نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1
1- استادیار، گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران 2- محقق، مرکز بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی سیلسین، گلیویتسه، لهستان
2
دانشجو دوره دکتری، گروه مهندسی مواد، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
3
محقق پسا دکتری، گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
4
دانشیار، گروه مهندسی نفت، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
چکیده
مقدمه: از میان دسته وسیعی از پلیمرهای طبیعی و سنتزی، ژلاتین و سدیم آلژینات برای تهیه هیدروژل ها مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. همچنین چاپ سه بعدی به عنوان یک روش افزایشی تولید با ساختارهای دقیق و متخلخل در مهندسی بافت بسیار مورد توجه است که چاپ هیدروژل‌ها به دلیل تغییر رفتار رئولوژیکی دارای مشکلات فراوانی بوده است.
روش: در این پژوهش هیدروژل‌های ژلاتین و آلژینات در ترکیب درصد متفاوت تهیه شد. ساختار شیمیایی هیدروژل‌ها، میزان تورم و نرخ تخریب و ویسکوزیته آنها در نرخ برش متفاوت اندازه‌گیری شد. بر اساس نتیجه آزمون رئولوژیکی، چاپ پذیری نمونه مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج آزمون طیف سنجی مادون قرمز نشان داد که حضور همزمان این دو پلیمر در ساختار هیدروژل باعث ایجاد برهمکنش های فیزیکی می شود. نتایج آزمون تورم و تخریب نشان داد، افزایش میزان ژلاتین در ساختار هیدروژل باعث افزایش جذب آب (215%) و افزایش نرخ تخریب هیدروژل می گردد. همچنین نتایج اندازه‌گیری ویسکوزیته نشان داد هیدروژل‌های خالص ژلاتین و آلژینات دارای رفتار برشی بسیار ناچیز رقیق شونده هستند در حالی که ترکیب این دو هیدروژل باعث ایجاد یک سری برهمکنش های برگشت پذیر و تغییر در حجم آزاد در ساختار هیدروژل شده که باعث ایجاد رفتار برشی رقیق شونده و کاهش 10 برابری ویسکوزیته در هیدروژل می‌شود.
نتیجه‌گیری: هیدروژل تهیه شده از ترکیب ژلاتین و سدیم آلژینات با توجه به قابلیت مناسب جذب آب، نرخ تخریب و رفتار رئولوژیکی می‌تواند به عنوان یک جوهر زیستی در فرآیند چاپ سه بعدی برای کاربردهای مهندسی بافت مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Preparation and characterization of gelatin/sodium alginate hydrogel with a focus on improving rheological behavior and 3D printability
نویسندگان [English]
-
Rasoul Esmaeely Neisiany
1
-
Ali Ashtariyan
2
-
Fereshte Hassanzadeh Afruzi
3
-
Ali Khoshsima
4
1
1- Assistant Professor, Department of Polymer Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
2-Researcher, Biotechnology Centre, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland
2
PhD Student, Department of Materials Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
3
Postdoctoral Researcher, Department of Polymer Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
4
Associate Professor, Department of Petroleum Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
چکیده [English]
Introduction: Among a wide range of natural and synthetic polymers, gelatin and sodium alginate have received much attention for the preparation of hydrogels. In addition, 3D printing is of great interest with the ability to fabricate precise and porous structures for tissue engineering, as the printing of hydrogels showed many problems due to the change in rheological behavior.
Methods: In this research, gelatin and sodium alginate hydrogels were prepared in different percentage compositions. The chemical structure of the prepared hydrogels was investigated by FTIR tests. Moreover, the swelling rate and degradation rate of hydrogels were evaluated. The viscosity of hydrogels was evaluated at different shear rates. Based on the result of the rheological test, the printability of the sample was investigated.
Findings: The FTIR results showed that the simultaneous presence of these two polymers in the hydrogel structure causes physical interactions. The results of the swelling and degradation test indicated that increasing the amount of gelatin in the hydrogel structure increased water absorption (up to 215%) and the degradation rate of the hydrogel. Additionally, the viscosity measurement results showed the pure gelatin and alginate hydrogels have low shear thinning behavior, while the combination of these two hydrogels resulted in a series of reversible interactions and changes in free volume in the hydrogel structure, which caused shear thinning behavior with a 10-fold decrease in the viscosity of the hydrogel.
کلیدواژه‌ها [English]
-
Hydrogel
-
Gelatin
-
Sodium Alginate
-
3D printing
)