ساخت و مشخصه‌يابي پوشش اكسيداسيون ميكروقوسي/ بيوكامپوزيت پلي‌كاپرولاكتون-هيدروكسي‌آپاتيت بر زيرلايه منيزيمي AZ31 با روش چاپگر سه‌بعدي براي كاربردهاي ارتوپدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پزشكي

كارشناسي ارشد

بر اثر حوادث گوناگون، بافت استخوان دچار آسيب مي‌شود. جهت بهبود و بازسازي استخوان آسيب‌ديده، به يك كاشتني با خواص نزديك به استخوان نياز است. از ميان انواع فلزات مورد استفاده در پزشكي، منيزيم و آلياژهاي آن به دليل خواص مكانيكي نزديك به استخوان، زيست‌سازگاري و زيست تخريب‌پذيري، به عنوان كاشتني‌هاي زيستي موقت، مورد توجه قرار گرفته‌اند. همچنين در صورت استفاده از آلياژهاي منيزيم، ديگر نيازي به انجام جراحي ثانويه نخواهد بود. با اين وجود، نرخ تخريب بالا از چالش‌هاي آلياژهاي منيزيم در كاربردهاي باليني است كه تشكيل گاز هيدروژن و افزايش موضعي pH در اطراف كاشتني موجب كاهش پايداري مكانيكي و فعال-سازي سيستم ايمني بدن مي¬شود و عوارض جانبي مضر براي بافت‌هاي مجاور ايجاد مي‌كند. هدف از اين پژوهش ساخت و مشخصه¬يابي پوشش دولايه‌ي اكسيداسيون ميكروقوسي/ بيوكامپوزيت پلي‌كاپرولاكتون- هيدروكسي‌آپاتيت بر آلياژ منيزيميAZ31 جهت كنترل نرخ تخريب‌پذيري، بهبود زيست‌فعالي و زيست‌سازگاري است. در اين راستا پوشش اكسيداسيون ميكروقوسي بر زيرلايه AZ31 با ولتاژ 70 ولت در زمان 30 دقيقه اعمال شد. سپس براي تهيه كامپوزيت پلي‌كاپرولاكتون- هيدروكسي‌آپاتيت، ابتدا ذرات هيدروكسي‌آپاتيت از استخوان قلم گوساله تهيه شد. نتايج پراش پرتو ايكس و طيف¬سنجي فروسرخ با تبديل فوريه، نشان داد كه توليد هيدروكسي‌آپاتيت با موفقيت انجام گرفته است. در ادامه، داربست‌هاي پلي‌كاپرولاكتون خالص و داربست‌هاي كامپوزيتي حاوي 15، 30، 45 و60 درصد وزني هيدروكسي‌آپاتيت با بيش از 58 درصد تخلخل به روش چاپگر سه بعدي توليد شدند. پس از آن داربست‌هاي بيوكامپوزيتي چاپ شده با يك لايه‌ي نازك پليمري روي پوشش اكسيداسيون ميكروقوسي به عنوان پوشش ثانويه قرار گرفتند. به منظور ارزيابي و بهينه¬سازي پوشش¬ها، آزمون¬هاي پراش پرتوايكس، طيف¬سنجي فروسرخ با تبديل فوريه، زبري، ترشوندگي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، آزمون¬هاي مكانيكي، تخريب‌پذيري، طيف‌‌ سنجي پلاسماي جفت‌ شده القايي، زيست‌فعالي، تجزيه و تحليل توزيع انرژي پرتو ايكس(EDS) و كشت سلول انجام گرفت. پوشش‌هاي دولايه‌ي اكسيداسيون ميكروقوسي/ داربست پلي‌كاپرولاكتون-هيدروكسي‌آپاتيت بر زيرلايه AZ31، منجر به بهبود خواص فيزيكي و زيستي سطح شد. اعمال پوشش اكسيداسيون ميكروقوسي بر زيرلايه AZ31 منجر به افزايش زبري سطح از 04/0±4/0 ميكرومتر به 8/0±3/16 ميكرومتر شده‌است و ايجاد پوشش داربستي پلي‌كاپرولاكتون خالص منجر به كاهش زبري سطح به 2/0± 4/1 ميكرومتر شد كه با افزايش هيدروكسي‌آپاتيت تا 60 درصد وزني، زبري به 4/0±9/6 ميكرومتر رسيد. زاويه ترشوندگي همه نمونه‌ها بين 0 تا 90 درجه به دست آمد كه در داربست‌هاي پلي‌كاپرولاكتون خالص تا داربست‌هاي كامپوزيتي پلي‌كاپرولاكتون حاوي 60 درصد وزني هيدروكسي‌آپاتيت، از 6/3±1/90 تا 5/5± 4/67 درجه داراي روند كاهشي بود. نتايج آزمون استحكام فشاري، گواه آن بود كه افزودن هيدروكسي‌آپاتيت تا 45 درصد وزني به پوشش ثانويه سبب بهبود خواص مكانيكي پوشش‌ها شده‌است. پوشش دولايه‌ي اكسيداسيون ميكروقوسي/داربست پلي‌كاپرولاكتون حاوي 45 درصد وزني هيدروكسي‌آپاتيت داراي استحكام فشاري 1/23± 3/226 مگاپاسكال در كرنش %75، مدول فشاري 5/15± 6/76 مگاپاسكال، استحكام تسليم 7/1± 4/16 مگاپاسكال و چقرمگي 1/6773± 9/51079 كيلوژول بر متر مكعب بود. با بررسي رفتار تخريب‌پذيري در محلول بافرفسفاتي در مدت 56 روز، نتايج نشان داد كه حضور داربست‌هاي پلي‌كاپرولاكتون خالص و پلي‌كاپرولاكتون- هيدروكسي‌آپاتيت به عنوان پوشش ثانويه، نرخ تخريب زيرلايهAZ31 را حدود %80 بهبود داده‌است. همچنين پوشش دولايه‌ي اكسيداسيون ميكروقوسي/داربست پلي‌كاپرولاكتون حاوي 60 درصد وزني هيدروكسي‌آپاتيت، بيشترين رفتار زيست‌فعالي را در محلول شبيه‌ساز بدن در مدت 28 روز از خود نشان داد. با بررسي برهمكنش سلول¬هاي MG63 شبه استخواني و پوشش دولايه اكسيداسيون ميكروقوسي/ داربست پلي‌كاپرولاكتون-هيدروكسي‌آپاتيت، نتايج نشان داد كه نه تنها پوشش¬هاي كامپوزيتي هيچگونه اثر سمي براي سلول¬ها ندارند، بلكه باعث افزايش رشد و تكثير سلولي شده¬اند. پوشش¬هاي حاوي 45 و 60 درصد وزني هيدروكسي‌آپاتيت از زيست‌سازگاري مناسبي برخوردار هستند. بر اساس نتايج بدست آمده، پوشش دولايه اكسيداسيون ميكروقوسي/ داربست پلي‌كاپرولاكتون-هيدروكسي‌آپاتيت مي¬تواند پتانسيل بالايي در كاربرد كاشتني‌هاي ارتوپدي داشته باشد.

228334

بيومواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان