Development of Carbon Nanotube Embedded Polyacrilonitrile/Polypyrrole Electrospun Nanofibrous Scaffolds

Abstract

In this study, electrospun polyacrilonitrile (PAN)/ polypyrrole (PPy) nanofibers containing different PPy content (10, 25, and 50 wt%) were prepared. Different carbon nanotube (CNT) amounts (1, 2, 3, and 4 wt%) were embedded into PAN/PPy nanofibers to improve their mechanical and electrical properties. CNT functionalization was carried out to solve agglomeration problem and functional CNTs effects on PAN/PPy nanofiber morphology was examined. Alignment of nanofibers was studied to improve mechanical properties of nanofibers. Obtained PAN/PPy and PAN/PPy/CNT nanofibers were utilized as kerotinocytes scaffold. PAN/PPy/CNT and aligned and randomly oriented PAN/PPy nanofibers were examined for bone marrow osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs). 10 wt% PPy content was optimum in terms of mechanical properties and usage with CNTs. Higher strain was observed for 10 wt% PPy content which was 23.3 %. When as-grown MWCNTs were added into PAN/PPy, disordered nanofibers were formed. To improve interficial properties of these composites, as-grown CNTs were functionalized with H2SO4/HNO3/HCl solution. Upon functionalization, formation of hydroxylic and carboxylic groups were detected on the CNT surfaces. TEM examination of the nanofibers obtained with these CNTs showed decrease in beads formation. The functionalized CNTs were well dispersed within the electrospun nanofibers and aligned along the direction of nanofibers. The electroactivity of the fibers indicated that these nanofibers could be used as electrochemical actuator in acidic solutions. PAN/PPy and PAN/PPy/CNT nanofibers supported the attachment and proliferation of keratinocytes and osteogenic differentiation of MSCs. It was found that these nanofibers could be utilized as scaffolds for both cell types.

Bu tez çalışmasında, farklı oranlarda polipirol (PPy) içeren (%10, 25 ve 50) poliakrilonitril (PAN)/PPy nanofiberler elektroeğirme yöntemiyle sentezlenmiştir. Mekanik ve elektriksel özellikleri iyileştirmek için farklı karbon nanotüp (KNT) oranları (% 1, 2, 3 ve 4) PAN/PPy nanofiberler içine eklenmiştir. Karbon nanotüplerin topaklanma problemini çözmek için, KNTler fonksiyonel hale getirilmiştir ve fonksiyonel KNTlerin PAN/PPy nanofiberlerin morfolojisi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Nanofiberlerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için nanofiberlerin yönlendirilmesi de çalışılmıştır. Elde edilen PAN/PPy ve KNT eklenmiş PAN/PPy nanofiberler keratin yapı iskelesi olarak kullanılmıştır. Yönlendirilmiş ve rastgele yönlenmiş PAN/PPy nanofiberler kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin osteojenik diferansiasyonu için incelenmiştir. Mekanik özellikler ve KNT ile birlikte kullanım açısından % 10 PPy içeriği optimum olarak bulunmuştur. %23.3 değerindeki daha yüksek gerinme değeri %10 PPy içeriği için gözlenmiştir. %1 ve 4 oranlarında çok duvarlı KNT PAN/PPy içerisine eklendiğinde, düzensiz nanofiberler meydana gelmiştir. Bu kompozitlerin interfaz özelliklerini iyileştirmek için KNT ler H2SO4/HNO3/HCl solusyonuyla fonksiyonel hale getirişmiştir. Fonksiyonelleştirme sonucu, KNT yüzeylerinde hidroksilik ve karboksilik gruplar saptanmıştır. Bu KNTlerle elde edilen nanofiberlerin TEM analizleri damlacık oluşumunda azalma ve nanofiberlerle aynı yönde yönlenme göstermiştir. Bu fonksiyonel KNTlerin PAN/PPy karışımı içerisindeki dağılımının iyileştiğini göstermektedir. Fiberlerin elektroaktiviteleri göstermiştir ki bu nanofiberler asidik solusyonlar içerisinde elektrokimyasal aktuatör olarak kullanılabilirler. PAN/PPy ve KNT eklenmiş PAN/PPy nanofiberler keratinlerin tutunmasını ve çoğalmasını ve mezenkimal kök hücrelerin osteojenik diferansiasyonunu sağlamışlardır. Bu nanofiberlerin her iki hücre tipi için de yapı iskelesi olarak kullanılabileceğini gösterilmiştir.