پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات یزد موفق به تولید نانولوله‌های تیتانیای چندلایه طبقاتی و بر روی هم آرایش یافته با کاربردهای پیشرفته پزشکی شدند.

به گزارش پایگاه فراخوانهای علمی پژوهشی کشور ،حضور و تولید مواد در مقیاس نانومتری خواص مطلوبتر و ویژه‌ای را در سطح مواد در مقایسه با ساختار توده‌ای فراهم می‌آورد. اصلاح سطحی مواد با حضور نانولوله‌های تیتانیای تک لایه در سطح تیتانیوم سبب افزایش سطح به حجم در حدود 400- 300 درصد نسبت به مواد اصلاح سطح نشده می‌شود. لذا با توجه به چند لایه بودن آرایه‌های نانولوله‌های تیتانیا تهیه شده بوسیله‌ی این تیم تحقیقاتی، میزان افزایش سطح به حجم به 7- 5 برابر نانولوله‌های تیتانیای تک لایه افزایش یافته است.

به نوشته سایت نانو، طی این طرح پژوهشی شرایط مختلف تهیه نانولوله‌های تیتانیوم دی اکسید به صورت چندلایه و طبقاتی مورد ارزیابی قرار گرفته و با بهینه‌سازی شرایط مطلوب تهیه نانومواد مذکور گزارش شده است.

مهدی فتحی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات یزد در مورد این تحقیقات گفت: نانولوله‌های تیتانیا به روش‌های مختلفی سنتز می‌شوند که می‌توان به روش‌هایی نظیر هیدروترمال، سل- ژل و روش اکسایش آندی الکتروشیمیایی (آنودایزینگ) اشاره کرد.

وی افزود: با توجه به ارزیابی‌های انجام شده در رابطه با روش‌های تهیه‌ نانولوله‌ها، روش مورد نظر و مطلوب جهت سنتز نانولوله‌های چند لایه تیتانیا در این پروژه که اجرای آن بیش از یک سال به طول انجامید، روش آنودایزینگ در حضور محلول الکترولیت آلی حاوی یون فلوراید مورد نظر قرار گرفت.

وی ادامه داد: ایمپلنت و صفحات تیتانیوم در سل الکتروشیمیایی بعنوان آند با تکنیک‌های خاصی بکار گرفته شد. شرایط و عوامل مختلف و موثر در سنتز نانولوله‌های تیتانیا اعم از محلول الکترولیت، ویسکوزیته، زمان، ولتاژ، غلظت جریان و همچنین کنترل دمای آنودایزینگ مورد بررسی قرار گرفتند. طی انجام مراحل مختلف، ارزیابی کیفی توپوگرافی سطح نمونه‌های سنتز شده با تصویر‌برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت و بهترین شرایط جهت تولید نانولوله‌های تیتانیا مشخص شد.

فتحی تصریح کرد: نانولوله‌های سنتز شده به روش‌های مختلف و بکارگیری از محلول‌های آلی و آبی گوناگون امکان تشکیل نانولوله‌های تیتانیای تک لایه را فراهم می‌آورد، این در حالی است که در این پروژه با توجه به تغییر عوامل و بهینه‌سازی شرایط، امکان دستیابی به نانولوله‌های تیتانیای چند لایه که به‌ صورت طبقاتی بر روی هم آرایش یافته‌اند، میسر شد.

وی در مورد مزایای این نانولوله سنتز شده افزود: حضور نانولوله‌های تیتانیا سبب افزایش زیست فعالی، زیست سازگاری، آبدوستی و همچنین افزایش خاصیت فتوکاتالیستی در سطح مواد پوشش داده شده می‌شود. وجود تخلخل‌ها و ریزمنفذها در حضور نانولوله‌های تیتانیا شرایط مناسب را جهت افزایش کاربرد این نوع از نانوساختارها فراهم می‌آورد. وجود طول نانولوله‌ها در مقیاس میکرون و قطر دهانه نانولوله‌ها در مقیاس نانو و همچنین ضخامت دیواره نانولوله‌ها، شرایط مطلوب را جهت کابردهای پزشکی نظیر ایمپلنت دندانی و ارتوپدی و رهایش هدفمند دارو فراهم آورده است.

محقق طرح اظهار کرد: حضور لایه‌های نانولوله‌های تیتانیوم دی اکسید چند لایه سبب می‌شود که ایمپلنت‌ها با استخوان اتصال و باندینگ مناسبتری نسبت به تیتانیوم معمولی که سطوح آنها در مقیاس میکرو اصلاح شده‌اند، داشته باشند. تحت چنین شرایطی با افزایش تشکیل مواد معدنی، چسبندگی استئوبلاست و رشد استخوان در ایمپلنت‌های کاشته شده در داخل بدن افزایش خواهد یافت. ثابت شده است که سلول‌ها پاسخ مثبت نسبت به نانوتوپوگرافی می‌دهند، چراکه سطح ایجاد شده دارای زبری مشابه با زبری استخوان خواهد داشت.

فتحی گفت: سلول‌های استخوان ساز تمایل به قرار گرفتن و استقرار در محل‌هایی را دارند که بتوانند به راحتی در آن لنگراندازی کنند، بنابراین در سطوحی که از نظر فیزیکی و شیمیایی تشابه زیادی به استخوان طبیعی دارند، افزایش اتصال ایمپلنت با استخوان و سلول‌های استئوبلاست وجود خواهد داشت. همچنین، این امکان فراهم می‌آید تا از ایمپلنت‌های اصلاح سطح شده با نانولوله‌های تیتانیای چند لایه بعنوان مواد کاشتنی جهت رهایش هدفمند دارو در مغز و دارو رسانی به این بافت حساس مورد استفاده قرار گیرد.

وی افزود: دارو رسانی هدفمند و کارآمد با کمترین عوارض جانبی دارای اثربخشی مناسب‌تر جهت درمان به ‌وسیله‌ داروهای ضد سرطان است. سد خونی مغزی BBB از عبور مولکول‌های فعال به‌ وسیله‌ خون جهت تحویل داروها به مغز جلوگیری به عمل می‌آورند. انتقال دارو از مسیر خوراکی با استفاده از مواد شیمیایی دارویی جهت بهبود انتقال و رهایش دارو از طریق BBB به منظور دارورسانی مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما این حالت از محدودیت‌هایی برخوردار است.

دانشجوی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات یزد خاطرنشان کرد: تحویل دارو از سطح ایمپلنت‌ها ممکن است بسیار مطلوب باشد، چراکه میزان مصرف دارو را کاهش می‌دهد، بنابراین عوارض جانبی و سیستمیک نیز کاهش خواهد یافت.

وی افزود: ایمپلنت‌های پوشش داده شده با نانولوله‌های تیتانیای چند لایه با توجه به سطح فعال گسترده و طول مناسب نانولوله‌ها و امکان لود دارو در آن و همچنین به ‌دلیل زیست سازگاری مناسب نانولوله‌های تیتانیا بسیار مفید و حائز اهمیت است و با استفاده از نانولوله‌های تیتانیای چند لایه قادر به کنترل و رهایش داروهای ضد سرطان، پارکینسون و آلزایمر خواهیم بود. با این وجود شرایط به وجود آمده سبب افزایش کاربرد نانولوله‌های چند لایه تیتانیا در مصارف پیشرفته پزشکی می‌شود. همچنین این نانولوله‌ها کاربردهای فتوکاتالیستی، حسگرهای زیستی، فتوالکترولیتی و فتوولتائیک را داراست.

فتحی با اشاره به اینکه کارهای مقدماتی در مورد ثبت اختراع این طرح صورت گرفته است، گفت: در ادامه این تحقیقات تأثیرات این نوع از نانولوله‌ها در بتن و مهندسی نساجی نیز مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. همچنین این تیم تحقیقاتی با همکاری تعدادی از مراکز علمی و پژوهشی در خصوص به کارگیری آرایه‌های مذکور برنامه‌هایی را در دست اجرا دارند که در آینده‌ای نزدیک اخبار مرتبط در این رابطه به اطلاع جوامع محترم علمی و تحقیقاتی خواهد رسید.

به گفته فتحی، نتایج این کار تحقیقاتی که توسط وی و با همکاری دکتر نوید نصیری زاده و دکتر محبوبه محمودی، از اعضای هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد صورت گرفته است، به زودی در یکی از مجلات معتبر بین‌المللی به چاپ خواهد رسید.