c (3223)

By92

c (3223)

پ‍ژوهشكده علوم
سنتز و شناسایی کمپلکس Ho-POSS با کاربرد در پوشش‌دهی در ابزار پزشکی
پايان نامه كارشناسي ارشد رشته علوم و تكنولوژي پليمر
سنا پیرمردوند چگینی
اساتيد راهنما:
دكتر پروین شکرالهی
دکتر مژگان زندی
استاد مشاور:
دکتر محمد ایمانی
1391

فهرست
فصل اول : مقدمه1
1-1شیمی درمانی1
1-2رادیوتراپی3
1-3مزایا و معایب رادیودرمانی و براکی تراپی5
1-4پرتوزایی و سازو کار تبدیل عناصر رادیواکتیو6
1-5منابع انرژی مورد استفاده در براکی تراپی8
1-6براکی تراپی با کمپلکس هلمیوم9
1-7ضرورت انتخاب لیگاند مناسب برای فلز هلمیوم در کاربرد براکی تراپی10
1-7-1 پلی هدرال الیگومریک سیلسسکوی اكسان (POSS)10
1-8نانوکامپوزیتهای POSS12
1-9 شیمی فلزات لانتانید14
1-10 کمپلکسهایی با لیگاند POSS17
فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده18
2-1شیمی سیلسسکویی اکسان18
2-2سنتز کمپلکس Ho-POSS با استفاده از الکوکسید، آمینی و آلکیل فلزی (روش اول)22
2-3سنتز کمپلکس فلز-POSS در حضور ترکیب آمینی25
2-4واکنشهای جانبی در روش استفاده از آمین برای کمپلکس فلز-POSS28
2-5سنتز کمپلکس فلز- POSS با استفاده از لیتیم بیس( تری متیل سایلیل آمید) (روش سوم )28
2-6کمپلکسفلزات گروه f با POSS30
فصل سوم : بخش تجربی36
3-1مواد36
3-2سنتز POSS-Ho37
3-2-1سنتز کمپلکس 1 با استفاده از آلکوکسید فلزی38
3-2-2سنتز کمپلکس2 (استفاده از نمک کلرید هلمیوم در حضور باز لویس آمینی)39
3-2-3سنتز کمپلکس3 (استفاده از هلمیوم کلراید در حضور لیتیم تری متیل سایلیل آمید)39
3-3 سنتز پلی یورتان40
3-4 شناسایی ها40
3-4-1سانتریفوژ40
3-4-2گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)40
3-4-3خشک کن انجمادی41
3-4-4میکروسکوپی نوری41
3-4-5طیف بینی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) 41
3-4-6تجزیه گرما وزن سنجی(TGA)42
3-4-5بازتاب ضعیف شده کل – آزمون طیف سنجی زیر قرمز سطح (ATR-FTIR)42
3-4-6EDX43
3-4-7NMR43
3-4-8طیف سنجی نور فرابنفش(UV)43
3-4-9کروماتوگرافی لایه نازک44
3-4-10طیف سنجی فلورسانس 44
3-4-11فتولومینسانس(PL)45
3-5 بررسی زیست سازگاری45
فصل چهارم : نتایج و بحث46
4-1 آماده سازی مواد اولیه46
4-1-1طیف بینی FTIR ازPOSS خالص46
4-1-2خشک کردن هلمیوم نیترات47
4-1-3ATR53
4-2 سنتز کمپلکس54
4-2-1نتایج سنتز کمپلکس به روش اول (کمپلکس1)55
4-3 روشهای خالص سازی کمپلکس POSS-Ho56
4-3-1EDX57
4-4 آنالیز کمپلکس 158
4-4-1آنالیز کمپلکس 1 توسط FTIR58
4-4-1شناسایی کمپلکس 1 توسط طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته (NMR)61
4-5 کمپلکس سنتز شده در حضور آمین (کمپلکس2)73
4-5-1شناسایی کمپلکس 2 با روش FTIR73
4-6 شناسایی کمپلکس374
4-6-1شناسایی کمپلکس 3 به روش FTIR76
4-6-2EDX مربوط به کمپلکس 379
4-6-3شناسایی کمپلکس 3 به روش طیف سنجیNMR79
4-6-4بررسی رفتار حرارتی کمپلکس با آزمون TGA81
4-7 بررسی رفتار کمپلکس در محدودهیUV-Vis83
4-7-1کروماتوگرافی لایه نازک (TLC)84
4-7-2طیف سنجی UV85
4-7-3طیف سنجی فلورسانس (فلوریمتری )87
4-7-4فتولومینسانس89
4-8زیست سازگاری کمپلکس92
4-9بررسی امکان تشکیل مایسل های POSS در حلال های مورد استفاده در واکنش93
4-10شناسایی پلی یورتان با FTIR94
4-10-1TGA پلی یورتان97
4-10-2بررسی خواص مکانیکی و حرارتی پلی یورتان به روش DSC98
4-10-3بررسی تاثیر استفاده از POSS برای پخش هلمیوم در بستر پلی‌یورتان99
فصل پنجم: نتیجه‌گیری100
فهرست اشكال
شکل1-1. نمونهای از دستگاه رادیو تراپی……………………………………………………………………………..3
شکل1- 2 کاتترهای مورد استفاده در براکی تراپی …………………………………………………………………5
شکل1-3 . ساختار POSS با گروههای R متصل…………………………………………….. ……………………11
شکل1-4 ترکیب ویژگیهای مواد معدنی با پلیمرها برای حصول خواص مطلوب……………………….12
شکل1-5 انواع روشهای وارد کردن POSS در داخل بستر پلیمر……………………………………………13
شکل1-6 ساختارهای مختلف POSS…………………………………………………………………………………14
شکل1-7 آزمایشگاه مدرن بررسی شیمی لانتانید ها و عناصر واسطه………………………………………….15
شکل 1-8 روند تغییرات شعاع اتمی ,نقطه جوش و آنتالپی تبخیر عناصر لانتانیدی………………………..15
شکل 1-9 بررسی پایداری کمپلکس چند لیگاند مختلف برای فلزات لانتانیدی…………………………..17
شکل 2-1 : تمام عناصر واکنش داده شده با POSS با قفس ناقص……………………………………………..18
شکل 2-2 روشهای مختلف سنتز کمپلکس فلز-POSS……………………………………………………….19
شکل2-3: مثالهایی از سیلسسکوییاکسان با گروه های سیلانول…………………………………………….20
شکل2-.4 نمایش شماتیک اتصال گروههای سیلانول-فلز در قفس POSS ………………………………21
شکل2-5:تشکیل اوربیتالهای مولکولی در تشکیل کمپلکس فلز- POSS…………………………………21
شکل ‎16: واکنش اپوکسیداسیون………………………………………………………………………………………22
شکل2-7 : کمپلکس POSS Mg – ،……………………………………………………………………………………23
شکل ‎18 : شماتیکی از سنتز کمپلکس Zr-POSS……………………………………………………………….24
شکل ‎12-9: کمپلکس W-POSS سنتز شده توسط فهر……………………………………………………………24
شکل2-10 : کمپلکسهای Ti-POSS با استفاده از مشتق الکوکسید تیتانیم………………………………..25
شکل2-11: نمونهای ازسنتز کمپلکسآلومنیوم با لیگاند POSS در حضور تریاتیلن آمین………………………..25
شکل 2-12: شمایی از سنتز کمپلکس V-POSS در حضور تری اتیل آمین………………………………………26
شکل ‎113: شماتیک سنتز کمپلکس Zr-POSS…………………………………………………………………..26
شکل2-14 : تشکیل کمپلکس Fe-POSS در حضور آمین……………………………………………………….27
شکل2-15: سنتز کمپلکس های آلومنیوم و مس با POSS……………………………………………………..27
شکل ‎116: واکنش جانبی که در واکنش تشکیل متالاسیلسسکوییاکسان انجام میشود……………28
شکل 2-17 : سنتز کمپلکس منگنز – POSS توسط ادلمان………………………………………………………29
شکل 2-18: تهیهی کمپلکس Ti- POSS با روش اول در حضور الکل و آمین………………………….30
شکل 2-19 : کمپلکس Yb-POSS ……………………………………………………………………………………31
شکل 2-20 : تشکیل کمپلکس N-POSS در حضور ایزوپروپانول……………………………………………32
شکل 2-21 : سنتز کمپلکس تعدادی از فلزات که با استفاده از حد واسط Li-POSS ………………….33
شکل 2-22 : شمایی از تشکیل کمپلکس Er-POSS…………………………………………………………….34
شکل2-23 : تهیهی کمپلکس Nd, Pr, Er و Ho با لیگاند دی سیلوکسان دی ال………………………..34
شکل4-1 طیف FTIR لیگاند POSSتریسیلانولی…………………………………………………………………………..47
شکل4-2:ترموگرام TGA نمک هلمیوم کلرید شش آبه…………………………………………………………49
شکل4-3 نمودار TGA مربوط به HoNit اولیه بدون اعمال ایزوترم گرمایشی در فرآیند تست TGA…………50
شکل4-4 : منحنی TGA مربوط به نمونههای HoNit…………………………………………………………….51
شکل 4-5 منحنیهای TGA مربوط به نمونههای “خشک شده”……………………………………………….52
شکل 4-6 :طیفهای ATR-FTIR مربوط به هلمیوم نیترات………………………………………………..54
شکل 4-7 : ساختارHo6(C3H7O)17(NO3)…………………………………………………………………………………………..55
شکل 4-8 :شماتیک لیگاند POSS تری ال (1) و کمپلکس سنتز شده (2)………………………………………………………56
شکل 4-9 : نتایج EDX از باقی مانده مرحلهی انجام واکنش هلمیوم نیترات با سدیم پروپانوات…………………………….58
شکل4-10: طیف FTIR…………………………………………………………………………………………………………………………60
شکل4-11: طیف EDX کمپلکس POSS-Ho حاصل از سنتز کمپلکس1……………………………………………………….61
شکل4-12 :نمایش شماتیک لیگاند POSS تریال (1) و پیش بینی کمپلکس2……………………………………62
شکل4-13: طیف H-NMR لیگاند POSS………………………………………………………………………………………………………….62
شکل 4-14: طیف H-NMR کمپلکس Ho-POSS……………………………………………………………………………………………63
شکل 4-15 :طیف C-NMR لیگاند POSS تریال…………………………………………………………………………………………..65
شکل 4-16: طیف C-NMR کمپلکس Ho-POSS ………………………………………………………………………………..65
شکل 4-17: طیف Si-NMR لیگاند POSS تریال. ……………………………………………………………………………….66
شکل 4-18: طیف Si-NMR کمپلکس Ho-POSS. ………………………………………………………………………………………66
شکل419:تخمین نرمافزار ChemDraw برای H-NMR مربوط به POSS خالص……………………………..68
شکل 4-20:تخمین نرمافزار Chem Draw برای C-NMR مربوط به POSS خالص…………………………..68
شکل 421:تخمین نرمافزار ChemDraw برای H-NMR …………………………………………………………………………..69
شکل 422:تخمین نرمافزار ChemDraw برای C-NMR …………………………………………………………………………….70
شکل 423:تخمین نرمافزار ChemDraw برای H-NMR ………………………………………………………………………………71
شکل 424:تخمین نرمافزار ChemDraw برای C-NMR …………………………………………………………………………..72
شکل 4-26: طیف FTIR مربوط به کمپلکس 2……………………………………………………………………………………………74
شکل 4-27: ساختار شیمیایی لیتیم بیس متیل سایلیل آمید……………………………………………………………………………………….74
شکل 4-28: تشکیل دیمر POSS در حضور لیتیم بیس (تری متیل سایلیل ) آمید………………………………….75
شکل 4-29: نمایش شماتیک واکنش POSS با HoCl3………………………………………………………………………………..75
شکل 4-30:FTIRمربوط به حد واسط واکنش POSS با لیتیم بیس(تری متیل سایلیل )آمید …………………………………..77
شکل 4-31 : EDX کمپلکس 3…………………………………………………………………………………………………………………….79
شکل 4-32 طیف NMR مربوط به کمپلکس Ho-POSS به روش استفاده از لیتیم بیس (تری متیل سایلیل آمید)…….80
شکل 4-33: ترموگرام مربوط به POSS……………………………………………………………………………………………………………….82
شکل 4- 34 ترموگرام مربوط به کمپلکس Ho-POSS………………………………………………………………………………………..83
شکل 4-35 میزان جذب درطیف بینی UV برای چهار غلظت مشخص از کمپلکس 3……………………………………………..86
شکل4-36 : طیف طیف سنجی فلورسانس هگزان…………………………………………………………………………………………………88
شکل4-37 : طیف طیف سنجی فلورسانس کمپلکس3…………………………………………………………………………………………..88
شکل 4-38 طیف فتولومینسانس لیزر مورد استفاده (بالا) و POSS (پایین) …………………………………………………………91
شکل 4-39 طیف فتولومینسانس کمپلکس POSS-Ho………………………………………………………………………………..91
شکل 4-40: :ترازهای انرژی Ho+3 ،]95[……………………………………………………………………………………………………92
شکل 4-41 :تصاویر کشت سلولی ……………………………………………………………………………………………………………………93
شکل442: ساختارهای اسفرولیتی POSS حاصل از محلول POSS ……………………………………………………..94
شکل 4-43: FTIR پلیکاپرولاکتون 1250(سایت Aldrich) ……………………………………………………………………………..95
شکل 4-44 : واکنش ایزوسیانات با پلی‌کاپرولاکتون و تشکیل پیشپلیمر……………………………………………..95
شکل 4-45: FTIRمربوط به سننز پلی یورتان……………………………………………………………………………………………97
شکل 4-46: ترموگرام TGA حاصل از پلییورتان- اوره با زنجیره افزاینده بوتان دیآمین………………………………………98
شکل 4-47 ترموگرام DSC……………………………………………………………………………………………………………………….99
شکل4–48: تصویر نقشه‌ی EDX پخش عنصر سیلسیم…………………………………………………………………………..99
فهرست جداول
جدول 1-1 شعاع اتمی و شعاع یونی لانتانیدها……………………………………………………………………………………………………16
جدول1-2 ویژگیهای لایه ظرفیت عناصر واسط……………………………………………………………………………………………….16
جدول 4-1 : طول موج های شاخص در طیف FTIR حاصل از POSS خالص…………………………………………………….47
جدول4-2 : کاهش وزن هلمیوم نیترات در آزمون TGAدر دماهای مختلف………………………………………………………….53
جدول 4-3 : نتیجه آنالیز EDX (واکنش هلمیوم نیترات با سدیم پروپانوات) ……………………………………………………………58
جدول4-4: نتایج EDX روش اول پیشنهادی فهر سنتز شده است. ………………………………………………………………………..61
جدول 4-5: جذبهای مشاهده شده در ناحیه طیفی FTIR…………………………………………………………………………………..78
جدول 4-6: نتایج EDX مربوط به کمپلکس 3………………………………………………………………………………………………….79
جدول 4-7 : نتایج حاصل از کابینت UV………………………………………………………………………………………………………….84
جدول4-8: نتایج بدست آمده از طیف سنجی UV …………………………………………………………………………………………….85
جدول4-9 نتایج طیف سنجی فلورسانس …………………………………………………………………………………………………………89
چکیده :
امروزه سرطان یکی از دغدغههایمهم دنیای پزشکی است که تا کنون درمان قطعی برای آن یافت نشده . پرتودرمانی از روشهایی است که برای کنترل و کاهش عوارض سرطان مورد استفاده قرار میگیرد. براکی تراپی یکی از این روشهای پرتودرمانی است که در آن منبع پرتو با روشهای متعددی در نزدیکی بافت سرطانی قرار داده میشود. معمولا فلزاتی مثل ایتریم، رنیم ، هلمیوم و نافلزاتی مانند فسفر پس از فعال شدن با پرتو نوترونی به عنوان منبع پرتو برای این کاربرد مورد استفاده قرار میگیرد. در سالهای اخیر ایزوتوپ رادیواکتیو هلمیوم بهدلیل نیمه عمر کوتاه و دارا بودن ویژگیهای مورد نیاز برای براکیتراپی از جمله میزان بهینه انرژی ساطع شده توسط پرتو، برای کاربرد براکیتراپی بسیارمورد توجه قرار گرفته است. یکی از اين گونه تکنیکها، قرار دادن منبع پرتو در يك بستر پلیمری است (تهيه كامپوزيت پليمري). با اين حال، معمولا فلز هلمیوم (به عنوان منبع تابش) به شکل اکسید فلز ، نمکهای فلز یا حتی به شکل پودر فلز مورد استفاده قرار میگیرد. این ترکیبات معدنی بدلیل اختلاف انرژی سطحی نسبتا زياد با بسترهاي پلیمری ، به خوبي در آن توزیع نمي شوند . به همين دليل، تلاش شد تا با سنتز يك کمپلکس حجیم از فلز هلمیوم با يك ليگاند مناسب بر این مشکل غلبه شود. انتظار مي رود انتخاب لیگاند مناسب داراي استخلافهاي آلی ، به بهبود پخش و نوعي گير افتادن كمپلكس حاوي فلز در بستر پلیمر کمک کند . در اين پژوهش، از لیگاند پلیهدرال الیگومریک سیلسسکوییاکسان – تری ال (POSS) با ساختار قفس ناقص براي تشكيل كمپلكس با فلز هلميوم، استفاده شد.لیگاند حجیم POSS با فرمول عمومی Rn Sin O1.5n ، قفسی سیلیکونی است و گروههای آلی R متصل به سیلسیم در گوشههای قفس سیلیکونی به این لیگاند خاصیت هیبریدی آلی- معدنی میبخشد. دارا بودن این ویژگی به توزیع بهتر کمپلکس در بستر پلیمر کمک می‌کند. بعلاوه، این لیگاند با زيست سازگاري شناخته شده وقفس سيليكوني ميتواند بطور همزمان زیستسازگاری سيستم بركي تراپي و مقاومت آن در برابر اشعه را افزايش دهد.تا کنون کمپلکس شدن POSS با فلزات مختلف جدول تناوبی ( فلزات گروههای اصلی ، فلزات واسطه و فلزات نادر ) گزارش شده است. با اين حال، گزارشی درباره سنتزكمپلكس آن با فلز هلميوم در دست نيست. در این پژوهش، از سه روش شناخته شده برای سنتز کمپلکس Ho-POSS استفاده شده است. در روش اول برای سنتز کمپلکس Ho-POSS، با استفاده از سدیم پروپانوات و نمک هلمیوم نیترات، کمپلکس هلمیوم پروپانوات سنتز شده و در ادامه با اضافه شدن POSS جابجایی لیگاند انجام شد . نتایج FTIR , EDX انجام سنتز را تایید کرد. با این حال نتایج NMR نشان میداد که POSS با تمام ظرفیت خود وارد واکنش نشده است. در روش دوم، سنتز کمپلکس Ho-POSS در حضور تری اتیل آمین(به عنوان باز لوییس) و در حلال THF انجام گرفت و نتایج طیف سنجی FTIR نشان داد که این روش برای سنتز Ho-POSS مناسب نیست. در روش سوم برای سنتز کمپلکس Ho-POSS ، از لیتیم بیس( تری متیل سایلیل آمید) استفاده شد. نتایج طیف سنجی FTIR محصول، درستی سنتز این حدواسط را تایید کرد. برای شناسایی کمپلکس نهایی از FTIR ،NMR و EDX استفاده شد و رفتار حرارتی آن با استفاده از روش TGA مطالعه شد. نتایج آمده از آزمونهای ذکر شده، تشکیل کمپلکس را تایید کرد. با استفاده از دستگاههای طیفسنجی فلورسانس و فتولومینسانس قابلیت نشر کمپلکس با تهییج طول موج نور UV بیشتر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از طیفسنجی فلورسانس با نور تهییج کننده nm330 ، نشری را در طول موج nm470 نشان داد. این نشر در دستگاه فتولومینسانس دقیقا در طول موجnm 470 تایید شد. در طيف سنجي UV-Vis جابجایی قرمز از طول موجnm 221 به nm269 مشاهده شد. این تغییرات، ناشی از تغییر در ساختار POSS و تشکیل ساختار جدید است. در نهایت میتوان گفت این روش سنتز، بازده ی بالاتری نسبت به دو سنتز قبل در اختیار قرار داد.درنهایت، كامپوزيت کمپلکس (wt% 5 ) با پلي يورتان بر پايه پلي كاپرولاكتون، هگزا متيلن دي ايزوسيانات و 1و4-بوتان دي ال تهيه و براي آزمون سميت سلولي ارسال شد. نتيجه آزمون نشان داد كه اين كمپلكس سميت سلولي نشان نمي دهد.
1 فصل اول : مقدمه
روشهای درمان سرطان عمدتا به سه دسته جراحی،شیمی درمانی و رادیوتراپی تقسیم میشوند.روشهای نامبرده میتوانند به طور مستقل یا ترکیبی مورد استفاده قرارگیرند. روشهای رادیوتراپی1 خود به دو شاخه رادیو تراپی از راه دور2و رادیوتراپی از راه نزدیک3تقسیم میشود.
1-1 شیمی درمانی
شیمی درمانی4، روشی عمومی برای درمان سرطان است و برای از بین بردن یاخته‌های سرطانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. داروهای شیمی درمانی برای پیشگیری از شدت یافتن بیماری و در مواردی که سرطان در بدن پخش شده تجویز می‌شوند. عوارض جانبی شیمی درمانی عبارتند از حالت تهوع و استفراغ، ریزش موی سر و ابرو، کاهش تعداد گویچه‌های سفید خون، ضعف سیستم ایمنی بدن، عفونت، احساس درد، خشکی دهان، پوکی استخوان، کم‌خونی‌و کاهش تعداد گویچه‌های قرمز خون که ممکن است سبب خستگی، سرگیجه و احساس سرما در بیمار شود. اسهال و یبوست و سفتی و خشکی مفاصل از دیگر عوارض جانبی شیمی درمانی است.
1-2 رادیوتراپی
رادیوتراپی بهمعنای استفاده از پرتوهای یونساز برای ازبین بردن یا كوچك كردن بافتهای سرطانی است که معمولا” بعد یا قبل از عمل جراحی غده سرطانی انجام میشود. در این روش با ایجاد آسیب در DNA، سلولهای ناحیه تحت درمان ( بافت هدف) تخریب و ادامه رشد و تقسیم آنها غیرممكن میشود.هدف از رادیوتراپیاز بین بردن حداكثر سلولهای سرطانی ضمن به حداقل رساندن آسیبهای وارد شده به بافتهای سالم است.درتعدادی از بیماران، هدف از درمان،تخریب كامل تومور و در بعضی مواردكوچك كردن تومور یا كاهش علایم آن است. اگر تومور، بافت‌های مجاور را در بر گرفته باشد یا انجام جراحی برای بیمار مناسب نباشد، شیوههای درمانی وسیع‌تری مانند رادیوتراپی انجام می‌‌شود. نمونهای از دستگاهی که با این هدف مورد استفاده قرار میگیرد در شکل1-1 مشاهده میشود.
شکل 11 نمونهای از دستگاه رادیوتراپی
اگرچه پرتو علاوه بر سلولهای سرطانی به سلولهای سالم نیز آسیب میرساند، ولی در اكثر موارد سلولهای سالم بهبودی خود را دوباره بهدست میآورند. در هر بیمار طراحی درمان خاصی برای حفاظت از بافتهای سالم (تا حدامكان) انجام میشود. تقریبا نیمی از بیماران سرطانی رادیوتراپی میشوند. رادیوتراپی ممكن است برای درمان انواع تومورهای جامد شامل تومورهای مغز، پستان، گردن رحم، حنجره‌‌، ریه، پانكراس، پروستات، پوست، نخاع، معده، رحم و لنفوم (تومور سیستم لنفاوی) و برخی تومورهای خوشخیم به كار رود. مقدار دوز مورد استفاده برای رادیوتراپیبه نوع تومور، بافت یا اندامهای درمعرض آسیب بستگی دارد. در بعضی موارد پرتودهی به نواحی غیرسرطانی نیز بهمنظور جلوگیری از رشد مجدد سلولهای سرطانی صورت میگیرد که رادیوتراپی پیشگیریكننده5نامیده میشود. رادیوتراپی همچنین میتواند به كاهش علایم بیماری مثل درد ناشی از گسترش سرطان به استخوان یا سایر بافت های بدن كمك كند که رادیوتراپی تسكینی6نامیده میشود. در رادیوتراپیاز راه دور یا تلهتراپی بیمار در معرض تابش قرار می‌گیرد یه این معنا که اشعه از یک منبع رادیواکتیو و از چند زاویه مختلف از خارج از بدن به سمت تومور هدایت می‌‌شود. این روش کاملا بدون درد است و به مدت ۷ تا ۸ هفته ادامه دارد. ولی بیمار از عوارض جانبی مانند تحریک‌پذیری مقعد، اسهال و خستگی مفرط ناشی از تابش پرتو شکایت می‌کند. اثرات اشعه ممکن است به شکل واکنش‌های پوستی از جمله التهاب، خارش، سوزش، ترشح یا پوسته پوسته شدن پوست ظاهر شود. تهوع، ‌استفراغ، بی‌اشتهایی و آسیب‌های عروقی و تنفسی می‌تواند از دیگر عوارض جانبی رادیوتراپی باشد. همچنین رادیوتراپی ممکن است باعث سرکوب سیستم خون‌ساز بدن و کاهش گویچه‌های سفید و ضعف سیستم ایمنی بدن و نهایتاً بروز عفونت شود. تلهتراپی برای درمان انواع سرطان شامل سرطان مثانه، مغز، پستان، مقعد، پانكراس، معده، گردن رحم، حنجره، ریه، پروستات و رحم استفاده میشود.
در مقابل براکیتراپی روشی است که با استفاده از رادیو ایزوتوپهایی که در مجاور سلولهاى سرطانی قرار داده میشوند مقدار زیادی اشعه مستقیما به ضایعه بدخیم رسانده میشود تا سلولهای سرطانی ضعیف یا معدوم شوند. گسیل ناشى از رادیو ایزوتوپهاى متناسب،باید دقیقا بر محل ضایعه مورد نظر تمركز داده شود. با این روش درمانی میتوان یک دوز تابشی بالا را به صورت متمرکز به تومور رساند به گونهای که افت سریع دوز در بافتهای سالم اطراف تومور مشاهده شود.منبع تابش در این روش یا به صورت محلول حاوی رادیو دارو به محل تحت درمان تزریق میشودیا در یك پوشش نگهدارنده كوچك قرار گرفته و در داخل تومور و یا در مجاورت آن قرار میگیرد.مجموعه این پوشش و رادیودارو كاشتنی7 نامیده میشود. مواد كاشتنی ممكن است به شكلهای مختلف مانند سیمهای كوچك، استنت، كاتتر (شکل 1-2)، كپسول یا بهشكل دانهای وجود داشته باشد. مواد رادیواکتیو یا به همراه كاشتنیدر داخل بدن قرار گرفته یا در اتاق عمل با استفاده از سرنگ‌های نازک، به بدن بیمار تزریق ‌شوند. سیلندر حاوی مواد رادیواکتیو بهصورت معمول بسیار کوچک (تقریبا 8/0در5/4 میلیمتر مربع) و حاوی مقدار بسیار ناچیزی از ماده رادیواکتیو است ] 1و2[. از نمونههای این روش رادیوتراپی، درمان با پرتو گاما است که امروزه براى جلوگیرى از گرفتگى رگهاى قلب انجام میشود] 3 [.
بسیاری از سرطانهامانند انواع سرطان پروستات کاندیدای درمان با براکیتراپی هستند. این روش رادیوتراپی نیز با بیشترِ عوارض جانبی رادیوتراپی خارجی همراه است. این روش با سه شیوه داخل نسجی8،داخل حفرهای9 یا براکی تراپی سیستمیک با استفاده از مواد كاشتنی انجام میگیرد. توضیح این روشها در ادامه میآید[4-6].
شکل 1-2 کاتترهای مورد استفاده در براکی تراپی
در اكثر موارد پرتوهاى استفاده شده در براکیتراپی ، پرتوهای β هستند كه سبب تخریب سلولهاى نابههنجار میشوند. بنابراین، رادیو ایزوتوپهای ایدهآل برای درمان از نوع ساطعكننده β بوده و چنانچه گسیلنده مورد استفاده، پرتو گاما با انرژی مناسب باشد(مثل لوتسیم-177) براى تصویر بردارى نیز كفایت میكند. در ادامه به بررسی انواع هستههای پرتوزا، عملکرد هر یک در رادیوتراپی و چگونگی واپاشی هستههای رادیواکتیو پرداخته میشود.
1-3 مزایا و معایب رادیودرمانی و براکی تراپی
رادیودرمانی بهعنوان یکی از روشهای درمان سرطان دارای مزیتهایی است. براکیتراپی نسبت به جراحی آسیب کمتری به بیمار وارد میسازد و معمولا تاثیرات جانبی کمتری نسبت به جراحی و تابش اشعه از خارج از بدن در پی دارد.در این روش، زمان بهبودکوتاهتر است و کیفیت زندگی بیمار هم کمتر دچار آسیب میشود. مزیت عمدهی دیگر آن است که دوزیمتری تابش بر پایه اصول فیزیک بنا نهاده شده است. دهها سال کار مداوم در زمینه فیزیک تابش، رادیودرمانی را دارای جایگاهی بینظیر و محکم در میان سایر تخصصهای پزشکی کرده است. در براکیتراپی با فاصله گرفتن از هستهی رادیواکتیو،دوز تابش به سرعت کاهش مییابد و به این ترتیب صدمه به بافتهای سالم به حداقل میرسد. در حالیکه در درمان با روشهای دارویی یا عوامل زیستی همچنان تلاشها برای رسیدن به کارآیی درمانی قابل مقایسه ادامه دارد. مزیت دیگر روش رادیوتراپی، عبور تابش از مناطقی با جریان خون محدود یا جابجایی فعال سلولهاست.چنین مناطقی در روشهای دارودرمانی از دسترسی به داروهای مورد نظر محروم میمانند. سومین مزیت رادیودرمانی عدم مقاومت دارویی است که در درمان دارویی در بیشتر مواقع رخ میدهد.
عوارض ناشی از رادیودرمانی بسته به محل درمان متفاوت خواهد بود. چند نمونه از عوارض رادیودرمانی عبارتند از:
– زخم شدن (موکوزیت) یا بروز مشکل دربلع در رادیوتراپی ناحیه سرو گردن
– بیاشتهایی، تهوع، قرمزشدن و پوسته پوسته شدن که اغلب در دو هفته آخر درمان در رادیوتراپی ناحیه قفسه سینه (پستان،زیر بغل، معده و ریه) بروز میکند.
1-4 پرتوزایی و سازو کار تبدیل عناصر رادیواکتیو
در بر همکنش پرتو با ماده ممکن است پرتو بر لایههای الکترونی اتم، میدان اطراف هسته یا هسته اثر بگذارد. پرتوزایی را میتوان به صورت تبدیل خودبهخودی هستهها که منجر به تشکیل عناصر جدید میشوند تعریف کرد. این تبدیلها از طریق چندین سازوکار صورت میگیرد که برخی از آنها عبارتند از گسیل ذره α،گسیل ذره ی β، پوزیترونو گیراندازی الکترون مداری. هر یک از این واکنشها ممکن است همراه با گسیل تابش گاما باشد یا نباشد. در هستههای پایدار تعداد نوترون مساوی یا بیش از پروتون است. چنانچه تعداد نوترون از پروتون کمتر باشد هسته ناپایدار است و به شکلی پروتون اضافی را از دست میدهند. به این ترتیب که در هسته یک پروتون واپاشی کرده و به نوترون، پوزیترون و نوترینو تبدیل میشود. نوترون در هسته باقی ماند اما پوزیترون و نوترون و از هسته خارج میشود برخی از هستههای خیلی سنگین گسیلنده نوترون هستند. پرتوزایی و خواص پرتوزایی هستهها تنها از طریق بررسیهای هستهای امکانپذیر است و به حالتهای فیزیکی و شیمیایی ایزوتوپهای پرتوزا بستگی ندارد.تبدیل هستهای هستههای پرتوزا به دو عامل بستگی دارد :
1. نوع خاص ناپایداری هسته یعنی نسبت نوترون به پروتون در هستهی مورد بررسی که میتواند خیلی بالا یا خیلی پایین باشد.
2. ارتباط جرم، انرژی هسته مادر و هسته دختر وذره گسیل شده ] 7 و 8[.
به طورکلی تابشهای حاصل از هسته را میتوان به دو گروه مختلف تقسیم کرد. در یک گروه ذرات دارای انرژی قرار میگیرند مانند تابش آلفا، تابش بتا و تابش پوزیترون. در گروه دوم پرتوهای الکترومغناطیس قرار دارند که نه بار دارند نه جرم ، شامل: اشعه گاما و اشعه ایکس.
-گسیل ذره α:
هنگامی که نسبت نوترون به پروتون در ایزوتوپ بسیاربالا باشداز واپاشی آن هسته یک هسته پر انرژی هلیوم به نام ذره α گسیل میشود. این ذره سنگین با بار الکتریکی مثبت بوده و از دو نوترون و دو پروتون تشکیل شده است.
ذرات α تک انرژی هستند اما در گسیل ذرات α از یک رادیوایزوتوپ ،هستهای که ذره α با انرژی کم گسیل میکند در حالت برانگیخته است و انرژی برانگیختگی خود را از طریق پرتو γ از دست میدهد. این در حالی است که هسته ای که ذرهی α پر انرژی گسیل میکند در حالت پایه باقی میماند و از این رو تنها بخشی از پرتوزایی گسیل ذرات α با تابش γ همراه است.
توانایی نفوذ ذرات α در ماده بسیار محدود است. قدرت نفوذ ذرات آلفا در هوا در حدود 3 تا 9 سانتیمتر است. انرژی این ذرات به سرعت از بین میرود و به همین دلیل است که این ذره یک عامل یونیزه کننده بسیار قوی است. ضخامت لایهی خارجی و مردهی پوست بدن انسان برای جذب تمامی ذرات α خارج شده از مواد پرتوزا کافی است.از این رو تابشهای α که منبع آنها خارج از بدن قرار دارد خطر تابشی محسوب نمیشود. اما تابش α که از منبع تابش در داخل بدن ساطع شود به دلیل عدم وجود لایه محافظ پوست شدیدا خطرناک است. از این رو، اهمیت بسیار دارد که هستهی پرتوزا که برای کاربرد براکیتراپی انتخاب میشود گسیل α نداشته باشد.
-گسیل β:
ذرهβ معمولا از بسیاری از هستههای پرتوزا گسیل میشود. این ذره یک واحد بار منفی دارد.گسیل β در ایزوتوپهایی رخ میدهد که فزونی نوترون دارند و از لحاظ انرژی ،زمانی ممکن میشود که جرم هستهی مادر، بزرگتر از حاصل جمع هستههای دختر و ذرهβ باشد.البته این شرط در گسیلندههای α هم وجود دارد. در گسیل βبخش بسیار کوچکی از انرژی صرف واپسزنی هسته میشود.
قدرت یونیزهکنندگی این ذرات از α کمتر است، ولی قدرت نفوذ بیشتری دارند.گسیل β بسته به مقدار انرژی میتواند تا اعماق بافت نفوذ کند به همین دلیل یک خطر تابشی خارجی به شمار میرود. این نوع تابشها از این جهت دارای اهمیت هستند که در بسیاری از موارد درمان بیماران سرطانی در روش براکیتراپی با هستههای گسیلنده β صورت میگیرد.
گسیل پوزیترون:
در مواردی که نسبت نوترون به پروتون خیلی پایین و گسیل α هم از نظر انرژی ممکن نباشد، احتمال دارد هسته با گسیل پوزیترون به پایداری برسد. پوزیترون ذره β با بار مثبت است. در حالی که الکترون در طبیعت به صورت آزاد یافت میشود، پوزیترون فقط به صورت گذرا میتواند وجود داشته باشد. چگونگی از بین رفتن پوزیترون به این ترتیب است که این ذره با یک الکترون ترکیب شده هر دو با هم نابود میشوند و دو پرتو گاما حاصل میشود. خطرهای تابشی پوزیترون دقیقا مثل گسیل β است. اما پرتوهای گامای حاصل از نابودی پوزیترون باعث میشود که تمام ایزوتوپهای گسیلنده پوزیترون بصورت بالقوه خطر تابش خارجی تلقی شوند.
-پرتوهای گاما:
این پرتو در علوم پزشکی کاربرد گسترده ای دارد. انرژی این تابش بین KeV 50 تا MeV2است. پرتوهای گاما از نوع پرتوهای الکترومغناطیسی تکانرژی هستند که از هستههای برانگیخته حاصل از تبدیل پرتوزا گسیل میشوند. گسیل این پرتوها خود سازوکاری است که انرژی برانگیختگی هستهها توسط آن آزاد میشود و هستههای برانگیخته حاصل از شکافتگی هسته ها به حالت پایدار میرسند.
-اشعهX:
پرتوهای X تولید شده در مولدها یک طیف پیوسته انرژی دارند. در رادیوتراپی تفاوت پرتو گاما با اشعه X در این است که اشعهXدر خارج هسته تولید میشوند در حالی که گاما از هسته گسیل میشود یا نتیجه انهدام ماده است. در رادیوتراپی عمقی پرتوهای پر انرژی (سخت و تک فام) مورد نیاز است تا با کمترین مقدار جذب در بافتهای سطحی و کم عمق بتواند به بافتهای عمقی نفوذ نماید.
1-5 منابع انرژی مورد استفاده در براکی تراپی
هستههای پرتوزا مورد استفاده در براکی تراپی با توجه به طراحی درمان متنوع است.در ابتدا منابعی که برای این نوع کاربرد مورد استفاده قرار میگرفتنداورانیم و رادیوم بودند.سالهاست که عناصر دیگری نیز که بهصورت مصنوعی رادیواکتیو میشوند به این منظور مورد استفاده قرار میگیرند.از جملهی عناصر پرکاربرد برای براکی تراپی میتوان به فسفر-32 ] 3و 8[، رنیوم-186] 11[، ید – 125 ، پالادیم -103] 12[، ایردیوم – 192 ] 13[ اشاره کرد.از ویژگیهای مهم یک منبع تابش میتوان به نکات زیر اشاره کرد:
1. منبع نباید تابشهای ناخواسته از جمله تابش آلفا یا پوزیترون داشته باشد.
2. گسیل تابش بتا برای انجام رادیوتراپی دارای اهمیت است.
3. در براکیتراپی انتخاب منبع رادیواکتیو با نیمه عمر کوتاه دارای اهمیت است. نیمه عمر کوتاه هسته عوارض جانبی این نوع درمان را کاهش میدهد.
در علوم پزشکی مزایای ایزوتوپهای با نیمهعمر کوتاه نسبت به رادیوایزوتوپهای با نیمهعمر طولانی به چند دلیل است :
1) دوز کمتری به بیمار میرسد و این به چند خاصیت رادیو ایزوتوپ مربوط میشود.
– داشتن نیمه عمر کوتاه کنترل مقدار تابش بعد از دوره درمان را آسان میکند.
– فقدان اثر اوژه
– فقدان تابش بتای پرانرژی
– پایین بودن انرژی فوتونهای ایکس حاصل از گیراندازی الکترون و تبدیل داخلی
2) امکان استفاده از دوزهای مکرر به ویژه برای مطالعه تغییرات فیزیولوژیک
3) درصدهای بالای تابش گاما
هلمیوم از فلزاتی است که به همین دلیل برای کاربرد براکی تراپی بسیار مورد توجه است. نیمه عمر این هسته رادیواکتیو حدود 24 ساعت است. بههمین دلیل این عنصر از بهترین انتخابها برای کاربرد براکیتراپی است.
1-6 براکی تراپی با کمپلکس هلمیوم
سالهاست که از هلمیوم فعال شده در براکیتراپی بافتهای سرطانی استفاده میشود. به این منظور فلز هلمیوم با تابش نوترون حرارتی فعال شده و با یکی از روشهایی که توضیح داده شد وارد بدن میشود. در یکی از این روشها ، هلمیوم در یک بستر پلیمری وارد شده و سپس به صورت پوشش یک استنت یا به صورت کاشتنی در نزدیکی سلولهای سرطانی قرار داده میشود. مشکل این روش در فرآیند کردن این سیستم و دستیابی به یک سیستم همگن از هلمیوم در بستر پلیمر است. وقتی فلز هلمیوم به صورت فلز با والانس صفر یا نمک هلمیوم وارد بستر پلیمر میشود به عنوان یک فاز معدنی با داشتن انرژی سطحی بالا قابلیت پخش مناسب در بستر فاز آلی پلیمر را ندارند. به منظور غلبه بر این مشکل و افزایش زیستسازگاری این سیستمها فکر ایجاد کمپلکس از این فلز با لیگاندهای آلی مناسب مورد بررسی قرار گرفت. در سال 2011 ، نیجسن10 و همکاران از کمپلکس Ho-AcAc (که در همان سال سنتز و بررسی خواص آن توسط همین گروه گزارش شده بود) برای کاربرد براکی تراپی استفاده کردند]14[.آنها خواص زیست سازگاری این سیستم را نیز مورد بررسی قرار دادند. نتایج این بررسیها قابل قبول بود]15[.
شهرامی‌فر در سال 1388 از همین کمپلکس به عنوان رادیو دارو استفاده کرده است. در این پایاننامه علاوه بر سنتز و شناسایی این کمپلکس، به وارد کردن این کمپلکس در بستر یک پلی استر غیر اشباع و بررسی رفتار این سیستم به عنوان یک سامانهی دارورسانی توجه و خواص زیست سازگاری آن بررسی شد ]7[.
1-7 ضرورت انتخاب لیگاند مناسب برای فلز هلمیوم در کاربرد براکی تراپی
هدف بررسی حاضر سنتز کمپلکسی حجیم از هلمیوم است. از سوی دیگر، از آنجا که کمپلکس مورد نظر همراه با پلیمر وارد بدن میشود، نباید هیچگونه برهمکنش سویی با بدن داشته و باعث ایجاد التهاب یا هر گونه پاسخ ناخواستهی در بدن شود. لذا زیستسازگاری یکی از فاکتورهای مهم است که باید مورد توجه قرار گیرد. در جستجوی لیگاند مناسب برای این فلز به خانوادهی جدیدی از ترکیبات سیلسسکویی اکسان با نام اختصاری POSS11 برمیخوریم.که در چند سال گذشته برای کاربردهای متنوعی استفاده شده است. POSS، قفسی سیلیکونی است که مدتها است در کاربردهای زیستی برای بالا بردن زیستسازگاری و بهبود خواص مکانیکی (مثل مدول و استحکام) و همچنین خواص فیزیکی مثل کنترل اندازهی حفرات در داربستهای استخوانی و عصبی مورد استفاده قرار گرفته است. زیستسازگاری این سیستم ثابت شده و این یکی از مزیتهای انتخاب POSS برای این کاربرد ویژه خواهد بود]16[.
حجم این لیگاند نسبت به لیگاندهایی که در گذشتهبرای کمپلکس کردن هلمیوم مورد استفاده قرار گرفته قابل توجه است. از طرفی، در براکی تراپی یک مرحله فعالسازی هلمیوم با تابش نوترون حرارتی وجود دارد لذا واردکردن و پخشکردن کمپلکسهایی با لیگاندهای POSS از آن جهت که کامپوزیتهای حاوی این نانوذرات دارای خواص مقاومت حرارتی و تابشی بالایی هستند، میتواند زمینه جالبی باشد. افزایش خواص زیستسازگاری از یک سو،حجم بالای این ترکیب، داشتن قابلیت کمپلکسشدن با فلزات مختلف (به دلیل داشتن گروههای عاملی الکتروندهنده) و ارایه خواص ویژه در نانوکامپوزیتهایی که در آنها حضور دارد،این ترکیب را به یک انتخاب خوب به عنوان لیگاند هلمیوم در براکیتراپی تبدیل میکند. برای سنتز یک کمپلکس حجیم، ساختار قفس ناقص تری سیلانولی این ترکیب مناسب خواهد بود. در ادامه دربارهی ساختار، شیمی ترکیب POSS و خواص فیزیکی و مکانیکی ناشی از حضور این نانوذره در بسترهای پلیمری بیشتر بحث خواهد شد.
1-7-1 پلی هدرال الیگومریک سیلسسکویی‌اكسان (POSS)
POSS ،نانوذره‌ای است كه درسالهاي اخير بسيار مورد توجه قرار دارد و ابعادی حدود 5/1نانومتر دارد. این ترکیب در ساخت انواع نانوكامپوزيتها براي كاربردهاي متفاوت مورداستفاده قرارگرفته است. تركيب شيميايي اين ماده( (RnSinO1.5n بوده و ساختار آن ميتواند از يك صفحه تاحدودي بيشكل تا انواع مختلف چندضلعي، منشوری و مكعبهاي كاملا منتظم تغييركند. این ساختار همچنین میتواند دارای گروههای عاملی فعال بوده یا ساختاری غیر واکنشگر داشته باشد. يكي از ساختارهاي رايج اين تركيب قفس كامل است که به عنوان نانوذره در بسترهای پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد. درهرگوشه اين مكعب اتمهاي Si وجود دارند و به هر اتم سيلیسيوم يك گروه آلي (R) متصل است. اين گروه متصل ميتواند متيل، بوتيل، سيكلوهگزيل، سيكلوپنتيل و… باشد. در شکل1-3 این ساختار مشاهده میشود.
شکل 1-3 ساختار کلی POSS با گروههای R متصل
در صورتي كه گروههاي R از انواع سيكلوآلكيل باشند، POSS حلاليت بالايي دربسياري از حلالهاي آلي از جمله هگزان،تولوئن، دي كلرومتان وغيره خواهد داشت. حلال عمومي اين تركيبات استون است. از دیگر موارد استفاده این ترکیب به عنوان پرکننده در بستر پلیمری است]23-17[.
در روش دیگر، مشتقاتی از این ترکیب که به جای یکی از گروههای R دارای گروه عاملی مشخصی هستند به کار میروند. از این گروه عاملی برای انجام واکنش شیمیایی و وارد نمودن مولکول POSS در زنجیر پلیمر برای تهیه نانو کامپوزیتهایی با پخش عالی نانوذره وسازگاری این ترکیب با بستر پلیمر استفاده میشود. چندین سال است که با هدف بهبود خواص مکانیکی و زیستسازگاری، استفاده از نانوکامپوزیتهای حاوی نانوذرات POSS در کاربردهای زیستی رایج شده است. بنابراین، این دسته از نانو کامپوزیتها برای کاربردهای پزشکی مورد توجه هستند]16و 24و 25[.
در پژوهش حاضر، دارا بودن مجموع خواص یاد شده، باعث شد تا POSS به عنوان یک ساختار زیستسازگار، به شکل یک لیگاند با توان حمل ونگهداری هسته پرتوزای هلمیوم-POSS انتخاب شود. ساختار نهایی کمپلکس تهیه شده را باید بتوان در یک پلیمر مناسب پخش و به عنوان پوششبرسطح ابزارهای پزشکی(ماننداستنتها) اعمال کرد. به این ترتیب، ضمن ایفای عملکرد ویژه استنت، همزمان براكيتراپي بیمار نیز قابل انجام خواهد شد. به نظر میرسد باتوجه به حساسيت ساختارهاي آلي كه عمدتا از پيوندهايC-H و C=O تشكيل شدهاند دربرابرپرتوهاي پرانرژي (که برای فعال کردن هستهها و تولید رادیوایزوتوپ مورد استفاده قرار میگیرند) ساخت كامپوزيتهاي هیبریدی آلی-معدنی برپایه پليمر راه حل مناسبی براي افزايش مقاومت بستر در برابر تابش ناشي از راديوايزوتوپ فعال باشد. بهدليل حضور پيوندهاي با انرژي شکست12 بالا نظيرSi-O، اين ساختارهای هیبریدی پايداري بالاتري در مقايسه با اكثر پليمرهاي متداول ارایه ميكنند. در این میان، پايداري بستر پليمري در برابر تابش پرتو از راديوايزوتوپ فعال، از اهميت ويژهای برخورداراست. این مهم، با حضور POSS در نانوکامپوزیتهایی که در چندین سال اخیر مورد بررسی قرار گرفته است، تامین شده است و دلیل انتخاب POSS به عنوان لیگاند برای رادیوداروی مورد نظر در این پژوهش است ] 22و 23و 26 [.
1-8 نانوکامپوزیتهای POSS
هیبریدهای آلی-معدنی با واردکردن یک فاز معدنی در یک فاز آلی ضمن تشکیل پیوندهای کوالان قادرند استحکام/پایداری حرارتی فاز معدنی و چقرمگی فاز پلیمری را با هم همراه کنند (شكل 1-4). نانوکامپوزیتهای برپایه POSSهای عاملدار که وارد زنجیرهی پلیمر میشوند نیز از جمله سیستمهای هیبریدی محسوب میشوند.
شکل1-4 : ترکیب ویژگیهای مواد معدنی با پلیمرها برای حصول خواص مطلوب.
به دو روش ميتوان POSS را وارد بستر پليمری كرد:
1- واردكردن ذرات POSS بدون عاملیت فعال شيميايي ( غیر واكنشدهنده) در بستر پليمری به عنوان پرکننده] 19-17و 27[..
2- واردکردن مونومر عاملدارشده POSS در زنجير اصلي پليمر از طريق كوپليمريزاسيون. در این روش مولکول POSS باید در ساختار خود دارای گروههای عاملی باشد.با توجه به تعداد گروههای عاملی و محل قرار گیری آنها، این نوع کامپوزیتها را میتوان به سه دسته تقسیم بندی کرد:
– دانه تسبیحی13: مولکول POSSمورد استفاده در این روش ساختاری ناقص دارد
– آویزان14
– شبکهای یا ستارهای که گروههای عاملی بیش از دو گروه عاملی است.این روشها بهطور شماتیک در شکل 1-5 آمدهاست]16و22و 23و 26و 28 [.
شکل 1-5.انواع روشهای وارد کردن POSSدر داخل بستر پلیمر]16[
در تقسیمبندی دیگری میتوان POSSرا از نظر ساختاری به دو دسته قفس کامل و ناقص طبقه بندی کرد. ساختارهای کامل این ترکیب قفسهای بسته هستند. در شکل 1-6 نمونهی از ساختار کامل این مولکول ارایه شده است. ساختارهای ناقص این مولکول از یک گوشه و یا از یک یال باز بوده و قابلیت انجام واکنش دارند. این نوع ساختارها برای تشکیل کمپلکس با یونهای فلزی مناسب هستند. در میان تمام ساختارهای ناقص تری سیلانول POSS بهدلیل داشتن سه مرکز واکنش و شکل ساختاری مناسب از جهت فضایی انتخاب مناسبی به نظر رسیده و انتخاب شد. بعضی از ساختارهای رایج از قفسهای ناقص در شکل 1-6 نشان داده شدهاست.
شکل1-6. ساختارهای مختلف POSS. ساختارهای ناقص این ترکیب از گوشههای باز مستعد انجام واکنش هستند. a) مشتق تری سیلانول مولکول POSS است.c) نمونهای از ساختار کامل POSS است] 33[.
1-9 شیمی فلزات لانتانید
در پی یافتن روش مناسبی برای سنتز کمپلکس POSS-Ho، ابتدا نگاه دقیقتری به شیمی فلزات گروه لانتانیدی خواهد شد. این فلزات بر خلاف فلزات گروههای اصلی و فلزات واسطه رفتارهای منظمی ندارند. در این فلزات به دلیل پر شدن اوربیتالهای f و انقباضهای لانتانیدی که اتفاق میافتد شیمی متفاوتی مشاهده می‌شود] 31-29[. واکنشهای این ترکیبات به رطوبت و اکسیژن به شدت حساس هستند. همین موضوع کار کردن با این ترکیبات را دشوار ساخته و برای سنتز ترکیبات مختلف از این فلزات دسترسی به امکانات ویژهای را ضرورت میبخشد. از جملهی این امکانات دسترسی به سیستمهای کاملا خشک و به دور از هوا و رطوبت است. شکل 1-7 نمونهای از یک آزمایشگاه مجهز را که برای کار روی شیمی لانتانیدها طراحی شده نشان میدهد] 30[.
بر اساس مقادیر گزارش شده برای شعاع اتمی و شعاع یونی عناصر مختلف، این مقادیر برای لانتانیدها بینظمیهایی نشان میدهد. با این وجود فلز Ho با Er و Tm شباهتهایی دارد. از آنجا که کمپلکس POSS-Er قبلا سنتز شده است میتوان از این شباهتهای موجود برای بدست آوردن دید کلی در مورد سنتز POSS-Ho بهره برد و از واکنش Er به عنوان مدل استفاده کرد.شعاعهای اتمی و یونی از آن جهت در این سنتز اهمیت میآبد که لیگاند سه دندانه POSS دارای ساختاری سه بعدی است و فقط از یک گوشه قابلیت تشکیل کمپلکس را دارد. در نتیجه در صورت اختلاف شعاع اتمی با فلز مدل امکان شکست در تشکیل کمپلکس وجود دارد. در شکل 1-8 و جدولهاي 1-1و 1-2 روند تغییرات شعاع اتمی و برخی از ویژگیهای عناصر لانتانیدی مشاهده میشود] 30[.
شکل 1-7:آزمایشگاه مدرن بررسیشیمیلانتانید ها و عناصرواسطه] 30[..
شکل 1-8. روند تغییرات شعاع اتمی ،نقطه جوش و آنتالپی تبخیر عناصر لانتانیدی] 30[.
جدول 1-1. شعاع اتمی و شعاع یونی لانتانیدها] 30[.
جدول 1-2. ویژگیهای لایه ظرفیت عناصر واسطه] 30[.
کمپلکسهای فلزات لانتانیدی در پایداری نیز با هم تفاوت دارند. شکل 1-9 پایداری این فلزات را با سه لیگاند متفاوت مورد بررسی قرار داده است. همانطور که مشاهده میشود از چپ به راست و با کاهش شعاع اتمی، پایداری کمپلکس تشکیل شده افزایش مییابد. از طرف دیگر، با نزدیک شدن به انتهای این ردیف بی نظمیهای موجود در مقدار logK کمتر میشود.
شکل 1-9. بررسیپایداری کمپلکس چند لیگاند مختلف برای فلزات لانتانیدی. با پیش رفتن به سمت انتهای گروه لانتانیدی پایداری کمپلکس افزایش مییابد] 30[
1-10 کمپلکسهایی با لیگاند POSS
پلی هدرال متالسیلسسکوییاکسان(که در این مطالعه سنتز و شناسایی یک نمونه از آن مورد بررسی قرار میگیرد) عنوانی است که به کمپلکسهای فلز-POSS (بهعنوان لیگاند) اطلاق میشود. سنتز این ترکیبات از سالها پیش مورد توجه دانشمندان بوده است. اهمیت موضوع در آن است که این ساختارها به عنوان مدل کاتالیستهای پایه آلومینا و سیلیکا بسیار مفید بوده و به خوبی ویژگیهای شیمیایی و فعالیت این نوع کاتالیستهای ناهمگن را مدل میکنند. پیوندهای شیمیایی POSS، ساختار و شیمی سطح این ترکیبات به کاتالیستهای ناهمگن سیلیکا و آلومینا شباهتهای بسیار زیادی دارد. برای سنتز کمپلکسها فلز وPOSS ، فرم ناقص تریسیلانول این ترکیب، انتخاب دانشمندان بوده است (شکل 1-3 ). سنتز و خواص کمپلکس تعدادی از فلزات گروههای اصلی، فلزات واسطه، فلزات اکتنید و لانتانید از سالهای 1980 تا کنون گزارش شده است. در ادامه به مطالعاتی که در آنها سنتز و شیمی کمپلکسهایی که در آن از POSS به عنوان لیگاند استفاده شده است پرداخته خواهد شد.
2 فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده
2-1 شیمی سیلسسکوییاکسان
شیمی متالاسیلسسکوییاکسانها (POSS هایی که در ساختار آنها فلزوجود دارد) جالب و قابل توجه بوده و تا کنون دربارهی این ترکیبات و مکانیزم واکنشهای آنها مقالات مروری زیادی نوشته شدهاست]35-32[.
تا کنون تعداد زیادی از فلزات با لیگاند POSS کمپلکس شدهاند. تمام عناصر واکنشداده شده با لیگاند POSS در سالهای گذشته در جدول تناوبی شکل 2-1آورده شدهاست.
شکل 2-1 : تمام عناصر واکنش داده شده با POSS با قفس ناقص ، در جدول با رنگ تیره مشخص شده است[52]
برای اولین بار POSS به شکل تریسیلانول در بین سالهای 1986 به عنوان لیگاند برای کمپلکس کردن فلزاتی مثلV, Ti ,Sb ,Pt توسط فهر15 در دانشگاه کالیفرنیا مورد توجه قرار گرفت. وی تحقیقات گستردهای را دربارهی شیمی و سینتیک واکنشهای تشکیل کمپلکس انجام داده است[39-36] .
هدف از این تحقیقات، بررسی سیستماتیک شیمی سیلسسکوییاکسان به عنوان لیگاند برای تشکیل کمپلکس با فلزات مختلف بود. فهر چندکمپلکساین لیگاند را با فلزات مختلف سنتز کرد. وی همچنین واکنشهای کمپلکس کردن POSS با فلزات مختلف که تا آن زمان انجام شده بود ، به سه دسته تقسیم کرد[39] .
1)استفاده از مشتقات آمینی،آلکیلی و یا آلکوکسید فلز، جابجایی این گروهها با گروههای سیلانوات و خروج لیگاندهای آمینی،آلکیلی و یا آلکوکسید به صورت آلکان، الکل و آمین (روش اول) .
2) استفاده از مشتق هالید فلزی در حضور یک آمین به عنوان باز لوییس که به خروج هالید متصل به فلز و جانشینی گروه سیلانوات کمک میکند(روش دوم) .
3)استفاده از یک هالید فلزی و جابجایی پیوند فلز- هالید با آنیون سیلسسکوییاکسید که قبلا با یک فلز با فعالیت بیشتر مثل فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی یک حد واسط تشکیل دادهاست(روش سوم) .
بیشتر واکنشهایی که در



قیمت: تومان

About the author

92 administrator

You must be logged in to post a comment.