توسعه داربست پلي لاكتيك اسيد-هاردستونيت به روش چاپ سه بعدي و بررسي اصلاج سطحي داربست براي مهندسي بافت استخوان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

هر ساله افراد زيادي از اختالل عملكرد اندام يا نارسايي اندام، به دليل بافت آسيب ديده رنج مي برند. استخوان يكي از بافتهايي است كه به علت برخي از آسيبهاي استخواني وسيع امكان ترميم خود به خودي وجود نداشته و نياز به جايگزيني بافت آسيب ديده توسط بافت سالم است. مهندسي بافت در تحقق درمانهاي موفقيت آميز اين بافتهاي از دست رفته به نتايج باليني اميدوار كننده ورضايت بخشي دست پيدا كرده است. هدف اصلي مهندسي بافت استخوان، توليد داربست با شكل، ساختارو و يژگ ي هاي بيولوژيكي و شيميايي مطلوب براي افزايش عملكرد و با زسازي بافتهاي استخواني مي باشد. چالش مهمي كه در ساخت اين داربستها مطرح است طراحي وساخت داربست آن مي باشد. بنابراين داربست بايد چندين معيار طراحي همچون: چسبندگي سلولي، زيست سازگاري، زيست تخريب پذيري و تخلخل كافي را براورده كند. روش چاپ سه بعدي يكي از دقيقترين روشها براي توليد داربستهاي زيستي با ابعاد دلخواه و تخلخل مورد نظر مي باشد. در اين پژوهش پودر هاردستونيت با روش سل ژل، سنتز و براي بهبود خواص پليمر)پلي الكتيك اسيد( استفاده شد. داربستهاي زيستي پلي الكتيك اسيد- هاردستونيت با استفاده از چاپگر سه بعدي ذوبي )FDM ،) با 0 ،10 ،20 و 30 درصد وزني سراميك هاردستونيت توليد شدند. با استفاده از آزمون پراش پرتوي ايكس، بررسي فازهاي مورد نظر در پودر هاردستونيت سنتز شده و داربستهاي چاپ سه بعدي شده انجام شد. براي بررسي ساختار و مورفولوژي پودر و داربستها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي )SEM )و جهت بررسي گروههاي عاملي و ساختار شيميايي داربستهاي چاپ سه بعدي شده، از آزمون طيف سنجي فروسرخ تبديل فوريه )FTIR )استفاده شد. درصد تخلخل داربستهاي زيستي چاپ سه بعدي شده توسط روش ارشميدس مورد مطالعه قرار گرفت. تست فشار بر روي داربستها با هدف بررسي خواص مكانيكي انجام و داربست با درصد بهينه، داربست با 20 درصد وزني سراميك هاردستونيت بود. با استفاده از دستگاه اندازه گيري زاويه تماس با آب، ميزان ترشوندگي كامپوزيتهاي توليد شده، مورد آزمون قرار گرفت. زيست تخريب پذيري داربستها با غوطه وري آن ها در محلول فسفات بافر سالين )PBS )به مدت زمان 1 ،2 ،4 ،6 و 8 هفته در دماي 37 درجه سانتيگراد بررسي شد و تغييرات در pH و وزن نمونهها، اندازه گيري شد. زيست فعالي نمونهها با غوطه وري آن ها در محلول شبيه سازي بدن )SBF )در مدت زمان 1 ،2و 4 هفته در دماي 37 درجه سانتيگراد مورد آزمون قرار گرفت. مشاهده شكل و مقدار هيدروكسي آپاتيت تشكيل شده بر روي نمونهها، توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي انجام شد. جهت بررسي ميزان رهايش يون كلسيم و فسفر توسط داربستهاي غوطه ور در محلول SBF ، از آزمون پالسماي زوج القايي )ICP )استفاده و pH محلولها اندازه گيري شد. جهت بررسي رفتار سلولي داربستهاي زيستي چاپ سه بعدي شده از سلولهاي 63-MG استفاده شد و تست MTT براي عدم سميت سلولي انجام و چسبندگي سلولي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به فرآيند FDM ،اليه اي از پليمر مذاب سطح ذرات هاردستونيت را پوشانده است لذا جهت بهبود خواص سطح، فرآيند اصالح سطح داربست ها انجام شد. در اين پژوهش داربستهاي زيستي توليد شده از كامپوزيت پلي الكتيك اسيد و هاردستونيت با درصد بهينه سراميك 20 ،%توسط روش هيدروليز قليايي با استفاده از NaOH و اتانول در زمان و دماي مشخص، اصالح و بهبود سطح شدند. پس از انجام اصالح سطحٍ؛ بهبود سطح، افزايش ترشوندگي، افزايش انرژي سطحي و چسبندگي سلولي بيش از پيش مورد انتظار است. نتايج پژوهش نشان داد كه دركامپوزيت پلي الكتيك اسيد- هاردستونيت، استحكام فشاري داربست PLA خالص از 1/0 ±9/25 به 1 /2 ± 5/34 مگاپاسكال در داربست HAR%20 PLA افزايش پيدا كرد و در داربست HAR%30 PLA مقداري كاهش )حدود 10 درصد( ديده شد. همچنين زاويه تماس با آب فيلم نازك PLA خالص1/4 ± 9/71 درجه بوده است كه با افزودن 30 درصد وزني پودر سراميك هاردستونيت زاويه تماس با آب كاهش پيدا كرد و مقدار 1/3 ± 9/57 درجه شد. در ادامه مشاهده شد كه داربستهاي كامپوزيتي پلي الكتيك اسيد-هاردستونيت داراي عدم سميت، ترشوندگي و چسبندگي سلولي مورد قبولي مي باشد. پس از انجام اصالح سطح بر روي داربست بهينه 20 درصد وزني سراميك هاردستونيت، زاويه تماس حدود 27 %كاهش و چسبندگي سلولي )بدون تغيير در خواص مكانيكي(، افزايش پيدا كرد. با توجه به آزمون ها و نتايج به دست آمده، داربست هاي زيستي پلي الكتيك اسيد- هاردستونيت مي توانند گزينهي مناسبي جهت استفاده در كاربردهاي پزشكي مورد نياز مهندسي بافت باشند.

226331

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان