Doku mühendisliği uygulamalarına yönelik elektriksel olarak iletken çekirdek-kabuk tipi eşeksenli elektroeğrilmiş PVA-PEDOT: PSS-KNT pHEMA kompozit fiber malzemenin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı eşeksenli elektroeğirme tekniği kullanılarak elektriksel olarak iletken PEDOT: PSS-KNT/pHEMA çekirdek-kabuk tipi fiberler üretmektir. Kalınlık, fiber çapı, por büyüklüğü, porozite yüzdesi, temas açısı, elektriksel iletkenlik ve mekanik özelliklerin belirlenmesi için pHEMA, PVA-PEDOT: PSS, PVA-KNT, PVA-PEDOT: PSS-CNT, pHEMA/PVA-PEDOT: PSS, pHEMA/PVA-KNT, pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-KNT kompozit malzemeleri karakterize edilmiştir. SEM'den elde edilen görüntülere göre üretilmiş olan tüm malzemeler boncuksuz ve tekdüze yapılardır, ayrıca görüntüler göstermiştir ki pHEMA fiberlerin çapı 825±118 nm iken pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT fiberlerinin çapları 578±79 nanometredir. Buna ek olarak pHEMA'nın fiberlerarası por büyüklüğü 2.62 µm iken pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-KNT malzemesindeki fiberlerarası por büyüklüğü 1.75 µm'dir. elde edilen malzemelerin çekirdek-kabuk yapısına sahip olduğu TEM görüntüleriyle kanıtlanmış ve iç ve dış çaplarının SEM sonuçlarıyla uyumlu olduğu belirtilmiştir. Temas açısı ölçümlerinde göstermiştir ki pHEMA, hidrofilik bir malzeme olup temas açısı 10.48±0.08'dir, buna ek olarak pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-KNT benzer karakteristik göstermiş olup temas açısı 11.24±0.54 olarak belirlenmiştir. En yüksek elektrik iletkenliği PVA-PEDOT: PSS-KNT malzemesinde 14.27 µS/cm olarak ölçülmüş olup pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-KNT'de daha düşük olup 10.58 14.27 µS/cm şeklinde belirlenmiştir. Son olarak mekanik testler gerçekleştirilmiş olup bu testler sonucunda en yüksek elastik modüle sahip örnek 8500 kPa ile PVA-PEDOT: PSS iken pHEMA 200 kPa, pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-KNT ise 600 kPa elastik modüle sahiptir. TGA analizi sonuçlarına göre, pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT'nin pHEMA'dan daha yüksek bir bozunma sıcaklığı gerektirdiği gösterilmiştir. PVA-PEDOT: PSS-CNT'nin çekirdeğe eklenmesiyle pHEMA'nın ATR-FTIR spektrumunda hafif bir kayma gözlemlenmiş. Son olarak, L929 fibroblast hücre hattı kullanılarak hücre-malzeme etkileşimleri gözlemlenmiştir. Bu çalışma, koaksiyel elektrospun pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT çekirdek-kabuk liflerinin doku mühendisliği uygulamaları için umut verici bir aday olduğunu göstermektedir.

The study aims to fabricate electrically conductive PEDOT: PSS-CNT/ pHEMA core-shell fibers via the coaxial electrospinning method. Characterizations of the poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (pHEMA), Polyvinyl alcohol (PVA)-poly (3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT): polystyrene sulfonate (PSS), PVA-carbon nanotube (CNT), PVA-PEDOT: PSS-CNT, pHEMA/PVA-PEDOT: PSS, pHEMA/PVA-CNT and pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT composite materials were performed to determine thickness, fiber diameter, pore size and percentage of the porosity, contact angle, electrical conductivity, and mechanical properties. According to the SEM figures, all of the samples showed uniform and bead-free structures and from the SEM pictures, it is determined that pHEMA has a diameter of 825±118 nm while pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT possesses a diameter of 578±79 nm. Also, the average inter-fiber pore size of the pHEMA is around 2.62 µm, while the pore size of the pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT material is 1.75 µm. The TEM images proved that the obtained materials possess core-shell structure while the inner and outer diameters showed correlation with the SEM results. The contact angle measurements showed that pHEMA is a hydrophilic material with an anger degree of 10.48±0.08 and pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT showed similar characteristics with 11.24±0.54. The highest electrical conductivity value was measured for the sample PVA-PEDOT: PSS-CNT with 14.27 µS/cm while pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT showed a lower electrical conductivity value of 10.58 µS/cm. The mechanical measurement showed that the highest elastic modulus is measured at the sample PVA-PEDOT: PSS with 8500 kPa while pHEMA has 200 kPa and pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT has 600 kPa elastic modulus. The TGA analysis results demonstrated that pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT requires a higher temperature for decomposition than pHEMA alone. A slight shift in ATR-FTIR spectra of pHEMA was observed with the addition of PVA-PEDOT: PSS-CNT to the core. Additionally, cell-material interactions were observed using the L929 fibroblast cell-line. In conclusion, it is suggested that coaxially electrospun pHEMA/PVA-PEDOT: PSS-CNT core-shell fibers are promising for tissue engineering applications.