شبکه ای کردن پلیمر کاپرولاکتون با بنزوئیل پراکساید به روش حرارتی برای ساخت ماسک های پرتودرمانی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

پلیمر، گروه مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده
موضوع تحقیق: پرتو­درمانی خارجی یک روش اصلی برای درمان سرطان است. برای این­که پرتو­های ساطع ­شده تنها به سلول­های سرطانی تابیده شوند، از ماسک­هایی جهت تثبیت بدن بیمار در موقعیت مناسب استفاده می­ شود تا در هنگام پرتودرمانی پرتو­های تابیده شده به بافت­ های سالم بدن بیمار نرسد. با توجه به ویژگی های منحصربه ­فرد این ماسک ­ها، برای تولید آن­ها باید از مواد مناسب پلیمری استفاده شود که در ابتدا استفاده از انواع پلیمرهای گرمانرم مورد بررسی قرار گرفته­است.

روش تحقیق: در ادامه پلیمر­کاپرولاکتون به عنوان ماده اصلی مورد استفاده برای ساخت ماسک پیشنهاد شده است. این­ ماده به علت استحکام کششی پایینی که دارد به تنهایی برای کاربرد مورد نظر مناسب نیست، به­ همین علت ماده مورد نظر با درصد­های مختلف از ماده بنزوئیل پراکساید (BPO) پخته شد تا در اثر ایجاد اتصالات عرضی در پلیمر مورد نظر، استحکام کششی آن افزایش یابد. خواص نمونه­ های پخت­ شده با کمک آزمون­ های درصد ژل شدگی، حافظه شکلی، استحکام کششی تک جهته و نمودار­های DSC مورد بررسی قرار گرفت.



نتایج اصلی: با افزایش ماده BPO، درصد ژل­ شدن و حافظه شکلی نمونه­ های پخت شده افزایش یافت. تمامی نمونه ­های پخت­ شده درصد بازگشت شکلی بالایی داشتند که بالاترین آن­ها متعلق به نمونه­ های شامل 2 و 3 درصد وزنی از BPO بود. با بررسی نمودارهای آزمون استحکام کششی، مشاهده ­شد که با افزایش مقدار BPO از 0.5 تا 2 درصد وزنی در نمونه­ های پخت­ شده، استحکام کششی در نقطه شکست تا 10 مگاپاسکال افزایش یافت. نمونه پخت­ شده پلی ­کاپرولاکتون با 2 درصد وزنی از BPO و نمونه ماسک ارفیت هر­دو دارای بازگشت شکلی %94 و استحکام کششی در نقطه شکست 10 مگاپاسکال بودند که از این لحاظ شباهت بالایی به یکدیگر داشتند. در نهایت آمیزه پلی­ کاپرولاکتون با 2 درصد وزنی از BPO برای ساخت ماسک پرتودرمانی پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Crosslinking Poly(ε-caprolactone) with benzoyl peroxide by thermal method for making radiotherapy masks

نویسندگان English

Ali Almasganj
seyyed-abbas mousavi
Polymer, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif university of technology, Tehran, Iran
چکیده English

Research subject: External radiotherapy is a major method of treating cancer. For just hitting the cancer cells by emitting rays, masks are used to stabilize the patient's body in the right position during the radiotherapy, so that the rays are not emitted to the healthy tissues of the patient's body. Due to the unique properties of these masks, suitable polymeric materials must be used to produce them, which has initially been investigated using a variety of thermoplastic polymers.

Research approach: In the following, polycaprolactone is proposed as the main material for making the mask. Due to its low tensile strength, this material alone is not suitable for the intended use. Therefore, the material was cured with different percentages of benzoyl peroxide (BPO) to increase tensile strength by crosslinking of the polymer. The properties of the cured samples were investigated using the tests of gel content, shape memory, unidirectional tensile strength and, DSC diagrams.

Main results: With increasing BPO, the percentage of gel content and shape memory of the cured samples increased. All cured samples had a high percentage of shape recovery, the highest of which belonged to samples containing 2 and 3% by weight of BPO. By Examining the tensile strength test diagrams, it was observed that by increasing the amount of BPO from 0.5 to 2% by weight in the cured samples, the tensile strength at the breaking point increased to 10 MPa. Shape recovery and tensile strength at the breaking point were 94% and 10 MPa for both cured polycaprolactone samples with 2% by weight of BPO and the Orfit mask, which were very similar in this respect. Finally, a mixture of PCL with 2% by weight of BPO is proposed to make a radiotherapy mask.

کلیدواژه‌ها English

Polycaprolactone
Benzoyl peroxide
Tensile strength
shape recovery
Radiotherapy mask
Abu Bakar N.F., Othman S.A., nor Azman N.F.A., Jasrin N.S., Effect of ionizing radiation towards human health: A review, IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci., 268(1), 5-12, 2019.
Mai J., Erickson B., Rownd J., Gillin M., Comparison of four different dose specification methods for high-dose-rate intracavitary radiation for treatment of cervical cancer, Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., 51(4), 1131–1141, 2001.
Nieberding R., Kapellen B.E., Thermoplastic sheet, a radiation mask of thermoplastic sheet and method for providing said sheet and said mask, US Pat. 0,206,924 A1, 2014.
Zhang Z., Guangdong C.N., Low temperature thermoplastic material and preparing method thereof, US Pat.8,859,691 B2, 2014.
Sisson A.L., Ekinci D., Lendlein A., the contemporary role of caprolactone chemistry to create advanced polymer architectures, Polymer, 54(17), 4333-4350, 2013.
Jenkins M.J., Harrison K.L., The effect of molecular weight on the crystallization kinetics of polycaprolactone, Polymer Advanced Technology, 17(6), 474-478, 2006.
Woodruff M.A., Hutmacher D.W., the return a forgotten polymer-polycaprolactone in 21st centry, Progress in Polymer Sci., 35(10), 1217-1256, 2010.
Song Y., Liu L., Weng X., Zhuo R., Acid-initiated polymerization of ε-caprolactone under microwave irradiation and its application in the preparation of drug-controlled release system, J Biomater. Sci. Polym. Ed., 14(3), 241-253. 2002.
Ebersole G.C., Buettmann E.G., MacEwan M.R., Tang M.E., Frisella M.M., Brent Matthews B.D., Deeken C.R., Development of novel electrospun absorbable polycaprolactone (PCL) scaffolds for hernia repair applications, 26(10), 2717-2728, 2012..
Zhong Z.K., Sun X.Z., Properties of soy protein isolate/polycaprolactone blends compatibilized by methylene diphenyl diisocyanate, Polymer, 42, 6961-a6969, 2001.
Kweon H.Y., Yoo M.K., Park I.K., Kim T.H., Lee H.C., Lee H.S., Oh J.S., Akaike T., Cho C.S., A novel degradable polycaprolactone networks for tissue engineering, Biomaterials, 24(5), 801–808, 2003.
Ishaug-Riley S.L., Okun L.E., Prado G., Applegate M.A., Ratcliffe A., Human articular chondrocyte adhesion and proliferation on synthetic biodegradable polymer films, Biomaterials, 20, 2245-2256, 1999.
Karimi M., Heuchel M.T., Weigel T., Schossig M., Hofmann D., Lendlein A., Formation and size distribution of pores in poly(ε-caprolactone) foams prepared by pressure quenching using supercritical CO2, The Journal of Supercritical Fluids, 61, 175-190, 2012.
Nair L.S., Laurencin C.T., Biodegradable polymers as biomaterials, Prog. Polym. Sci., 32(8-9), pp. 762–798, 2007.
Ulery B.D., Nair L.S., Laurencin C.T., Biomedical Applications of Biodegradable Polymers, journal of polymer science part B: polymer physics, 49(12), 832-864, 2011.
Labet M., Thielemans W., Synthesis of polycaprolactone: a review, The Royal Society of Chemistry, Chem. Soc. Rev., 38(12), 3484–3504, 2009.
Li H., Li W., Wu H., Jiang D., Yuan M., Yuan M., Synthesis and Application of a Thermoplastic Plate of Poly(lactide-ε-caprolactone) for Radiation Therapy, Biomolecules, 10(1), 2020.
Rytlewski P., Stepczynska M., Moraczewski K., Malinowski R., Karasiewicz T., Sikorska W., Zenkiewicz M., Flax Fibers Reinforced Polycaprolactone Modified by Triallyl Isocyanurate and Electron Radiation, Polymer Composites, 40(2), 481-488, 2017.
Han C., Ran X., Su X., Zhang K., Zhuang Y., Dong L., Thermal and Mechanical Properties of Poly(ε-caprolactone) Crosslinked with γ Radiation in the Presence of Triallyl Isocyanurate, Journal of Applied Polymer Sci., 103(4), 2676-2681, 2006.
Narkis M., Wallerstein R., Crosslinking of polycaprolactone with peroxides, Polym. Commun., 27, 314–317, 1986.
Przybysz M., Hejna A., Haponiuk J., Formela K., Structural and Thermo-Mechanical Properties of Poly (ε -Caprolactone) Modified by Various Peroxide Initiators, Polymers, 11(7),1101-1107, 2019.
Koryt´ar P., Parera J., Leonards P.E.G., Santos F.J., de Boer J., U.A.Th. Brinkman, Characterization of polychlorinated n-alkanes using comprehensive two-dimensional gas chromatography–electron-capture negative ionization time-of-flight mass spectrometry, J. Chromatogr., 1086(1-2), 71–82, 2005.
Tobushi1 H., Shimada D., Hayashi S., Endo M., Shape fixity and shape recovery of polyurethane shape-memory polymer foams, J. Materials Design and Applications, 217, 135-145, 2003.
Hager M.D., Bode S., Weber C., Schubert U.S., Shape memory polymers: Past, present and future developments, Progress in Polymer Science, 49-50, 3-33, 2015.
Barot G., Rao I.J., Rajagopal K.R., A thermodynamic framework for the modeling of crystallizable shape memory polymers, International Journal of Engineering Science, 46(4), 325-51, 2008.
Khakzad Esfahlan F., Smart Polymers: Shape Memory and Electroactive Polymers. II, Iran Polymer and Petrochemical Institute, 2(4), 37-48, 2013.
Yousefi S.h., Bagheri M., Fundamentals of Molecular Design and Preparation of Temperaturesensitive Shape Memory Polymers: A Review, Polymerization, 7(3), 86-97, 2017.
Sedov I., Magsumov T., Abdullin A., Yarko E., Mukhametzyanov T., Klimovitsky A., Schick C., Influence of the Cross-Link Density on the Rate of Crystallization of Poly(ε-Caprolactone), Polymers, 10, 80-90, 2018.