توليد داربست نانوكامپوزيتي برپايه سلولزباكتريايي/نانوذرات اكسيد روي/پلي پيرول با بررسي قابليت ضدميكروبي و سميت سلولي

Fabrication of nanocomposite scaffold based on bacterial cellulose/zinc oxide nanoparticles/polypyrrole with antibacterial and cytotoxicity assessment

افزايش عفونت هاي باكتريايي به مشكلي جدي در جوامع بشري تبديل شده است. براين اساس توسعه مواد نانوكامپوزيتي برپايه مواد زيست سازگار و بي خطر براي محيط زيست كه علاوه بر قابليت ضد ميكروبي و زيست سازگاري يا عدم سميت سلولي، خواص ساختاري منحصر بفردي نيز داشته باشد از اهميت بالايي برخورداراست. در اين پژوهش، سلولز باكتريايي (BC)/ پلي پيرول (PPy) و نانوذرات روي (ZnO) كه همزمان داراي خواص ضدميكروبي و قابليت تكثير سلولي باشند، به عنوان نسل جديدي از ايروژل نانوكامپوزيتي كه به روش خشك كردن انجمادي توليد شدند، معرفي شد. بر اين اساس ابتدا ZnO با درصدهاي وزني مختلف 1 %، 3 % و 5 % به BC اضافه شد و سپس PPy در مقدار mmol 2 به روش پليمريزاسيون درجا در ساختار مذكور تعبيه شد. تصاوير FESEM اثبات كرد كه ساختار نانوليفي و متخلخل BC، در حضور PPy و ZnO نيز حفظ شده است. هرچند بعد از افزودن PPy و ZnO ساختار متراكم شده و ريزساختار خوشه انگوري تشكيل دادند. با افزودن mmol 2 به BC و سنتز PPy، استحكام كششي و مدول يانگ BC به طور قابل توجهي كاهش يافته و به ترتيب به مقادير MPa 71 و GPa 5/2 رسيد. از سوي مقابل، با افزودن نانوذرات ZnO خواص مكانيكي افزايش قابل توجهي يافته (افزايش مدول يانگ و استحكام كششي در مقايسه با نمونه هاي BC/PPy) كه اين موضوع به دليل فشرده شدن ساختار ايروژل نانوكامپوزيتي حاصل و همچنين تشكيل فصل مشترك نانوذرات ZnO با دو پليمر BC و PPy است. مشاهده هاله و ناحيه ممانعت در محيط كشت حاوي دو باكتري گرم مثبت و منفي، به خوبي قابليت ضدباكتريايي داربست هاي نانوكامپوزيتي سه جزيي را اثبات كرد. نتايج MTT مربوط به L929 بر روي داربست ها نشان داد كه با افزودن 3 % از نانوذرات ZnO، چسبندگي و تكثير سلولي در طي روزهاي مختلف 1 روز، 5 روز و 7 روز از كشت افزايش قابل توجهي يافت.

The rise of bacterial infections has become a serious problem in human societies. As a result, the development of nanocomposite materials based on biocompatible and non-hazardous materials, besides having antimicrobial and biocompatibility or non-cytotoxicity, associated with unique structural properties, possesses a great importance. Research approach: In this study, bacterial cellulose (BC)/polypyrrole (PPy) and zinc nanoparticles (ZnO), which simultaneously have antimicrobial properties and cell proliferation, were introduced as a new generation of nanocomposite scaffolds produced by freeze-drying. To begin with, ZnO with different weight percentages of 1%, 3% and 5% was added to BC and then PPy in the amount of 2 mmol was embedded in the structure by in situ polymerization. FESEM images proved that the nanofibrous and porous structure of BC was also preserved in the presence of PPy and ZnO. However, after adding PPy and ZnO, they formed a dense structure and microstructure of grape clusters. By adding 2 mmol PPy into BC and upon in situ synthesizing, the tensile strength and Young modulus of BC were significantly reduced to 71 MPa and 2.5 GPa, respectively. On the other hand, with the addition of ZnO nanoparticles, the mechanical properties significantly increased (both of Young modulus and tensile strength compared to BC/PPy samples) due to the compaction of the nanocomposite aerogel’s structure and the formation of the interface of ZnO nanoparticles with both polymers of BC and PPy. The observation of the inhibition zone in the culture medium containing two gram-positive and negative bacteria, well proved the antibacterial ability of ternary nanocomposite scaffolds. The results of MT9 related to L929 on aerogels showed that by adding 3% of ZnO nanoparticles, adhesion and cell proliferation increased significantly during different days of 1 day, 5 days and 7 days of culture.