Chemical
Ecoloju
PHB-PCL Blend
Mitsubishi Plastics
کشاورزی، کارتهای اعتباری، لیوان یکبار مصرف، لوازم آرایشی
Biopol
PHB/PHV
Monsanto
-
PHB
PCD polymere
کیسههای قابل کمپوست، فرش، پاکتهای پستی، بستهبندی مواد غذایی و سبزیجات، ظروف یکبار مصرف مواد غذایی لباسهای اتاق عمل
Nodax
PHA (PHBH, PHBO,
PHBD)
Proctor & Gamble
۱-۱۳- کاربرد بیوپلیمر ها در نانوکامپوزیتهای پلیمری
۱-۱۳-۱- انواع نانوکامپوزیتهای پلیمری
از زمانی که سرامیکهای دارای فعالیت بیولوژیکی شناخته شده اند،سرامیکهای شیشه ای وهیدروکسی اپتایت سنتز شده مورد توجه فراوان قرار گرفته اند[۶۶]. اتصال سرامیکهای دارای فعالیت بیولوژیکی به بافت استخوانی زنده به واسطه لایه های اپتایت دارای فعالیت بیولوژیکی امکان پذیر گشته است[۶۷-۶۸]. اما عدم قابلیت کنترل نقطه ذوب و شکنندگی نسبی در سرامیکهای دارای فعالیت بیولوژیکی، باعث محدودیت در استفاده از آنها شده است. یک استراتژی در غلبه بر این مشکل ترکیب این سرامیکها با موادی نظیر فلز ی یا پلیمر [۶۹-۷۰]می باشد که تولید کامپوزیت کنند[۷۱-۷۴].
بر خلاف مواد رایج به کار رفته در ترکیبات قابل کاشت مانند فلزات و سرامیکها، سیستمهای پلیمری در هر محصول خواص ویژهای از خود نشان می دهند که از آن جمله وزن سبک و قابلیت لوله ای شدن می باشد[۷۲].
در بسیاری از موارد در مهندسی بافت، بافت کاشته شده پس از مدتی بعد از شکل گرفتن بافت استخوانی جدید باید برداشته شود. به منظور جلوگیری از جراحی دوباره، پلیمر های زیست تخریب پذیر گزینه مناسبی جهت جایگزینی بافت استخوان می باشند زیرا بعد از مدتی تخریب شده وجذب بدن شوند. تاکنون شبکه های بیوپلیمری گوناگون نظیر پلی لاکتیک اسید ها[۷۱, ۷۵-۷۶]، پلی هیدروکسی الکانوآتها[۷۷-۷۹]، نشاسته[۸۰-۸۱] وکیتوسان[۸۲] مورد استفاده قرار گرفته اند و ثابت شده است که قابل جذب بیولوژیکی می باشند. ضمنا دارای قابلیت فرآوری، فعالیت بیولوژیکی و خواص مکانیکی عالی می باشند مخصوصا زمانی که با پرکننده ای دارای فعالیت بیولوژیکی، مانند هیدروکسی اپتایت و دیگر ترکیب شود.
در کنار مطالعات در مورد کامپوزیتهای بیوپلیمری رایج[۶۶, ۷۱]، تعداد زیادی از تحقیقات بر روی زیست سازگاری و خواص مکانیکی نانوکامپوزیتهای ساخته شده از بیوپلیمرها انجام شده است. این ترکیبات شامل نانو هیدروکسی اپتایت/ پلی لاکتید وکو پلیمرهای پلی لاکتید[۸۳-۸۶]، نانو هیدروکسی اپتایت/ کیتوسان[۸۲]، نانوهیدروکسی اپتایت/ کلاژن[۸۷-۹۱]، نانو هیدروکسی اپتایت/ کلاژن/ پلی لاکتید اسید[۹۲]، نانوهیدروکسی اپتایت/ ژلاتین[۹۳-۹۴] می باشند. از این نوع نانو کامپوزیتها ، ترکیبات هیدروکسی اپتایت/پلی هیدروکسی آلکانوآتها کمتر مورد توجه قرار گرفته اند.
در میان پلی هیدروکسی آلکانوآتها ، پلی هیدروکسی بوتیرات و کوپلیمر آن، پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی والرات توجه زیادی را در زمینه های مهندسی بافت و پزشکی به خود جلب کرده اند که به خاطر خواص بالای زیست تخریب پذیری آنها می باشد. کامپوزیتهای بدون خلل و فرج بر پایه پلی هیدروکسی بوتیرات/هیدروکسی والرات برای ترمیم بافت استخوانی به کار رفته اند[۷۸, ۹۵]. شکلهای دیگر کامپوزیتهای بر پایه پلی هیدروکسی بوتیرات و پلی هیدروکسی والرات برای کاربردهای پزشکی به کار برده شده اند[۹۶].
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
بطور کلی نانوکامپوزیتهای پلیمری تحت عنوان ترکیب یک ماتریکس پلیمری وپرکننده هایی که حداقل یک بعد آنها در محدوده نانومتر باشد تعریف می شوند[۹۷].در مطالعات بسیاری نشان داده شده است که درصد کمی از پرکننده های نانومتری(حدود۱ تا ۵ درصد) منجر به بهبود خواص حرارتی،مکانیکی و عبور انتخابی بیوپلیمرها می شوند[۹۸-۹۹].
.هیدروکسی اپتایت[۴۰] به عنوان یک ماده فعال بیولوژیکی به دلیل شباهت خواص شیمیائی آن به ترکیبات عمده معدنی موجود در استخوان بسیار در مهندسی بافت مورد استفاده قرار گرفته است همچنین به دلیل خواص زیست سازگاری بالا،هیدروکسی اپتایت به عنوان حامل دارو در سیستمهای گوناگون انتقال دارو به کار گرفته شده است[۹۸] .لذا ترکیب پلی هیدروکسی آلکانوآتها و هیدروکسی اپتایت از جمله نانوکلمپوزیتهای پلیمری می باشد که کا برد های زیادی در صنایع پزشکی دارد.
به علاوه نانوکامپوزیتهای پلی هیدروکسی بوتیرات/ هیدروکسی اپتایت و پلی هیدروکسی بوتیرات والرات/ هیدروکسی اپتایت ،مقاومت مکانیکی در مقابل فشار MPa62 از خود نشان داده اند که مشابه با استحکام استخوانهای انسانی است بنابراین به عنوان مواد زیست تخریب پذیر بسیار قابل توجه در ترمیم شکستکیهای استخوانی می باشند[۱۰۰] .
۱- ۱۳-۲- روش های ساخت نانو کامپوزیتهای پلیمری
عموماً تثبیت[۴۱] زنجیره‌های پلیمری در داخل مجموعه نانوذرات با بهره گرفتن از یکی از سه روش زیر انجام می‌شود:
۱- قرار دادن منومرهای مناسب در مجموعه‌های نانوذرات[۴۲] و سپس پلیمریزاسیون [۴۳](۱۱۶و۱۱۷)
در این روش نانوذرات در منومر مایع، یا یک محلول منومر شناور می‌شوند. بنابرای
ن تشکیل پلیمر به همراه نانوذرات تثبیت شده اتفاق می‌افتد. پلیمریزاسیون می‌تواند ابتدا با گرما یا تابش اشعه شروع شود که بوسیله یک نفوذ مناسب یا بوسیله یک آغازگر[۴۴] آلی یا کاتالیست تثبیت شده با تغییرات کاتیونی در کنار لایه داخلی قبل از مرحله شناورسازی انجام می‌شود.
۲- زنجیرهای پلیمری مستقیماً در مجموعه نانوذرات محلول در حلال قرار می‌گیرد[۴۵].(۱۱۸)
این بستگی به یک سیستم حلال که پلیمر در آن محلول است و نانو ذرات شناور، دارد.
نانوذرات ابتدا در حلالی مثل کلروفرم شناور می‌شوند. وقتی محلولهای نانوذرات و پلیمر مخلوط می‌شوند، زنجیرهای پلیمری تثبیت گشته و حلال مابین لایه داخلی را خارج می‌کنند. با خروج حلال، ساختار تثبیت شده باقی می‌ماند که منجر به نانوکامپوزیت می‌گردد. با بهره گرفتن از این روش، تثبیت صرفاً برای جفتهای پلیمر/ حلال اتفاق می‌افتد. این روش برای تثبیت پلیمر با قطبیت کم یا بدون قطبیت داخل ساختار لایه‌ای مناسب است و تولید فیلمهای نازک با پلیمرهای تثبیت شده در لایه‌ها را فراهم می‌سازد.
۳- تثبیت مذاب[۴۶] (۱۲۱-۱۲۵)
اخیراً تکنیک، تثبیت مذاب روش مناسب برای تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمری شده است و همچنین بسیار قابل رقابت با تکنیکهای صنعتی اخیر میباشد.طی تثبیت پلیمر از محلول، تعداد نسبتاً زیادی از مولکولهای حلال باید از میزبان دفع شوند تا زنجیره‌های پلیمری ورودی جمع شوند. مولکولهای حلال دفع شده درجه آزادی قابل تغییر را ایجاد می‌کنند. آنتروپی ایجاد شده جبرانی برای کاهش در آنتروپی تشکیل زنجیره‌های پلیمری محدود شده خواهد بود.بنابراین فواید زیادی در تثبیت مذاب مستقیم نسبت به تثبیت محلول وجود دارد. به عنوان مثال، تثبیت مذاب مستقیم بسیار مختص برای پلیمر است، که منجر به هیبریدهای جدیدی می‌شود که در گذشته غیرقابل دستیابی بودند. این فرایند شامل حرارت دادن یک مخلوط پلیمر و نانوذرات تا بالای نقطه نرم شدن پلیمر، بصورت استاتیکی و تحت تنش میباشد. درحین حرارت دادن، زنجیره‌های پلیمری از توده پلیمر مذاب به داخل مجموعه نانوذرات نفوذ می‌کند. گرانولهایی از نانوکامپوزیتها با ساختارهایی از حالت تثبیت شده تا ورق شده می‌تواند تهیه شود که بستگی به درجه نفوذ زنجیره پلیمری به داخل مجموعه نانوذرات دارد.
باتوجه به اینکه روش دوم با هزینه پایین و تعداد مراحل فرآوری کم انجام می شود لذا بسیار در تهیه فیلمهای نانوکامپوزیتهای پلیمری به کار گرفته می شود. تاثیر حلالهای مختلف مورد استفاده در تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمری ثابت شده است(۹).همچنین تاثیر حلال بر خواص فیلم در یکپارچگی ساختار سطح فیلم، چیدمان کریستالهای سطحی، میزان انعطاف پذیری وشکل پذیری آن مورد بررسی قرار گرفته و تایید شده است(۱۳۷-۱۳۹).
میزان حلالیت پلیمر نیز از جمله فاکتورهای تعیین کننده ومهم در تولید فیلم نانوکامپوزیت و در ارتباط با ساختار سطحی فیلم می باشد.خواص ویژه حلال از قبیل (حضور جفت الکترون پیوندی، عوامل ایجاد باند هیدروژنی و ثابت دی الکتریک) می تواند در توزیع موثر نانو ساختارها در حلال و همینطور در ساختر ماتریکس بیوپلیمر نقش داشته باشد(۹). از جمله عوامل دیگری که در تثبیت نانوذرات در ماتریکس پلیمری تاثیر به سزائی دارد اختاط به همراه اولتراسونیک می باشد که تحقیقات انجام شده در زمینه تهیه نانوکامپوزتهای پلیمری تاییدی بر این مسئله می باشد[۹۵].
فصل دوم
مواد و روش ها
مواد و روش انجام تحقیق
این فصل دربرگیرنده روش کار، استانداردها، مواد مصرفی و دستگاه های لازم در تمامی مراحل کار، از مرحله کشت میکروارگانیسم تا استخراج و اندازه گیری آن میباشد. بعلاوه روش اندازه گیری میزان سوبسترا مصرفی در طی فرایند بیولوژیکی و محصول تولیدی بیوپلیمر توسط میکروارگانیسم همراه با منحنی های کالیبراسیون به اختصار در این فصل گنجانده شدهاند. در انتها نیز فرایند طراحی آزمایشات ذکر شده است.
۲-۱- میکروارگانیسم
در این تحقیق کشت خالص سویه باکتریهای Cupriavidus necator DSM 545، Azotobacterbeijerinckii DSMZ 1041 ، Azohydromonas lata DSMZ 1123 و Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034 از بانک میکروبی آلمان[۴۷] درون یخ خشک[۴۸] تهیه گردید. باکتریها پس از رسیدن به آزمایشگاه و در شرایط کاملاٌٌ استریل به محیط کشت انتقال یافت. دمای رشد و pH محیط کشت، به ترتیب °C30 و ۷/۶ بوده است. کلیه مواد شیمیایی مورد استفاده جهت تهیه محیط کشت در جدول ۲-۱ آورده شده است. جهت توزین مواد از ترازوی دیجیتال (Adam, England) با دقت یکصد هزارم گرم استفاده گردید. تنظیم pH ، با pH متر (Eutech300, Singapore) بهمراه اسید سولفوریک (Merck) و سود (Merck) 1 مولار انجام گردید. محیط کشت اولیه به حجم یک لیتر تهیه و در حجم ml100 در ارلن مایرهای[۴۹] ml250 تقسیم گردید. سپس در دستگاه اتوکلاو (Reihan Teb, Iran) در دمای Cº ۷/۱۲۱و فشار ۵/۱ اتمسفر به مدت ۲۰ دقیقه استریل گردید. محیط کشت پس از سردشدن و رسیدن به دمای محیط برای تلقیح توسط باکتری استفاده شد.
جدول ۲-۱- اجزای محیط کشت تولید (DSMZ, Medium
81) ]47[
