مطالعه ی پارامترهای فیزیکی موثر در ویژگی¬های تورمی هیدروژل کیتوزان

هیدروژل¬ها، شبکه¬های پلیمری سه بعدی نامحلول در آب هستند که به علت حضور گروه¬های آب دوست در ساختارشان، توانایی جذب مقادیر زیادی آب یا مایع بیولوژیکی بدن را دارا می¬باشند (1). گروه¬های عاملی آب دوست موجود در زنجیره اصلی پلیمری هیدروژل¬ها می¬توان به گروه¬های هیدروکسیل (OH) ،-کربوکسیل (COOH)- ، آمین (NH2) و سولفات (SO3H) اشاره کرد (2). ساختار شبکه¬های پلیمری هیدروژل¬ها می¬تواند از طریق اتصال عرضی فیزیکی، اتصال عرضی شیمیایی و یا ترکیبی از هر دو نوع اتصال تشکیل شوند. ساختار شیمیایی هیدروژل، مورفولوژی و تورم تعادلی آن بر خصوصیاتی از قبیل استحکام مکانیکی و انتقالات داخل و خارج سلولی تاثیرگذار است (3). هیدروژل¬ها به دلیل جذب آب، دارا بودن ساختار نرم، زیست سازگاری، جذب کم پروتئین به علت کشش سطحی پایین و شبیه بودن به ساختارECM ، جذابیت خاصی برای کاربردهای مختلف پزشکی از جمله مهندسی بافت، رهایش عوامل درمانی (پروتئین¬ها، داروها، ژن-ها)، لنزهای تماسی و زخمپوش¬ها دارند. هیدروژل¬ها را می¬توان از چند دیدگاه از جمله منبع اصلی هیدروژل (پلیمر طبیعی یا سنتزی)، ساختار هیدروژل (شبکه هموپلیمر، شبکه کوپلیمر و شبکه درهم نفوذ)، روش اتصالات عرضی (فیزیکی و شیمیایی)، بار هیدروژل (آنیونی و کاتیونی) و زیست تخریب¬پذیری )زیست تخریب¬پذیر، زیست پایدار) تقسیم کرد (1). اخیرا توجه محققین به هیدروژل¬های پاسخ¬گو به شرایط بیولوژیکی افزایش یافته است (4) با استفاده از این نوع هیدروژل¬ها که هیدروژل¬های قابل تزریق نیز نامیده می¬شوند، بیمار از عوارض ناشی از عمل جراحی برای کاشت کاشتنی نظیر درد و التهاب رهایی می¬یابد. هیدروژل¬های قابل تزریق دسته¬ای از هیدروژل¬ها هستند که از طریق تزریق ترکیبات هیدروژلی در محل مورد نظر در بدن و با توجه به شرایط بیولوژیکی تهیه می¬شوند (3). در چنین سیستم¬هایی محلول پلیمری به صورت مایع به بدن تزریق شده و با استفاده از عوامل اتصال عرضی فیزیکی و شیمیایی به هیدروژل جامد تبدیل می¬شود. از عوامل محرک برای تشکیل هیدروژل¬ها می¬توان به تغییرات دما، pH ، حضور یونها و تابش اشعه ماوراء بنفش اشاره کرد (5). فرایند اتصال عرضی بر روی عواملی همچون جرم مولکولی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر گرما و حلال تاثیر گذار است. هر دو نوع اتصال عرضی فیزیکی و شیمیایی باعث ایجاد ساختار سه بعدی هیدروژل می¬شود که اجازه محبوس شدن عوامل درمانی (دارو و بیومولکول¬ها) و رهایش آنها از ساختار را فراهم می¬سازد (1).
متداول¬ترین هیدروژل¬های سنتزی عبارتند از: پلی آکریل آمید و پلی متاکریل آمید، پلی وینیل الکل، کوپلیمر اتیلن – وینیل استات، پلی وینیل پیرولیدن، پلی هیدروکسی آلکیل متاکریلات¬ها، پلی اکسی اتلین و مشتقات سلولز قابل تورم در آب می¬باشند.
کیتوزان مشتق داستیله کیتین است که یک پلیمر نامحلول در آب (N-acetyl-d-glucosamine) است که در طبیعت یافت می¬شود و در اسکلت بیرونی حشرات، پوسته بیرونی خرچنگ¬ها، میگوها و غیره و دیواره¬های سلولی قارچ وجود دارد. تفاوت بین ساختار شیمیایی کیتین و کیتوزان در درجه استیل شدن نهفته است. کیتوزان در حال حاضر به دلیل غیر سمی، بی بو، زیست سازگار در بافت¬های حیوانی و خواص زیست تخریب پذیر آن، علاقه زیادی به کاربردهای پزشکی و دارویی دارد. بخشی از این آب محکم به پلیمر متصل است و بقیه به صورت آب آزاد وجود دارد. آب موجود در کیتوزان شبکه¬ای و غیر متقاطع باعث ایجاد یک شبکه سه بعدی می¬شود. هیدروژل¬های مبتنی بر کیتوزان زیست سازگاری خوب، تجزیه کم و سهولت پردازش را نشان می¬دهند (6).
در این پژوهش، ابتدا هیدروژل های کیتوزان تهیه می شوند. سپس رفتار تورم هیدروژل های غیر متقاطع با تورم ژل ها در محیط هایی با pH های مختلف و در دماهای مختلف و در حضور نانوذرات طلا اندازه گیری می شوند.
در هر مرحله، فیلم های ژل با طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) مشخص می شوند.
د- اهمیت و ضرورت انجام تحقيق (شامل اختلاف نظرها و خلاءهاي تحقيقاتي موجود، ميزان نياز به موضوع، فوايد احتمالي نظري و عملي آن و همچنين مواد، روش و يا فرآيند تحقيقي احتمالاً جديدي كه در اين تحقيق مورد استفاده قرار مي‏گيرد:
کیتوزان یک پلی (آمینوساکارید) طبیعی و غیر¬سمی است. این زیست پلیمر یک باز ضعیف با pKa برابر با 5/6 و قادر به تشکیل ژل در pHاسیدی می¬باشد. در محیط اسیدی گروه¬های آمین کیتوسان پروتونه شده و منجر به متورم شدن هیدروزل کاتیونی آن می¬شود. در سال¬های اخیر از کیتوزان به عنوان یک پلیمر طبیعی در طراحی سیستم¬های رهایش دارو استفاده می¬شود. بسیاری از پلیمرهای مورد استفاده در شبکه های هیدروژل مانند کیتوزان، ویژگی¬های چسبنده مخاطی خود را از طریق برهمکنش بین بارهای مخالف اعمال می¬کنند. این ویژگی خاص می¬تواند توانایی اتصال بافت را برای هدف تحویل داروی خاص فراهم کند (7).
گروه‌های آبدوست هیدروژل را قادر می‌سازد تا آب و مایعات آبکی را جذب کند که منجر به انبساط هیدروژل و اشغال حجم بیشتر می‌شود، فرآیندی که به نام تورم شناخته می‌شود. در طول تورم، ساختار متقاطع هیدروژل ها از انحلال و تخریب پیوندهای متقاطع هیدروژل جلوگیری می کند (8). یک نمایش شماتیک از تورم هیدروژل نشان داده شده است در سه حالت مولکول آب در هیدروژل پلیمری، مولکول های آزاد، میانی و مولکول های آب محدود وجود دارد. مولکول های آب آزاد در نقاط انجماد تحت فرآیند انجماد قرار می گیرند زیرا هیچ پیوندی بین آب آزاد و گروه های عاملی پلیمری وجود ندارد. مقدار مولکول های آب آزاد به ساختار هیدروژل بستگی دارد که در نهایت بر نسبت تورم تأثیر می گذارد. بنابراین، یک ساختار هیدروژل فشرده حاوی مقدار کمتری آب آزاد است. حالت دوم آب یا آب میانی می تواند برهمکنش ضعیفی با گروه های عاملی در زنجیره های پلیمری ایجاد کند. پیوند هیدروژنی بین زنجیره‌های پلیمری و مولکول‌های آب، آب متصل را تشکیل می‌دهد. این مولکول های آب غیر منجمد هستند (9).
میزان جذب آب در انواع مختلف هیدروژل از حجم¬های بی¬اهمیت تا قابل توجه متغیر است. کمیت و سرعت جذب آب به عوامل زیر بستگی دارد: 1) چگالی اتصالات عرضی، 2) ساختار شیمیایی پلیمرها و 3) شرایط محیطی.
چگالی اتصال متقاطع، مقدار زنجیره¬های متقاطع، بر نسبت تورم هیدروژل حاکم است و با کمیت آب نسبت معکوس دارد. علاوه بر این، وجود گروه¬های عاملی آبدوست یا آبگریز بر روی زنجیره پلیمری، نسبت تورم را تعیین می¬کند. هیدروژل¬ها توانایی متورم شدن در آب یا محلول¬های آبی را دارند. به دلیل جذب آب زیاد، این ساختارها می توانند شبیه بافت¬های بدن انسان باشند (10).
نسبت تورم هیدروژل¬های آبدوست با چگالی آب دوست پلیمر متفاوت است. شرایط محیطی مانند pH، دما، برخی مواد شیمیایی (9)، نور، فشار و میدان الکتریکی (3) بر تورم هیدروژل تأثیرگذار هستند. عوامل محیطی سینتیک تورم را کنترل می¬کنند و می¬توانند برای تعدیل خواص تورم هیدروژل¬ها اصلاح شوند.
ساختار پلی ساکارید کیتوزان از گلوکزامین و N-acetylglucosamine ساخته شده است. گلوکزامین از گلوکز در بدن تولید می شود و می¬تواند گلوکوزامینوگلیکان (GAGs) را که بخشی از ماتریکس خارج سلولی و بافت غضروفی است تولید کند (11).
چگالی بار کیتوزان به درجه استیل زدایی بستگی دارد که نشان دهنده چگالی گروه آمینه است. در واقع، pH محلول کیتوزان نشان دهنده مقدار گروه های آمینه یونیزه شده است (12).
کیتوزان در وزن مولکولی و درجه استیلاسیون متفاوت وجود دارد. میانگین وزن مولکولی کیتوزان بین 50 تا 2000 کیلو دالتون است. پلیمرهای هیدروفیل مانند کیتوزان ممکن است تحت جذب سیستمیک در بدن انسان قرار گیرند، بنابراین پلیمرها باید وزن مولکولی مناسبی داشته باشند تا با فیلتراسیون کلیوی از بین بروند. مطالعات آزمایشگاهی نشان داد که کیتوزان می¬تواند از طریق چندین آنزیم مانند β-N-acetylhexosaminidase، کیتوزاناز، کیتیناز و کیتین داستیلاز تجزیه شود. در بدن انسان، کیتوزان می تواند توسط لیزوزیم، اسید، آنزیم های گوارشی و باکتری های روده بزرگ تجزیه شود (13).
هیدروژل¬ها پلیمرهای شبکه¬ای هستند که قابلیت جذب و نگهداری آب را درون خود دارند و این خاصیت آن¬ها، سبب تورم هیدروژل می¬شود. خواص تورم هیدروژل به شدت عوامل خارجی مانند دما، pH، غلظت یونی و ... بستگی دارد که به نوبه خود می¬تواند به فروپاشی یا انتقال فاز هیدروژل انجام می¬شود و رهایش دارویی می¬تواند با میزان تورم، انتشار یا هر دو مورد کنترل شود (6).

فایل مورد نظر به صورت ورد و پی دی ارائه میگردد.