بخشی از مقاله
چکیده
در سال های اخیر چالش اساسی برای تأمین مواد جدیدی که نیاز به کاشتنی های دائمی ساخته شده از مواد مهندسی را برطرف سازد و با تحریک مکانیزم های بازسازی خود بدن بافت ها را درمان و التیام بخشد، به وجود آمده است. مشخص شده که داربست-ها و فوم های متخلخل که از موادی با ترکیب مشابه بافت مورد تعویض و ترمیم تهیه شده اند و دارای خواص بیولوژیکی و مکانیکی مناسب هستند، می توانند به عنوان یک الگوی سه بعدی موقت برای چسبیدن، تکثیر و مهاجرت سلول ها و شکل گیری بافت جدید عمل کنند. هیدروکسی آپاتیت به دلیل نزدیک بودن ترکیب شیمیایی به بخش معدنی استخوان و در نتیجه زیست سازگاری عالی برای سال های زیادی به عنوان ماده کلینیکی و جایگزین استخوان مورد استفاده قرار گرفته است. به تازگی فورستریت نیز به عنوان یک بیوسرامیک برای کاربردهای پزشکی پیشنهاد شده است. فورستریت با خواص مکانیکی و زیست سازگاری مناسب می - تواند تا حدودی مشکلات کاشتنی های تحت بار را برطرف سازد.
در این پژوهش با توجه به مزایای بیوسرامیک های نانوساختار و فرایند قالب ریزی ژل تلاش بر تولید فوم های نانوساختار از جنس فورستریت و پوشش دهی هیدروکسی آپاتیت بر روی آن ها متمرکز شد. بدین منظور فوم های نانوساختار فورستریتی تولید شد و پوشش دهی هیدروکسی آپاتیت بر روی آن ها به روش سل-ژل به دو صورت تحت خلأ و بدون خلأ انجام شد. مشخصهیابی فومهای تولیدی و از جمله؛ بررسی ساختار فازی، تعیین اندازه ذرات، مطالعه ساختار فوم ها، بررسی اندازه و مورفولوژی تخلخل فوم ها، توسط تکنیک پراش پرتو ایکس - - XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM و آنالیز طیف سنجی توزیع انرژی پرتوایکس - - EDS انجام گرفت. میزان تخلخل فومهای تولیدی و رفتار مکانیکی آنها به ترتیب با استفاده از روش ارشمیدس و اجرای آزمونهای فشاری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشانگر تولید موفقیت آمیز فوم فورستریتی با استحکام حدود 7/2 مگاپاسکال و فومهای فورستریتی پوشش داده شده با هیدروکسیآپاتیت با استحکام حدود 7/5 مگاپاسکال بود. میزان تخلخلهای فومهای تولیدی نیز بالاتر از 75 درصد، اندازه دانههای آنها کمتر از 50 نانومتر و اندازه حفرات آنها بین 60 تا 320 میکرومتر بود.
کلمات کلیدی: بیوسرامیک، فورستریت، فوم متخلخل، هیدروکسی آپاتیت، قالب ریزی ژل.
ٌ-مقدمه
یکی از عمده بافتهای همبند بدن که بیش از نود درصد سیستم اسکلتی بدن را تشکیل میدهد استخوان است. استخوان گونهای اختصاصی از بافت همبند و متخلخل است که وظیفه حفاظت از اجزای داخلی، ایجاد کردن استحکام مکانیکی و ذخیره یونهای معدنی مانند کلسیم را به عهده دارد. این بافت ممکن است در معرض آسیبها و نواقص مختلف قرار گیرد . - Kundrat 2010:200 - یک راهبرد استاندارد در مواردی که آسیبی به استخوان وارد میشود، پیوند استخوان است که با مشکلات عدیدهای از جمله هزینه-های بالا و اثرات جانبی حاصل از پیوند بافت همراه است . - Tezcaner , Kose & Hasirci 2002:203 - با توجه به مشکلات موجود در پیوند استخوان محققان درصدد پیدا کردن جایگزینی برای پیوند استخوان برآمدند. از این رو مهندسی بافت به عنوان یک نگرش جایگزین امید بخش در پیوند بافتها و اندامهای بدن مطرح شد.
یکی از رشته های مهم مهندسی بافت استفاده از مواد مهندسی با تخلخل بالاست که داربست نامیده می شود. این داربست ها باید به عنوان یک الگوی سه بعدی موقت برای چسبیدن، تکثیر، مهاجرت سلول ها و شکل گیری بافت جدید عمل کند. از آن جا که داربست ها به عنوان یک زمینه متخلخل مصنوعی و موقت برای هدایت و رشد سه بعدی بافت به کار می رود، مواد با شباهت بسیار زیاد با بافت تعویضی مهم ترین کاندید برای تعویض بافت است. مواد مورد استفاده برای داربست مناسب باید دارای خواص بیولوژیکی و مکانیکی مناسب باشد و بازسازی بافت را با به کار انداختن مکانیزم های ذاتی بدن ممکن سازد.هیدروکسی آپاتیت به دلیل نزدیک بودن ترکیب شیمیایی به بخش معدنی استخوان و در نتیجه زیست سازگاری عالی با بافت استخوان برای سال های زیادی به عنوان ماده کلینیکی و جایگزین استخوان مورد استفاده قرار گرفته است.
اگرچه هیدروکسی آپاتیت به عنوان شبیه ترین ماده به بخش معدنی استخوان سال ها به عنوان ماده اصلی در پیوند استخوان مطرح بوده و خواص زیستی مطلوبی دارد ولی چقرمگی شکست پایین و خواص مکانیکی ضعیف آن، استفاده از آن را در کاربرد های ارتوپدی و به خصوص کاشتنی های تحت بار محدود کرده است. به همین دلیل استفاده از مواد جایگزین با خواص مکانیکی بهتر و زیست-سازگاری مناسب می تواند تا حدودی مشکلات را برطرف سازد . - Regi & Calbet 2004:1 - در سال 2007 میلادی سرامیک فورستریت با ترکیب شیمیایی Mg2SiO4 به عنوان یک بیوسرامیک معرفی شد. نی1 نشان داد که فورستریت درشت دانه در محیط بدن زیست سازگار است و بنابراین، می تواند برای ترمیم بافتهای استخوان مناسب باشد. با این وجود، نتایج آزمون بررسی زیست فعالی نشان می دهد که فورستریت د2رشت دانه زیست فعال نیست و بنابراین، قابلیت اتصال با بافت استخوانی را ندارد . - Ni.S.Chou & Chang 2007:83 -
خرازیها و همکاران نشان دادند که نانوذرات فورستریت بر خلاف فورستریت درشتدانه، زیستفعال بوده و دارای زیستسازگاری مطلوبی نیز می باشد و در نتیجه می تواند به عنوان یک ماده ترمیم کننده استخوان مورد استفاده قرار گیرد . - Kharaziha & Fathi 2010:530 - براساس آزمون های تعیین سمیت که بر روی این سرامیک انجام شده است، نتایج نشان می دهد که فورستریت هیچ گونه اثر سمی بر روی سلول های استخوان ساز ندارد . - Ni.S.Chou & Chang 2007:83 - مقایسه خواص مکانیکی فورستریت با هیدروکسی آپاتیت نشان میدهد که فورستریت خواص مکانیکی بهتری نسبت به هیدروکسی آپاتیت دارد و بنابراین در صورتی که از نظر زیست سازگاری بتواند خواصی در حد هیدروکسی آپاتیت داشته باشد می تواند در مواردی مثل کاشتنی های تحت بار کاربرد داشته باشد.تا کنون محققان زیادی موفق به تولید فومهای بیوسرامیکی شدند.
همچنین تحقیقات زیادی در زمینه کامپوزیت سازی و پوشش-دهی فومهای سرامیکی با بیوسرامیکها، پلیمرها و کامپوزیتها به منظور بهبود خواص مکانیکی و زیستی آنها انجام شده است. در مقابل تحقیقات زیادی که در زمینه ساخت فومهای سرامیکی مانند هیدروکسیآپاتیت و شیشه زیستفعال و پوششدهی آنها انجام شده، به دلیل جدید بودن بیوسرامیک فورستریت تحقیق جامعی در خصوص پوشش دهی فوم فورستریتی با بیوسرامیکهای زیستفعال و شیشهها مشاهده نشده است. با توجه به این که فوم فورستریتی ساخته شده توسط قمی و همکارانش زیستفعالی و خواص مکانیکی مناسب برای کاربرد در مصارف تحت بار را دارد و با توجه به خصوصیات زیستفعالی و سازگاری زیستی خوب هیدروکسیآپاتیت و همچنین با توجه به اینکه پوشش دهی فومها یکی از راههای افزایش خواص مکانیکی آنهاست، به نظر میرسد می توان با پوششدهی مناسب این بیوسرامیک بر روی فوم فورستریتی، خواصی همچون سازگاری زیستی و زیستفعالی و خواص مکانیکی فوم فورستریتی را بهبود بخشید.هدف از پژوهش حاضر، تولید و مشخصهیابی فومهای نانوساختار فورستریتی و پوششدهی هیدروکسیآپاتیت بر روی آنها با توجه به مزایای بیوسرامیکهای نانوساختار و فرایند قالب ریزی ژل بود.
-2مواد و روش تحقیق
-1-2تهیه پودر فورستریت
به منظور تهیه پودر فورستریت، پودرهای منیزیم هیدروکسی کربنات - 4MgCO3.Mg - OH - 2.5H2O,Merck,99% - و اکسید سیلیسیم - SiO2,Sigma-Aldreach,99% - با نسبت مولی 1:2 که متناسب با نسبت مولی اکسید منیزیم به اکسید سیلیسیم در ساختار فورستریت است توزین شدند. پس از توزین، پودرها تحت آلیاژسازی مکانیکی با آسیای گلوله ای با انرژی بالا - Restch-pm100 - و با سرعت 250 دور در دقیقه قرار گرفتند. واکنش های فعال سازی مکانیکی در کاپ زیرکونیا با گلوله های زیرکونیایی 5 - عدد گلوله با قطر 20 میلی متر - انجام گرفت . - Fathi & Kharaziha 2008:4306 -
-2-2تولید فوم متخلخل به روش قالب ریزی ژل
-1-2-2مواد اولیه
