تهیه و مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت هیدروژل Fe3O4-پلی‌آکریل‌آمید پیوندی با کاپا-کاراگینان

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 سبزوار، دانشگاه حکیم سبزواری، گروه مهندسی پلیمر

2 تهران، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده شیمی

چکیده

فرضیه: هیدروژل‌های زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌سازگار از پلیمرهای طبیعی در کاربردهای مختلف زیست‌پزشکی از جمله دارورسانی، مهندسی بافت و درمان زخم استفاده می‌شوند. هدف این پژوهش پلیمرشدن پیوندی آکریل‌آمید روی کاپا-کاراگینان و افزودن نانوذرات مغناطیسی Fe3O4، تا هیدروژل‌هایی با ویژگی‌های بهبودیافته در زمینه‌های زیست‌پزشکی ارائه کند.
روش‌ها: در این پژوهش، نانوکامپوزیت K-carrageenan-grafted-polyacrylamide/Fe3O4 (kC-g-PAAm@Fe3O4) ساخته شد. این فرایند شامل تهیه نانوذرات Fe3O4و اصلاح پلی‌ساکارید کاپا-کاراگینان با ‌پلیمرشدن پیوندی آکریل‌آمید بود. سپس، واکنش ایجاد اتصال‌های عرضی بین زنجیرهای پلیمری و توزیع نانوذرات Fe3O4 در بستر هیدروژل طی فرایند پلیمرشدن انجام شد. ویژگی‌های شیمیایی، شکل‌شناسی، پایداری گرمایی، رفتار مغناطیسی تخلخل نانوکامپوزیت و مقدار تورم هیدروژل بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج الگوی XRD نشان داد، نانوکامپوزیت هیدروژل دارای پیک‌های شاخص مربوط به Fe3O4 و kC است که بهبود ویژگی بلوری را نسبت به هیدروژل kC-g-PAAm خالص نشان می‌دهد. آزمون TGA نیز نشان داد، این نانوکامپوزیت در مقایسه با کاپا-کاراگینان خالص پایداری گرمایی بیشتری دارد و در دمای 800 درجه سانتی‌گراد، وزن باقی‌مانده آن %41 است. تحلیل VSM حاکی از خواص ابرپارامغناطیسی با مغناطش اشباع 12.173emu g⁻¹ بود. همچنین، آزمون سطح ویژه kC-g-PAAm نشان داد، به مقدار200.55m2/g  است که به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از kC خالص است، که به‌دلیل شبکه سه‌بعدی ایجاد شده از طریق پلیمرشدن پیوندی و اتصا‌ل‌های عرضی است. آزمایش‌های تورم نشان دادند،هیدروژل kC-g-PAAm حداکثر 2200 درصد و نمونه kC-g-PAAm@Fe3O4 حدود 2080 درصد آب جذب کردند، اما وجود نانوذرات Fe3O4 به‌عنوان پرکننده انعطاف‌پذیری شبکه را محدود کرده و تورم را کمی کاهش داده است. آزمون محتوای ژل نشان داد، درصد ژل باقی‌مانده در نمونه‌ها به‌ترتیب 74 و 81% است، که نشان‌دهنده استحکام بیشتر شبکه با وجود نانوذرات است. این ویژگی‌ها نانوکامپوزیت را برای کاربردهای زیست‌پزشکی حساس به شرایط محیطی مناسب می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Preparation and characterization of Fe3O4 decorated κ-carrageenan-grafted-polyacrylamide hydrogel nanocomposite

نویسندگان [English]

  • Fereshte Hassanzadeh-Afruzi 1
  • Rasoul Esmaeely Neisiany 1
  • ali maleki 2
1 Postdoctoral researcher, Department of Polymer Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran.
2 Professor, Catalysts and Organic Synthesis Research Laboratory, Department of Chemistry, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Hypothesis
The biodegradable and biocompatible hydrogels from bio-based polymers are widely used in various biomedical applications, including drug delivery, tissue engineering, and wound healing. This study hypothesizes that by grafting acrylamide onto kappa-carrageenan and incorporating magnetic Fe3O4 nanoparticles a hydrogel with improved properties is developed with potential for broad biomedical applications.
Methods
A nanocomposite hydrogel, K-carrageenan-grafted-polyacrylamide/Fe3O4 (kC-g-PAAm@ Fe3O4), was synthesized. The process involved the preparation of Fe3O4 nanoparticles and the modification of kC polysaccharide through acrylamide graft polymerization. Cross-linking reactions between polymer chains and the incorporation of Fe3O4 nanoparticles in the hydrogel matrix were carried out during the polymerization process. The chemical, morphological, thermal stability, magnetic behavior, and porosity properties of the nanocomposite hydrogel were characterized.
Findings
XRD analysis revealed that the nanocomposite hydrogel exhibited characteristic peaks corresponding to Fe3O4 and kC, indicating an improvement in crystallinity compared to pure kC-g-PAAm. TGA results showed that the nanocomposite had significantly higher thermal stability compared to pure k-carrageenan, with a residual weight of 21% at 800°C. VSM analysis demonstrated superparamagnetic properties, with a saturation magnetization of 12.173 emu g⁻¹. Furthermore, BET surface area analysis indicated that kC-g-PAAm had a specific surface area of 200.55 m² g⁻¹, significantly higher than that of pure kC, which was attributed to the three-dimensional network formed through graft polymerization and cross-linking reactions. Swelling experiments revealed that the kC-g-PAAm hydrogel absorbed up to 2200% of water, while the kC-g-PAAm@Fe₃O₄ sample showed a slightly lower swelling capacity of 2080%, due to the nanoparticles restricting the network's flexibility. Gel content analysis indicated that the retained gel fractions were 74% and 81% for kC-g-PAAm and kC-g-PAAm@Fe₃O₄, respectively, demonstrating enhanced network stability in the presence of nanoparticles. These findings suggest that the synthesized nanocomposite hydrogel exhibits improved properties for biomedical applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural polymer
  • κ-carrageenan
  • Polyacrylamide
  • Hydrogel nanocomposite
  • Graft polymerization

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار