| Tytuł: | Wpływ wybranych metod fragmentacji sonopokrywanych nanocząstkami włókien elektroprzędzonych na ich właściwości fizyko-chemiczne i cytokompatybilność |
| Kierownik projektu: | Julia Higuchi |
| Laboratorium: | Laboratorium Nanostruktur (NL-4) |
| Nazwa konkursu, programu: | MINIATURA |
| Numer projektu: | 2024/08/X/ST5/01506 |
| Data realizacji: | 09.12.2024 08.12.2025 |
| Podmiot realizujący: | Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk |
| Typ realizacji projektu: | Projekt realizowany samodzielnie |
| Przyznane środki ogółem: | 49 500 zł |
| Przyznane środki dla podmiotu: | 49 500 zł |
| Instytucja finansująca: | Narodowe Centrum Nauki |
Opis projektu
| Zainteresowania naukowe autorki projektu skupiają się na pokrywaniu ultradźwiękowym nanocząstkami powierzchni materiałów, w szczególności membran z włókien elektroprzędzonych. Pokrywanie ultradźwiękowe – sonopokrywanie (ang. sonocoating) opatentowane przez autorkę projektu wraz ze współpracownikami z Laboratorium Nanostruktur IWC PAN jest nieniszczącą i unikalną w skali światowej metodą modyfikacji materiałów poprzez osadzenie warstw nanocząstek. Wytworzenie nanometrycznej warstwy na włóknach elektroprzędzonych powoduje znaczną zmianę ich właściwości, od rozwiniętej nanotopografii, zwiększonej biokompatybilności, zwilżalności, stymulacji wzrostu komórek i wzrostu tkanki kostnej de novo w modelach zwierzęcych, nadania właściwości przeciwdrobnoustrojowych do stymulacji procesu angiogenezy w modelach ex ovo. Dodatkowo, wytworzona na włóknach jednorodna warstwa jest odporna na zginanie materiału. Jednym z ograniczeń w zastosowaniu włóknin elektroprzędzonych pokrywanych ultradźwiękowo jest natomiast ich płaska forma wynikająca z osadzania włókien jedne na drugich na uziemionym kolektorze. Pożądane jest zatem uzyskanie bardziej funkcjonalnej formy włókien tj. rozdrobnionych krótkich struktur, które mogą być stosowane jako materiał trójwymiarowy. W odróżnieniu od długich włókien ciągłych, krótkie włókna poszerzają potencjalny obszar zastosowań. Dzięki mniejszej liczbie splątań, krótkie włókna można znacznie łatwiej przetwarzać i nimi manipulować. Można je stosować jako dodatek do składników płynnych do tworzenia preparatów wstrzykiwalnych, jako wzmocnienie mieszanin z materiałami sypkimi, zmieniając znacznie ich właściwości mechaniczne oraz piezoelektryczne, a także ułatwiając formowanie prasowanych kompozytów. Jednym z obiecujących sposobów przezwyciężenia ograniczenia stosowania membran elektroprzędzonych jest fragmentacja włókien. W literaturze można znaleźć wiele doniesień o metodach fragmentacji membran elektroprzędzonych (tj. sonifikacja, kriomielenie, rozdrabnianie mechaniczne, cięcie laserowe). Jednak żadna z obecnie znanych metod nie została dotąd wykorzystana do rozdrobnienia sonopokrywanych struktur elektroprzędzonych oraz nieznany jest wpływ metod fragmentacji na strukturę takich włókien. Istnieje zatem silna potrzeba analizy potencjału rozdrobnienia takich struktur do poziomu mikrowłókien. Celem niniejszego projektu jest zbadanie wpływu wybranych metod fragmentacji sonopokrywanych nanocząstkami włókien elektroprzędzonych na ich właściwości fizykochemiczne i cytokompatybilność. Do wyboru metody fragmentacji zostaną wykorzystane membrany elektroprzędzone ze znanych i dobrze opisnaych w literaturze włókien na bazie syntetycznego poli-Llaktydu (PLLA) z pokryciem z nanocząstek tlenku cynku (ZnO) wyprodukowanym w IWC PAN. Są to włókna posiadające unikalne właściwości, takie jak: wysoki stosunek powierzchni do objętości, regulowana porowatość, biodegradowalność czy dobra wytrzymałość mechaniczna. Zarówno PLLA, jak i ZnO posiadają również istotną właściwość z punktu widzenia zastosowań biomedycznych – wykazują piezoelektryczność (pod wpływem naprężeń mechanicznych wytwarzają potencjały elektryczne). Warto podkreślić, że taka kompozycja włókien jest nowa i nie były one dotąd otrzymywane z użyciem metody sonopokrywania. Do zbadania wpływu fragmentacji na właściwości materiału zostaną wykorzystane metody sonifikacji, zchłodzenia materiału w ciekłym azocie z jednoczesną fragmentacją mechaniczną, kriomielenia oraz kombinacja ww. metod. Badania fizyko-chemiczne skupione zostaną na obrazowaniu włókien przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz określeniu zmian fazowych przed i po procesie rozdrabniania za pomocą skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) i spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR). Ostatnim etapem będzie ocena biodegradacji enzymatycznej (względem r-ru kolagenazy I i proteinazy K) biomateriałów oraz ocena ich cytokompatybilności in vitro względem ludzkich osteoblastów – linia hFOB 1.19, ATCC (ocena żywotności i proliferacji w czasie). Podsumowując warto podkreślić, że zaplanowane kompleksowe badania podstawowe przyczynią się do znaczącego poszerzenia wiedzy na temat wytwarzania krótkich włókien biodegradowalnych pokrytych nanocząstkami możliwych do zastosowania, jako składnik przyszłych kompozytów. |