پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم آغاز شده از سطح 2-هیدروکسی اتیل متاکریلات روی پلی‌استیرن: مشخصه‌یابی و ارزیابی زیست‌سازگاری سطح

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه صنعتی تبریز، دانشکده مهندسی پلیمر، کد پستی 5331817634

چکیده

فرضیه: با توجه به مناسب‌نبودن سطح آب‌گریز پلی‌استیرن برای چسبندگی یاخته‌ای، ایجاد  لایه‌ای از پلیمر آب‌دوست و زیست‌سازگار پلی(2-هیدروکسی اتیل متاکریلات) (PHEMA) با روش پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم آغازی از سطح (SI-ATRP) می‌تواند سبب تغییر خواص سطحی و بهبود رفتار یاخته‌ای بشود.
روش‌ها: گروه‌های عاملی هیدروکسیل روی سطح با پرتودهی فرابنفش/ازون از فاصله‌ 3 سانتی‌متری تشکیل شدند. با ایجاد این گروه‌های عاملی و لایه‌نشانی آغازگر روی سطح، پیوند‌زنی PHEMA با روش SI-ATRP در زمان‌های مختلف پلیمرشدن (2، 4 و 6 ساعت) انجام شد.
یافته‌ها: شدت پیک‌های مربوط به گروه‌های کربونیل و هیدروکسیل در طیف ATR-FTIR سطح PS، با افزایش زمان پرتو‌دهی UVO تا 15 دقیقه افزایش یافت، زاویه تماس آب (WCA) سطح در این زمان حدود °12 بود. با افزایش زمان پلیمرشدن HEMA از ۲ تا ۶ ساعت، WCA از ۵۶ به ۴۸ درجه کاهش یافت و شدت قله‌های مربوط به گروه‌های عاملی هیدروکسیل و کربونیل در طیف ATR-FTIR افزایش یافت. بعد از عمل‌آوری زیرایند پلی‌استیرنی به‌مدت 15 دقیقه و پلیمرشدن 6 ساعتی HEMA، یک لایه نازک و نسبتا یکنواخت PHEMA با ضخامت حدود 110-90 نانومتر، مشاهده شد. زنده‌مانی یاخته‌های NIH3T3 روی سطوح اصلاح‌شده با PHEMA در زمان‌های پلیمرشدن 2، 4 و 6 ساعت و با زمان پیش‌عمل‌آوری 15 دقیقه 300،250 و 225% بود. درصد نواحی پوشیده با یاخته روی سطح پلی‌استیرن بکر و سطوح اصلاح‌شده با PHEMA در 2 و 6 ساعت 27، 75 و 62% بود. یاخته‌ها روی سطح پلی‌استیرن شکل‌شناسی صاف و تعداد کمی از آن‌ها  شکل‌شناسی دوکی‌شکل نشان دادند، در حالی که روی سطوح اصلاح‌شده، یاخته‌ها شکل‌شناسی کروی داشتند که با شکل طبیعی یاخته‌های فیبروبلاست متفاوت بود. با وجود این، شکل‌شناسی یاخته‌ای در سطوح اصلاح‌شده با شکل طبیعی یاخته‌ها روی ظروف کشت بافت پلی‌استیرنی (TCPS)، شکل‌شناسی کشیده و دوکی شکل، متفاوت بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization of 2-Hydroxyethyl Methacrylate on Polystyrene: Surface Characterization and Biocompatibility Assessment

نویسندگان [English]

  • Farhang Abbasi
  • Ali Jafari
  • Morteza Nasiri
Institute of Polymeric Materials and Faculty of Polymer Engineering, Sahand University of Technology, Postal Code: 5331817634, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Since naturally hydrophobic surface of polystyrene (PS) substrate is unsuitable for cell adhesion, grafting hydrophilic and biocompatible poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) chains through surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) can alter the surface properties and enhance the cell behavior 
Methods: Hydroxyl functional groups were introduced through ultraviolet/ozone (UVO) irradiation at a distance of 3 cm. Next, an initiator layer was deposited on the surface, which facilitated PHEMA grafting via SI-ATRP, conducted across various polymerization durations (2, 4, and 6 h) 
Findings: The intensity of carbonyl and hydroxyl peaks in ATR-FTIR spectra increased with increasing UVO irradiation time up to 15 min, where water contact angle (WCA) was about 12°. WCA of PHEMA-modified surface decreased from 56 to 48° as polymerization time increased from 2 to 6 h, and the peaks related to hydroxyl and carbonyl groups in ATR-FTIR analysis became stronger. A thin and relatively uniform PHEMA layer with a thickness of about 90-110 nm was observed for the PS substrate pretreated for 15 min and subsequently polymerized with HEMA for 6 h NIH3T3 cell viability on PHEMA-modified surfaces at polymerization times of 2, 4 and 6 h, with a pretreatment for 15 min, was 300, 250 and 225%, respectively. The cell-covered area percentages of the pristine and the PHEMA-modified PS surfaces at polymerization times of 2 and 6 h were 27%, 75%, and 62%, respectively. Most cells on the virgin PS surface exhibited a flat morphology, while a smaller subset displayed a spindle-shaped form. On the modified surfaces, the cells had a spherical shape differed from the natural shape of fibroblast cells. However, cell alignment on the modified surfaces was different from the natural alignment of cells on tissue culture PS dishes, being elongated and spindle-shaped.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polystyrene substrates
  • atom transfer radical polymerization
  • grafting
  • poly(2-hydroxyethyl methacrylate)
  • cellular behavior