توسعه داربست كامپوزيتي پلي‌لاكتيك اسيد-آكرمانيت توسط چاپگر سه‌بعدي و بررسي اصلاح سطح آن براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

ميزان بالاي آسيب‌پذيري بافت‌هاي استخواني در طي عوامل مختلف مانند افزايش سن، تصادفات و بيماري‌ها موجب شده است تا تحقيقات گسترده‌اي در زمينه مهندسي بافت، متوجه بافت‌هاي استخواني گردد كه اساس آن مبتني بر به‌كارگيري داربست‌ها به‌منظور شكل‌گيري سه‌بعدي بافت‌هاي استخوان است. هدف از پژوهش حاضر، تهيه و مشخصه‌يابي داربست زيست‌فعال و زيست‌تخريب‌پذير كامپوزيتي پلي لاكتيك اسيد/آكرمانيت، يافتن ميزان بهينه از افزودن آكرمانيت به داربست زمينه پلي‌لاكتيك اسيد براي كاربردهاي مهندسي بافت استخوان و بررسي تاثيرات اصلاح سطح هيدروليز قليايي بر خواص سطحي داربست‌ها بود. در اين تحقيق نانوپودرهاي بيوسراميك آكرمانيت به روش سل-ژل سنتز شد. همچنين داربست‌هاي كامپوزيتي پلي لاكتيك اسيد-آكرمانيت با 0، 10، 20 و 30 درصد وزني از بيوسراميك آكرمانيت توسط چاپگر سه‌بعدي ذوبي(FDM) توليد و به ترتيب با نام‌هاي PLA، 10 wt%AK، 20 wt%AK و 30 wt%AK مشخص شد. اصلاح سطح شيميايي هيدروليز قليايي با استفاده از تركيب 25/0 مولار محلول آبي سديم هيدروكسيد به همراه اتانول (با حجم برابر) برروي داربست بهينه انجام شد. بررسي‌ها با استفاده از پراش پرتو ايكس (XRD) توليد بيوسراميك آكرمانيت را با روش سنتز تاييد كرد. ميزان ترشوندگي داربست‌ها با افزودن بيوسراميك آكرمانيت بهبود يافت به طوري كه زاويه تماس با آب از o1/1 ± 5/78 در داربست PLA به o1/1 ± 7/65 در داربست 30 wt%AK كاهش يافت. شكل‌گيري هيدروكسي آپاتيت بر سطح داربست‌ها غوطه ور در محلول SBF توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد و نتايج زيست‌فعالي نانوكامپوزيت ساخته شده را تأييد و نشان داد كه با افزايش ميزان آكرمانيت و گذشت زمان، هيدروكسي ‌آپاتيت‌هاي شكل‌گرفته، تكثير و رشد پيدا كردند. غوطه‌وري داربست‌ها در محلول PBS نشان داد كه با افزايش درصد بيوسراميك‌ آكرمانيت در داربست‌هاي تهيه شده، تخريب‌پذيري داربستها افزايش پيدا مي‌كند. نتايج آزمون MTT مربوط به كشت سلول‌هاي استئوبلاست MG-63 بر روي داربست‌ها، عدم سميت سلولي را تأييد كرد. بررسي چسبندگي سلول‌هاي MG-63 با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي بر روي سطح داربست‌ها نشان داد با افزودن بيوسراميك آكرمانيت چسبندگي سلولي در داربست‌ها بهبود يافته‌است. نتايج حاصل از آزمون مكانيكي داربست‌ها نشان داد، استحكام فشاري از MPa 2/8 ± 4/22 در داربست PLA به MPa 1 ± 3/54 در داربست 30 wt%AK افزايش پيدا كرد ولي از سويي ميزان چقرمگي 63 درصد كاهش يافت و داربست‌ها‌ به سمت تردي رفتند كه خاصيتي نامطلوب در داربست‌ها است. نتايج آزمون‌هاي انجام شده، داربست 20 wt%AK را به‌عنوان تركيب بهينه معرفي كرد. نتايج اين پژوهش نشان ‌داد كه داربست‌هاي نانوكامپوزيتي زيست‌تخريب‌پذير و زيست‌فعال پلي‌لاكتيك‌اسيد/آكرمانيت، مي‌توانند كانديد خوبي براي استفاده در مهندسي بافت ‌استخوان براي بازسازي استخوان و كاربردهاي ارتوپدي باشند. با اين‌حال مشاهده شد كه در اثر چاپ سه‌بعدي داربست‌هاي زمينه پلي‌لاكتيك اسيد بخش زيادي از سطح ذرات آكرمانيت توسط پوشش پليمري پوشانده شده‌ بود. براي رفع اين مشكل و بهبود خواص سطحي، اصلاح سطح شيميايي هيدروليز قليايي برروي داربست بهينه (20 wt%AK) انجام‌شد. بررسي ميزان آب‌دوستي داربست‌ها كاهش 5/42 درصدي زاويه تماس با آب را در اثر ‌‌اصلاح سطح نشان داد. همچنين چسبندگي سلولي قبل و بعد از اصلاح سطح‌ با ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد كه بهبود چسبندگي در اثر اصلاح سطح هيدروليز قليايي به خوبي قابل مشاهده‌بود. به طور كلي نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهند كه داربست‌هاي كامپوزيتي پلي لاكتيك اسيد/آكرمانيت اصلاح سطح شده مي‌توانند به عنوان مواد مناسب براي ساختارهاي بافتي پيشرفته و كاربردهاي پزشكي استفاده شوند. اين تحقيق مي‌تواند به توسعه فناوري‌هاي پيشرفته در زمينه مهندسي بافت و پزشكي كمك كند و جهت افزايش كيفيت و كارايي درمان‌هاي استخواني مورد استفاده قرار گيرد.

226245

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان