ساخت‌ و ارزيابي خواص زيستي‌ و مكانيكي داربست سراميكي ولاستونيت- شيشه‌زيستي آلايش يافته با استرانسيم و منيزيم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، داربست‌هاي سراميكي زيست‌فعال بر پايه ولاستونيت (CaSiO₃) با هدف بهبود خواص ساختاري و زيستي براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان طراحي و مورد بررسي قرار گرفتند. براي ارتقاي عملكرد زيستي اين داربست‌ها، مقادير مختلفي از شيشه زيستي 45S5 (5، 10 و 15 درصد وزني) به تركيب پايه افزوده شد. همچنين با هدف بررسي تأثير يون‌هاي زيست‌فعال، نمونه‌هايي از شيشه زيستي با مقادير مختلفي از يون‌هاي استرانسيم (1، 2 و 3 درصد) و منيزيم (1، 2 و 3 درصد) آلايش داده شدند. در مجموع نمونه‌هاي مورد بررسي در قالب سه دسته شامل ولاستونيت به همراه شيشه زيستي، ولاستونيت به همراه شيشه زيستي آلايش‌يافته با استرانسيم و ولاستونيت به همراه شيشه زيستي آلايش‌يافته با منيزيم طبقه‌بندي شدند. آناليزهاي فازي با استفاده از پراش پرتو ايكس (XRD) و بررسي‌هاي ريزساختاري با ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بر روي نمونه‌ها پس از فرآيند تف‌جوشي انجام شد. نتايج XRD نشان‌دهنده پايداري نسبي فاز ولاستونيت در همه نمونه‌ها و حضور فازهاي زيست‌فعال مانند كلسيم فسفات‌ها در برخي نمونه‌هاي حاوي شيشه زيستي بود. تصاوير SEM نيز ساختار متخلخل و مناسب براي رشد سلولي در نمونه‌هاي اصلاح‌شده را تأييد كرد. ارزيابي زيست‌تخريب‌پذيري در محلول PBS طي دوره‌هاي 2، 4 و 6 هفته با اندازه‌گيري كاهش وزن، نرخ تخريب و pH محيط انجام گرفت. نتايج نشان داد كه نمونه Wo-0%BG بيشترين ميزان تخريب را داراست. در حالي‌كه نمونه‌هاي حاوي شيشه زيستي، به‌ويژه نمونه Wo- 10%BG و نمونه Wo-10%BG-5%Sr به دليل فعاليت زيستي بالاتر و تشكيل لايه هيدروكسي‌آپاتيت بر سطح، كمترين ميزان تخريب را تجربه كردند. اين نتايج بيانگر آن است كه افزايش فعاليت زيستي مي‌تواند با تسهيل تشكيل فازهاي شبه‌استخواني از انحلال بيشتر داربست جلوگيري كند. بررسي تغييرات pH نيز نشان داد كه بيشتر نمونه‌ها ابتدا باعث قليايي شدن محيط شدند اما با گذشت زمان و پيشرفت واكنش‌هاي سطحي، pH به تعادل نزديك‌تر شد. آزمون زيست‌سازگاري با استفاده از تست MTT و سلول‌هاي MG-63 انجام شد. نتايج نشان دادند كه تمامي نمونه‌هاي حاوي شيشه زيستي رشد و تكثير سلولي بهتري نسبت به نمونه‌هاي بدون شيشه زيستي دارند. به‌طور خاص، نمونه‌هاي حاوي استرانسيم، به دليل تأثير مثبت اين يون بر تمايز سلول‌هاي استخواني، بالاترين ميزان زيست‌سازگاري را از خود نشان دادند. به‌منظور بررسي رفتار چسبندگي سلولي، آزمون كشت سلول بر سطح چهار نمونه Wo-0%BG، Wo-10%BG، Wo-10%BG-5%Sr و Wo-10 %BG-5%Mg انجام شد. تصاوير SEM نشان دادند كه سلول‌هاي MG-63 روي سطح نمونه Wo-10%BG و Wo-10%BG-5%Sr چسبندگي بيشتر، توزيع گسترده‌تر و تعامل بهتري با سطح داربست داشتند. در مقابل، در نمونه Wo-0%BG و به‌ويژه Wo-10%BG-5%Mg ، چسبندگي و گستردگي سلول‌ها كمتر بوده و رفتار سلولي مطلوبي مشاهده نشد. اين تفاوت‌ها را مي‌توان به اثر مثبت شيشه زيستي و استرانسيم در بهبود خواص سطحي، فعاليت زيستي و در نهايت تعامل بهتر با سلول‌ها نسبت داد. در مجموع يافته‌هاي اين پژوهش نشان داد كه افزودن شيشه زيستي، به‌ويژه در غلظت 10 درصد وزني و همچنين استفاده از يون استرانسيم به‌عنوان عامل تقويت‌كننده زيستي، منجر به بهبود قابل‌توجه خواص زيست‌تخريب‌پذيري، زيست‌سازگاري و چسبندگي سلولي مي‌شود. نمونه‌هاي Wo-10%BG و Wo-10%BG-5%Sr از نظر تعادل بين پايداري ساختاري، فعاليت زيستي، و تعامل سلولي، گزينه‌هاي مناسبي براي استفاده در داربست‌هاي مهندسي بافت استخوان محسوب مي‌شوند.

234870

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان