منظور، ابتدا نانوذرات rHAp با روش ميكروامولسيون سنتز شدند و سپس با گروه هاي 2-يوريدو-4-]1-هيدروژن[پيريميدينون (UPy) عامل دار شدند. همچنين عامل دار كردن PCL و تبديل آن به ساختارهاي ابرمولكولي با واكنش دادن گروه هاي انتهايي هيدروكسيل با گروه هاي UPy انجام گرفت. در نهايت با روش ريخته گري محلول نانوكامپوزيت هاي SPCL/rHAp سنتز شدند و ساختار و خواص آنها با طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه بازتاب كلي تضعيف شده (ATR-FTIR)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، دستگاه آزمون عمومي و مايع شبيه سازي شده بدن (SBF) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج اصلي بر اساس نتايج به دست آمده ميكروامولسيون يك روش كارآمد براي سنتز نانوذرات ميله اي با خلوص فازي زياد است. از طرف ديگر بر اساس نتايج عامل دار كردن اين نانوذرات با UPy امكان پذير است. تست كشش نشان داد كه با واردسازي اين نانوذرات اصلاح شده به SPCL يك افزايش معني دار هم در مدول الاستيك و هم در استحكام كششي مشاهده مي شود. در واقع در حالي كه PCL اوليه يك جامد مومي شكل بود، اصلاح با UPy و سپس واردسازي نانوذرات اصلاح شده، آن را به يك ماده الاستيك تبديل مي كند. در نهايت، نتايج به دست آمده فعاليت زياد زيستي نانوكامپوزيت هاي ابرمولكولي را در مقايسه با نمونه فاقد پركننده نشان داد. بنابراين نانوكامپوزيت هاي ابرمولكولي SPCL/rHAp با خواص زيست فعالي و ماهيت پويا مي توانند به عنوان جايگزيني مناسب براي ضايعه هاي بافت استخواني مورد استفاده قرار گيرند.

Research subject: The use of hydroxyapatite nanoparticles (HAp) in traditional polymers as reinforcing agent has been reported. While there are a limited number of reports regarding the effect of HAp morphology on the mechanical properties of the polymeric matrix, no research on this effect on supermolecular polymers has been reported so far. This study investigates a hypothesis that incorporation of unidirectionally grown HAp nanoparticles (rod-like nanoparticles, rHAp) into supramolecular polycaprolactone (SPCL) leads to the synthesis of a new bioactive construct. Research approach: For this, rHAp nanoparticles were first synthesized by microemulsion method and then functionalized with 2-ureido- 4[1H]-pyrimidinone (UPy) groups. Moreover, PCL was functionalized and converted to supramolecular structures by reacting the hydroxyl terminal groups with UPy groups. Finally, SPCL/rHAp nanocomposites were synthesized by solution casting method and their structure and properties were examined using attenuated total reflection-Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), universal testing machine and simulated body fluid (SBF). Main results: According to the results, microemulsion is an efficient procedure for the synthesis of rod-like nanoparticles with high phase purity. On the other hand, based on the results, it is possible to functionalize these nanoparticles with UPy. Tensile test showed that by incorporation of these modified nanoparticles into SPCL, a significant increase in both elastic modulus and tensile strength can be observed. In fact, while the initial PCL was a waxy solid, modification with UPy and then incorporation of modified nanoparticles made it an elastic material. Finally, the obtained results indicated high bioactivity of supramolecular nanocomposites compared to the sample without filler. Therefore, supramolecular SPCL/rHAp nanocomposites with bioactive properties and dynamic character can be used as a suitable replacement for bone tissue defects.