ارزيابي خواص رئولوژيكي نانو كامپوزيتهاي تزريق پذير شيشه زيست فعال/ژلاتين/كايتوسان

دكتري

هدف از انجام اين پروژه تهيه خميرهاي نانوكامپوزيتي متشكل از اجزاء شيشه زيست فعال، محلول هاي پليمري حاوي كايتوسان و ژلاتين، عامل ايجاد اتصال عرضي ) GPTMS (و بررسي خصوصيات فيزيكي، رئولوژيكي و بيولوژيكي كامپوزيتهاي تهيه شده مي باشد. در اين پروژه تركيب شيشه زيست فعال، نوع محلول پليمري و مقدار كراسلينكر به عنوان متغيرهاي مورد بررسي انتخاب شدند. ابتدا سنتز شيشه زيست فعال(BG1) 64SiO2.31CaO.5P2O5 و فعال (BG2) 64SiO2.27CaO.4MgO.5P2O5 به روش سل-ژل اسيد باز صورت گرفت و ويژگي پودر تهيه شده با آناليزهاي XRD,FTIR,BET و SEM تعيين شد. نتايج نشان داد كه، پودر شيشه سنتز شده (BG1) داراي سطح ويژه (m2/g) 139/123، متوسط قطر حفرات (nm) 217/18و حجم حفرات (cm3/g) 602/0 و پودر شيشه BG2 داراي سطح ويژه (m2/g) 104/109، توزيع چندگانه اي در اندازه حفرات اين شيشه ديده مي شود بطوريكه متوسط قطر حفرات (nm) 036/23 و حجم حفرات (cm3/g) 6340/0 است. در واقع با افزودن منيزيم به تركيب شيشه، سطح ويژه كاهش، قطر و حجم حفرات افزايش يافت. خمير حاصل شده از مخلوط شيشه (BG1)، محلول كايتوسان و محلول ژلاتين داراي رفتار رقيق برشي است. با افزودن كايتوسان به خمير حاوي ژلاتين ماكزيمم ويسكوزيته مختلط از Pa.s 10× 88/8 به Pa.s 102× 38/3 رسيد، به طوريكه در خمير حاوي كايتوسان تنها Pa.s 105×82/3 اندازه گيري شد. با افزودن كايتوسان به خمير كامپوزيتي نيروي تزريق در سرنگي با قطر سوزن mm 2، از حدود N 5 به N 20 افزايش يافت و تزريق پذيري از 100% به 53% كاهش يافت. بعد از 14 روز غوطه وري در محلول SBF لايه اي از كلسيم فسفات آپاتيتي به همراه كلسيت بر سطح خمير تشكيل شد كه معرف زيست فعال بودن خميرهاي نانوكامپوزيتي است. مقاومت به آبشويي خميرها مورد بررسي قرار گرفت به طوريكه با افزودن GPTMS به خمير، مقاومت به آبشويي خميرهاي حاوي ژلاتين بهبود يافت، اين در حالي است كه ماكزيمم ويسكوزيته مختلط تمام خميرها به بيش از Pa.s 105 رسيد، رفتار رئولوژيكي خميرهاي حاوي ژلاتين، منظم شد، تزريق پذيري خميرهاي حاوي كايتوسان به دليل پديده جدايش فازي به شدت كاهش يافت و مدول ذخيره تمام خميرها در محدودهS-1 1000-1/0 از مدول اتلاف آن بزرگتر بود. با افزايش غلظت GPTMS ويسكوزيته مختلط مجددا افزايش يافت. در خميرهاي BG2، با افزايش مقدار GPTMS ويسكوزيته مختلط در خمير حاوي كايتوسان از Pa.s 104 x 18/3 به 104 x 7 افزايش يافت و در خمير حاوي ژلاتين تنها ويسكوزيته مختلط از Pa.s 104 x6/4 به 105 x 19/2 افزايش يافت. ضمن اينكه با افزودن منيزيم انسجام ساختار افزايش يافت، تشكيل كلسيت به طور كلي كنترل شد به طوريكه بعد از 14 روز غوطه وري در محلول SBF، كلسيت به طور كامل انحلال يافت و تبديل به آپاتيت شد. مقاومت مكانيكي با افزودن wt.% 10 يا wt.% 20درصد وزني GPTMS افزايش يافته است. علاوه بر اين، پليمرها موجب افزايش تخريب نمي شوند زيرا كاهش وزن، بيش از 10٪ پس از 30 روز در شرايط فيزيولوژيكي رخ داد. كامپوزيت هاي BG2-gelatin-20 wt.% GPTMS بالاترين مقاومت فشاري (2/0± 8/4 MPa) را در مقايسه با كنترل 100٪ BG (1/0 ± 9/1 MPa) نشان دادند. سازگاري سلولي با سلولهاي بنيادي مزانشيمي انسان (hMSC)، استئوبلاست ها و سلول هاي اندوتليال نشان داده شد. با توجه به نتايج يه دست آمده، مي توان حدس زد كه معرفي پليمرها ژلاتين يا كيتوزان و GPTMS به عنوان كراس- لينكر هيچ اثر سمي نسبت به رده هاي سلولي آزمايش شده ايجاد نكرده است. وجود 20٪ وزني GPTMS باعث ايجاد خواص ضد باكتريايي مي شود بنابراين از پاتوژن هاي مفصلي استافيلوكوكوس اورئوس و استافيلوكوكوس اپيدرميديس جلوگيري مي كند. همانطور كه انتظار ميرفت، نتايج دقيقاً مرتبط يه فرمولاسيون كامپوزيت ها و به ويژه حضور كايتوسان يود. سرانجام، استخوان سازي hMSC با موفقيت در يك مدل سه بعدي پشتيباني شد كه توسط انتشار آلكالين فسفاتاز و بيان ژن هاي استئوژنيك كلاژن نوع COL1) 1) ، آلكالين فسفاتاز (ALP) و استئوپونتين (OPN) نشان داده شد. تصاوير SEM از سلولهاي موجود در منافذ كامپوزيتها مورفولوژي ستاره اي را نشان مي دهند كه معمولاً در استئوبلاست هاي بالغ است. به طور كلي كامپوزيتهاي تهيه شده با شيشه زيست فعال، محلول كايتوسان، محلول ژلاتين و GPTMS مي توانند به عنوان جايگزين استخوان قرار گيرند. البته زيست فعالي، قابليت تزريق پذيري و مقاومت به آبشويي در اين كامپوزيتها به تركيب، نوع محلول پليمري و غلظت GPTMS بستگي دارد.

196420

دانشگاه علم و صنعت ايران

محمدرضا نعيمي جمال

مهندسي مواد

بيژن افتخاري يكتا- حميدرضا رضايي