فهرست مطالب

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و سوم شماره 1 (بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدمهدی پیران*، مهشید خرازیها، سعید شیبانی صفحات 1-11
    هدف از پژوهش حاضر سنتز میکروژل مغناطیسی حاوی نانومیله های کبالت فریت است که با آپتامر سطح آن اصلاح شده و برای جداسازی و شناسایی کارآمد سلول های سرطانی سینه در حضور میدان مغناطیسی استفاده می شود. به منظور ساخت میکروژل مغناطیسی حاوی نانومیله های کبالت فریت در دمای 600 درجه سانتی گراد و غلظت 5 درصد وزنی پلی وینیل الکل سنتز شد. پس از پوشش دهی نانومیله های کبالت فریت با کیتوسان، میکروژل نانوکامپوزیتی آلژینات- حاوی نانومیله های کبالت فریت سنتز و مشخصه یابی شد. به منظور دستیابی به میکروژل مغناطیسی بهینه، ابتدا میکروژل مغناطیسی در pH های مختلف سنتز شدند و نمونه سنتز شده که pH محلول آلژینات آن 7 و pH محلول نهایی آن 3 (7alg-3) بود به دلیل اندازه تخلخل و درصد تخلخل سطحی بهتر انتخاب شد. آزمون میکروسکوپی الکترونی روبشی، به منظور بررسی خواص ساختاری و مورفولوژی میکروژل های مغناطیسی انجام شد. در نهایت سطح میکروژل بهینه با آپتامر میوسین1 اصلاح شد و آزمون طیف نمایی مرئی- فرابنفش برای بررسی اتصال آپتامر به سطح میکروژل انجام شد. در نتیجه اقدامات مذکور آپتاحسگر مغناطیسی با قابلیت تشخیص سلول های سرطانی mcf7 و سنجش مغناطش اشباع ساخته شد. برای بررسی خواص فیزیکی و ساختاری آپتاحسگر مغناطیسی و اجزای تشکیل دهنده آن آزمون های عکس برداری میکروسکوپی الکترونی روبشی، آزمون طیف نمایی مرئی- فرابنفش و آزمون مغناطومتری نمونه ارتعاشی انجام شد. با استفاده از آزمون مغناطومتری نمونه ارتعاشی و بررسی نتایج آن حد تشخیص و حساسیت آپتاحسگر اندازه گیری شد و به ترتیب مقادیر 14 سلول در میلی لیتر و Ms/cell 0/18 به دست آمد.
    کلیدواژگان: سرطان، آپتامر میوسین 1، نانومیله های مغناطیسی کبالت فریت، آپتاحسگر مغناطیسی، سلول های سرطانی Mcf7
  • زهرا آشوری، مریم طیبی، انوشه زرگر خرازی*، الهه پورعزیزی صفحات 13-26
    زخم های پوستی ناشی از سوختگی، آسیب های فیزیکی و بیماری هایی مانند دیابت در اثر عفونت و عدم رگ زایی مناسب می توانند منجر به آسیب های قطع عضو و حتی مرگ و میر افراد شوند. در این تحقیق، ترکیب پلیمر های پلی کاپرولاکتون و ژلاتین جهت الکتروریسی تهیه شده و داروی سیپروفلوکساسین و ویتامین C به صورت مجزا بارگذاری شد. ابتدا جهت بررسی ویژگی های مورفولوژی از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد و سپس ارزیابی زاویه تماس، میزان تورم، نرخ تخریب و استحکام کششی صورت گرفت. همچنین، پاسخ سلول های فیبروبلاست از نظر تکثیر و چسبندگی سلولی بررسی شد. نتایج نشان داد که الیاف زخم پوش فاقد و حاوی دارو یکنواخت بوده و به ترتیب دارای قطری برابر با 244±1039/96 و 406±1403/72 نانومتر است. همچنین پانسمان حاوی و فاقد داروها محدوده وسیعی از قابلیت تورم و ماندگاری در بازه زمانی 35 روزه را نشان داد. خواص مکانیکی نمونه ها نیز نشان داد، با اضافه شدن داروی سیپروفلوکساسین و ویتامین C و تغییرات موفولوژی ناشی از آن، می توان استحکام کششی را تا 3/5 برابر افزایش داد. در بررسی سلول سازگاری زخم پوش مورد نظر مشاهده شد که وجود دارو در سامانه هیچ گونه اثر نامطلوبی بر سلول ها نداشته و تکثیر، رشد و چسبندگی سلول فیبروبلاست پوستی بر روی سطح نمونه مشاهده شد. ضمنا ترکیب پلیمر های ژلاتین و پلی کاپرولاکتون بدون نیاز به اتصال عرضی می تواند روند تخریب مناسب و رهایش مناسب برای دارو های بارگذاری شده را مهیا کند در حالی که خواص مکانیکی و انعطاف پذیری نیز در حد مطلوب حفظ شود.
    کلیدواژگان: ژلاتین، پلی کاپرولاکتون، پوشش زخم، رهایش دارو، آسکوربیک اسید، سیپروفلوکساسین
  • حامد نادری سامانی*، رضا شجاع رضوی، رضا مظفری نیا صفحات 27-39
    در این تحقیق نانوذرات مس با استفاده از روش فرسایش لیزری در مایع با استفاده از لیزر Nd:YAG نانوثانیه سنتز شدند. ابتدا اثر طول موج های 532 نانومتر و 1064 نانومتر بر سنتز نانوذرات مس در محیط های آب مقطر و استون مورد بررسی قرار گرفت. پس از یافتن طول موج مناسب، اثر محیط های سنتز در حضور سورفکتانت های ستیل تری متیل آمونیوم کلرید، سدیم دودسیل سولفات و پلی وینیل پیرولیدون روی نانوذرات مس مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی خواص نوری، بازده سنتز، اندازه و مورفولوژی نانوذرات مس تهیه شده به روش فرسایش لیزری در مایع به ترتیب از آنالیزهای طیف سنجی نوری مرئی- فرابنفش، طیف سنجی جذب اتمی، پراش نور دینامیکی و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی استفاده شد. نتایج نشان داد که نانوذرات مس را می توان با موفقیت در محیط استون در طول موج 1064 نانومتر سنتز کرد. همچنین، به دلیل تشکیل اکسیدهای مس به جای نانوذرات مس، احتمال کمی برای تهیه نانوذرات مس در محیط های آبی وجود دارد.
    کلیدواژگان: نانوذرات مس، اکسید مس، فرسایش لیزری، کلوئید حاوی نانوذرات
  • محمدرضا لقمان، محمد نجف پور، علیرضا نصر اصفهانی، حسن شیخ، محسن صادقی*، احسان محمد شریفی صفحات 41-53
    فوم های ترکیبی (سینتاکتیک) متشکل از رزین وینیل استر میکروکره توخالی (میکروبالن) شیشه ای به دلیل داشتن چگالی کم، نسبت استحکام/ چگالی بالا و قابلیت جذب انرژی در بسیاری از سازه های دریایی یا هوایی استفاده می شوند. در این تحقیق رزین وینیل استر خالص به همراه سه درصد حجمی گوناگون 20، 40 و 60 درصد از میکروبالن شیشه ای به روش قالب گیری ریخته گری تولید شد. تاثیر درصد میکروبالن ها بر چگالی، ویژگی های فشاری و کششی فوم ها ارزیابی شد. اندازه گیری چگالی فوم ها نشان داد که با افزایش درصد میکروبالن شیشه ای، از صفر درصد به 60 درصد حجمی، چگالی از 1/04 به 0/563 گرم بر سانتی متر مکعب کاهش پیدا کرد. نتایج نشان داد با افزایش درصد میکروبالن استحکام فشاری و کششی فوم ها کاهش ولی استحکام فشاری ویژه (نسبت استحکام فشاری/چگالی) فوم ها افزایش می یابند. بیش ترین استحکام کششی مربوط به رزین وینیل استر بدون میکروبالن با استحکام کششی MPa 40 است. ویژگی استحکام فشاری ویژه فوم ها از MPa.cm3/g 76 به MPa.cm3/g 98 با افزایش درصد میکروبالن شیشه ای از صفر درصد به 60 درصد افزایش پیدا کرد.
    کلیدواژگان: فوم ترکیبی، رزین وینیل استر، میکروبالن شیشه ای، ویژگی های فشاری، ویژگی های کششی
  • بهرام زهی پور، محمدرضا سائری*، ابراهیم شریفی صفحات 55-65
    در این پژوهش نانوذرات اکسید روی نیمه هادی آلایش یافته با عناصر مس و آهن به روش هم رسوبی معکوس سنتز گردیده و خواص الکتریکی و مغناطیسی آن ها بررسی شده است. بررسی نتایج آنالیزتفرق اشعه ایکس نانوذرات اکسید روی آلایش یافته، نشان داد که ذرات با خلوص بالایی تولید شده اند و حضور آلاینده ها با وجود ایجاد تغییراتی در اندازه بلورک ها، تغییری در ساختار شش وجهی اکسید روی ایجاد نمی کنند. همچنین به کمک تصاویر دریافتی از بررسی با میکروسکوپ الکترونی، مورفولوژی و سایز نانوذرات در حدود 25 نانومتر به دست آمد. علاوه براین به کمک آنالیز طیف سنجی فرابنفش انعکاسی صورت گرفته، شکاف باند و خواص نوری و الکتریکی نانوذرات اکسید روی آلایش یافته با آلاینده های مس و آهن بررسی گردیده و نتایج نشان داد که با افزودن آلاینده مذکور این خواص بهبود یافته است. نهایتا با کمک آنالیز خواص مغناطیس، خواص مغناطیسی این نانوذرات بررسی شد و یافته ها نشان از خاصیت فرومغناطیسی مناسب این ذرات داشت. بررسی همه نتایج به دست آمده نشان دهنده موفقیت روش سنتز هم رسوبی معکوس با استفاده از سورفکتانت غیر یونی اسپن 80 در تولید نانوذرات اکسید روی آلاییده توسط مس و آهن می باشد.
    کلیدواژگان: اکسید روی، آلایش، هم رسوبی معکوس، شکاف باند، مس، آهن
  • امیرحسین مغنیان*، راحیل اشرف زاده شیمی، مرتضی ثقفی یزدی، نیلوفر کولیوند صفحات 67-80
    در این پژوهش شیشه زیست فعال 68S آلایش یافته با استرانسیم، در دماهای پایدارسازی 600 تا 800 درجه سانتی گراد به روش سل- ژل سنتز شد و تاثیر دمای پایدارسازی بر خواص زیست فعالی برون‎تنی آن، قبل و پس از 14 روز غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن توسط آزمون های زیستی بررسی شد. طبق نتایج حاصل از آزمون های حرارتی، کاهش وزن نمونه تا دمای 620 درجه سانتی گراد به دلیل خروج نیترات از ساختار شیشه زیست فعال و ثبات کاهش وزن آن در دمای 700 درجه سانتی گراد مشاهده گردید. همچنین نتایج آزمون های طیف سنجی پراش پرتو ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ و تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی، حاکی از تشکیل لایه هیدروکسی آپاتیت در روز سوم و پنجم غوطه وری و افزایش ارتفاع آن ها تا روز 14 غوطه وری به ترتیب در نمونه 68S7C و 68S8C بود. ضمن این که با توجه به نتایج آزمون طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی، نرخ بالاتر تشکیل لایه هیدروکسی آپاتیت بر روی سطح نمونه 68S7C نسبت به نمونه 68S8C تایید گردید. علاوه بر این طبق نتایج آزمون های سمیت سلولی و فعالیت فسفات قلیایی، رشد و تکثیر سلولی سلول های استخوان ساز MC3T3-E1 در نمونه 68S7C نسبت به نمونه 68S8C به ترتیب 13 و 7 درصد بهبود یافت. بنابراین با توجه به نتایج آزمون های مذکور، نمونه 68S7C به دلیل پایدارسازی در دمای بهینه 700 درجه سانتی گراد، داشتن نرخ بالاتر تشکیل لایه هیدروکسی آپاتیت، بهبود رشد و تکثیر سلولی سلول های استخوان ساز MC3T3-E1 و به تبع آن ارتقا زیست سازگاری آن، به عنوان یک گزینه قابل اعتماد به منظور کاربردهای درمانی مهندسی بافت استخوان انتخاب و معرفی گردید.
    کلیدواژگان: شیشه زیست فعال 68S، استرانسیم، پایدارسازی، زیست سازگاری، مهندسی بافت
|
  • M. M. Piran *, M. Kharaziha, S. Sheibani Pages 1-11
    The objective of the current study is to synthesize magnetic microgels containing cobalt ferrite nanorods, surface modified with aptamer, for efficient separation and identification of breast cancer cells in the presence of a magnetic field. To construct magnetic microgels, cobalt ferrite nanorods were synthesized at 600 °C with a 5 wt.% of polyvinyl alcohol. The synthesized cobalt ferrite nanorods were successfully coated with chitosan, and then the coated nanorods were loaded into alginate microgels. Magnetic microgel samples were synthesized at different pH levels to achieve the optimal magnetic microgels. The sample synthesized at pH 7 of alginate solution and a final pH of 3 (7alg-3) was chosen due to its better size of the porosity and the percentage of surface porosity. Scanning electron microscopy test was conducted to investigate the morphological, and structural properties of nanorods and magnetic microgels. Finally, the surface of the optimal microgel was modified with mucin 1 aptamer, and visible-UV spectroscopy tests were performed to examine the aptamer attachment to the microgel surface. As a result of these efforts, a magnetic aptasensor capable of detecting MCF7 cancer cells and measuring saturation magnetization was developed. Physical and structural properties of the magnetic aptasensor and its components were investigated using scanning electron microscopy, visible-UV spectroscopy, and vibrating sample magnetometry tests. The detection limit and sensitivity of the aptasensor were measured, resulting in 14 cells/mL and a sensitivity of 0.18 Ms/cell.
    Keywords: Cancer, Mucin 1 Aptamer, Cobalt Ferrite Magnetic Nanorods, Magnetic Aptasensor, Mcf7 Cancer Cells
  • Z. Ashuri, M. Tayibi, A. Zargar Kharazi *, E. Pourazizi Pages 13-26
    Skin wounds caused by burns, physical injuries, and diseases such as diabetes can lead to amputation and even death of people due to infection and lack of proper angiogenesis. In this research, a wound dressing was made using the electrospinning method from a blend of poly-caprolactone and gelatin polymers which Ciprofloxacin and Vitamin C were loaded in the polymers separately. The morphology of the structure was observed by scanning electron microscope followed by evaluation of hydrophilicity, swelling, degradation rate, tensile strength, and drug release pattern. Fibroblast cell response was also considered using cytotoxicity test method. Results showed that the wound dressing fibers without drugs and containing drugs were uniform with a diameter of 1039.246 ± 96 and 1403± 406 nm, respectively. The wound dressing showed a suitable wide range of swelling ability and durability within 35 days. The tensile strength increased up to 3.5times by addition of ciprofloxacin and vitamin C due to the morphological changes. The presence of drugs in the system did not indicate any adverse effect on the cell's viability, and suitable proliferation and  adhesion of skin fibroblast cells were observed on the surface of the sample.  In addition,  a combination  of gelatin and polycaprolactone polymers could provide an appropriate degradation rate and release pattern without any cross-linking process, while preserving the mechanical properties and flexibility.
    Keywords: Gelatin, Poly-Caprolactone, Wound Dressing, Drug Release, Ascorbic Acid, Ciprofloxacin
  • H. Naderi-Samani *, R. Shoja Razavi, R. Mozaffarinia Pages 27-39
    In this research, copper nanoparticles were synthesized via laser ablation in liquid using a nanosecond Nd:YAG laser. First, the effect of wavelengths of 532 nm and 1064 nm on the synthesis of copper nanoparticles in acetone and distilled water was investigated. After finding the appropriate wavelength, the effect of synthesis media in the presence of surfactants containing cetyltrimethylammonium chloride, sodium dodecyl sulfate, and polyvinyl pyrrolidone on copper nanoparticles was studied. Visible-ultraviolet optical spectroscopy, atomic absorption spectroscopy, dynamic light diffraction, and field emission scanning electron microscopy were employed to investigate the optical properties, synthesis efficiency, size, and morphology of copper nanoparticles prepared by the laser ablation in liquid method, respectively. The results showed that copper nanoparticles could be successfully synthesized in an acetone medium at 1064 nm wavelength. Also, due to the formation of copper oxides instead of copper nanoparticles, there is a slight possibility of preparing copper nanoparticles in aqueous environments.
    Keywords: Copper Nanoparticles, Copper Oxide, Laser Ablation, Colloid Containing Nanoparticles
  • M.R. Loghman, M. Najafpour, A.R. Nasr Esfahani, H. Sheikh, M. Sadeghi *, E. Mohammad Sharifi Pages 41-53
    Syntactic foams consisting of vinyl ester resin hollow glass microspheres (microballoons) are used in many marine or air structures due to their low density, high stiffness/density ratio, and ability to absorb energy. In this research, pure vinyl ester resin with three different volume percentages of 20%, 40%, and 60% of glass microballoons was produced by molding and casting method. The effect of the percentage of microballoons on the density, compressive, and tensile properties of foams was evaluated. The density measurement of the foams showed that with the increase in the percentage of glass microballoons, from 0% to 60% by volume, the density decreased from 1.04 g/cm3 to 0.563 g/cm3. The results showed that with the increase in the percentage of microballoons, the compressive and tensile strength of the foams decrease, but the specific compressive strength (compressive strength to density ratio) of foams increases. The highest tensile strength is related to the vinyl ester resin without microballoons with a tensile strength of 40 MPa. The specific compressive strength of foams increased from 76 MPa.cm3/g to 98 MPa.cm3/g by increasing the percentage of glass microballoon from 0% to 60%.
    Keywords: Syntactic Foam, Vinyl Ester Resin, Glass Microballoons, Compressive Properties, Tensile Properties
  • B. Zehipour, M.R. Saeri *, I. Sharifi Pages 55-65
    In this research, zinc oxide semiconductor nanoparticles doped with copper and iron elements were synthesized by the reverse co-precipitation method and their electrical and magnetic properties were investigated. The results of XRD analysis of ZnO nanoparticles showed that high-purity nanoparticles were produced, and the presence of the added dopants did not change the hexagonal structure of zinc oxide despite the slight changes in crystallite size. Besides, the results of the FESEM analysis revealed the morphology and the size of 25 nm for the nanoparticles. Furthermore, the results of PL and DRS-UV analysis showed that the band gap and optical and electrical properties of the dopant zinc oxide nanoparticles have been enhanced compared to the zinc oxide. Finally, the magnetic characteristics of these nanoparticles was investigated using the VSM analysis, and the results showed appropriate ferromagnetic properties. In conclusion, the results demonstrate the success of the reverse co-deposition method by using a non-ionic surfactant (Span 80) in the production of Cu2+- doped and Fe2+- doped ZnO nanoparticles.
    Keywords: Zinc Oxide, Doping, Reverse Coprecipitation, Band Gap, Copper, Iron
  • A.H. Moghanian *, R. Ashrafzadeh Shimi, M. Thaghafi Yazdi, N. Kolivand Pages 67-80
    In this research, 68S bioactive glass contaminated with strontium was synthesized at stabilization temperatures of 600-800 °C by sol-gel method, and the effect of stabilization temperature on the in vitro bioactive properties, before and after 14 days of immersion in Simulated body Fluid was investigated by characterization tests and bioassays. According to the results of thermal tests, the weight loss of the sample up to 620 °C was observed due to the removal of nitrate from the bioactive glass structure and the stability of its weight loss at 700 °C. The results of X-ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, and Scanning Electron Microscopy indicated the formation of hydroxyapatite layer on the 3rd and 5th day of immersion and their height increase until the 14th day of immersion for 68S7C and 68S8C samples, respectively. Also, according to the results of the Inductively Coupled Plasma test, the higher formation rate of hydroxyapatite layer on the surface of the 68S7C sample compared to the 68S8C sample was confirmed. In addition, according to the results of cytotoxicity and alkaline phosphatase tests, the growth and cell proliferation of MC3T3-E1 osteogenic cells in the 68S7C sample compared to the 68S8C sample improved by 13% and 7%, respectively. Therefore, according to the results of the tests, the 68S7C sample due to its stabilization at the optimal temperature of 700 °C, the controlled rate of destruction of the glass network, having a higher formation rate of hydroxyapatite layer, improving the growth and cell proliferation of MC3T3-E1 bone-forming cells and consequently improving its biocompatibility, was selected and introduced as a reliable option for bone tissue engineering therapeutic applications.
    Keywords: 68S Bioactive Glass, Strontium, Stabilization, Biocompatibility, Tissue Engineering