ساخت و مشخصه‌يابي داربست‌هاي كامپوزيتي پلي‌لاكتيك اسيد-ولاستونيت توليد شده به روش پرينت سه‌بعدي جهت كاربرد در بافت استخواني

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

نقايص استخواني گسترده به دليل محدوديت‌هاي بازسازي طبيعي نيازمند داربست‌هاي زيست‌فعال با ويژگي‌هاي فيزيكي و مكانيكي مناسب هستند. يكي از هدف‌مند‌ترين راهكارها، طراحي و ساخت داربست‌هاي زيست‌تخريب‌پذير و زيست‌فعال است كه هم خواص مكانيكي كافي داشته باشند و هم بتوانند سلول‌ها را به چسبندگي، تكثير و تمايز هدايت كنند. در اين پژوهش با هدف توسعه يك داربست كامپوزيتي مناسب براي ترميم استخوان، داربست‌هاي بر پايه پلي‌لاكتيك‌اسيد (PLA) و ولاستونيت به روش چاپ سه‌بعدي روبوكستينگ تهيه و در درصدهاي وزني مختلف (.،10، 20، 30 و 40 ولاستونيت) مورد بررسي قرار گرفتند. روش تحقيق شامل تهيه داربست‌ها، آزمون‌هاي فيزيكي–شيميايي (XRD، FTIR، SEM–EDX، ICP)، آزمون‌هاي مكانيكي (فشار تك‌محوره) و آزمون‌هاي زيستي (MTT، چسبندگي سلولي، غوطه‌وري در SBF و آزمون تخريب در PBS) بود. نتايج آزمون بررسي ريزساختاري نشان داد كه داربست‌هاي چاپ‌شده داراي ساختار يكنواخت، منافذ باز و توزيع مناسب پركننده درون زمينه پليمري هستند. آزمون XRD حضور پيك‌هاي مشخص PLA را همراه با پيك‌هاي كريستالي ولاستونيت تأييد كرد و پس از غوطه‌وري در محلول SBF ظهور پيك‌هاي هيدروكسي‌آپاتيت بيانگر القاي زيست‌فعالي داربست بود. طيف‌هاي FTIR نيز علاوه بر باندهاي مشخص PLA، حضور گروه‌هاي كلسيم-فسفاتي را پس از قرارگيري در محيط شبيه‌سازي‌شده بدن نشان دادند كه به رسوب كلسيم فسفات بر سطح داربست‌ها مربوط بود. آزمون EDX به‌طور كيفي تأييد كرد كه با افزايش زمان غوطه‌وري، نسبت Ca/P به مقادير نزديك به آپاتيت طبيعي استخوان ميل مي‌كند.از منظر خواص فيزيكي، نتايج اندازه‌گيري زاويه تماس آب نشان داد كه افزايش درصد ولاستونيت موجب بهبود آب‌دوستي و ترشوندگي سطحي داربست‌ها مي‌شود. اين ويژگي مستقيماً بر تعامل پروتئين‌ها و سلول‌ها با سطح داربست اثر گذاشته و بستر مناسبي براي چسبندگي سلولي فراهم آورد. آزمون تخلخل‌سنجي نيز بيانگر آن بود كه با افزايش ولاستونيت تخلخل داربست‌ها بيشتر شده و نفوذپذيري آن‌ها ارتقا يافته است. خواص مكانيكي داربست‌ها با آزمون فشار تك‌محوره بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزودن ولاستونيت تا سطح 30 درصد موجب افزايش استحكام فشاري و مدول الاستيك مي‌شود. از ديدگاه زيستي، نتايج آزمون زيست‌تخريب‌پذيري در محلول PBS نشان داد كه داربست‌هاي حاوي ولاستونيت سرعت تخريب بالاتري نسبت به PLA خالص دارند، زيرا حضور ذرات معدني موجب تسهيل نفوذ آب و تسريع هيدروليز مي‌شود. آزمون زيست‌فعالي با غوطه‌وري در SBF نيز حاكي از آن بود كه داربست‌هاي حاوي ولاستونيت، به‌ويژه PLA-30WT، توانايي بالايي در القاي رسوب هيدروكسي‌آپاتيت و مصرف يون‌هاي Ca و P از محيط دارند. نتايج ICP بيانگر كاهش يون‌هاي كلسيم و فسفر در محلول SBF كه ناشي از تشكيل آپاتيت بر سطح داربست‌هاست. ارزيابي زيست‌سازگاري با آزمون MTT روي سلول‌هاي MG63 نشان داد كه تمامي داربست‌ها فاقد سميت سلولي بوده و ميزان زنده‌ماني سلول‌ها بيش از 90 درصد باقي ماند. همچنين مشاهده شد كه حضور ولاستونيت نه تنها اثر منفي ندارد بلكه به دليل افزايش زيست‌فعالي، موجب ارتقاي تكثير سلولي مي‌شود. تصاوير ميكروسكوپي از آزمون چسبندگي سلولي نيز تأييد كرد كه سلول‌ها روي داربست‌ PLA-30WT چسبندگي بالايي نشان داده و مورفولوژي گسترده‌تري داشتند. در مجموع، تركيب PLA با ولاستونيت موجب بهبود ترشوندگي، افزايش زيست‌فعالي، ارتقاي رفتار سلولي و فراهم شدن شرايط براي تخريب كنترل‌شده شد. در نهايت PLA-30WT به دليل تعادل ميان استحكام مكانيكي، توانايي تشكيل آپاتيت، نرخ تخريب مناسب و زيست‌سازگاري بالا، به‌عنوان نمونه بهينه معرفي مي‌شود. اين يافته‌ها نشان مي‌دهد كه داربست‌هاي كامپوزيتي PLA-WT جوهري مناسب براي چاپ داربست‌هاي سه‌بعدي مصرفي در مهندسي بافت استخوان مي‌باشد.

237788

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان