بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش بدنههای متخلخل هیدروکسی آپاتیت با استفاده از نانو ذرات پودری هیدروکسی آپاتیت سنتز شده به روش همرسوبی و پروتئین طبیعی آلبومین تهیه شده از سفیده تخم مرغ ساخته شدند. آلبومین به دلیل توانایی تشکیل حباب و دارا بودن خواص چسبندگی به عنوان عامل تخلخل ساز استفاده شد. ابتدا دوغاب پایدار از نانوذرات در بارگذاری%40 وزنی در آب مقطر تهیه و سپس با افزودن آلبومین به نسبت 3 به 1 نسبت به آب بوسیله همزن مغناطیسی به فوم تبدیل شد.
نمونهها پس از ریختن فوم در قالب سیلیکونی خشک و در دماهای مختلف از 1200 تا °C 1275 زینتر شدند. تاثیر دمای زینترینگ بر تحولات فازی، مورفولوژی، اندازه و درصد تخلخل، میزان انقباض و چگالی نمونهها و استحکام مکانیکی توسط آنالیزهای پراش اشعه ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی - FESEM - مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاکی از تشکیل فاز کلسیم اکسید از دمای 1250°C بود که مقدار آن نیز با افزایش دما افزایش یافت. همچنین با افزایش دمای زینترینگ تخلخل کلی از %65 به %50 کاهش و استحکام فشاری از مقدار 2,2 MPa به 14,37 افزایش یافت.
مقدمه
در کاربردهای بیولوژیکی تنها از موادی که مقدار معینی خواص زیست فعالی و زیست سازگاری دارند میتوان استفاده کرد2]،.[1 سرامیکهای بر پایه خانواده کلسیم فسفاتها، یکی از مهمترین مواد زیستی به شمار میروند. از میان انواع کلسیم فسفاتها، فاز هیدروکسی آپاتیت با ترکیب مشخص و ساختار کریستالوگرافی شش وجهی - هگزاگونال - کاربرد گسترده ای در ساخت داربستهای استخوانی یافته است. هیدروکسی آپاتیت خالص دارای ترکیب شیمیایی 39/68 درصد وزنی کلسیم، 18/45 درصد وزنی فسفر، نسبت وزنی کلسیم به فسفر2/151 و نسبت به مولی کلسیم به فسفر1/67 است. این ماده به دلیل داشتن ترکیبی مشابه با استخوان واقعی و نداشتن هیچگونه تأثیر نامطلوب بر بدن دارای بیشترین پتانسیل برای استفاده به عنوان جایگزینهای استخوانی است.
علاوه بر این قطعات ساخته شده بر پایه فاز هیدروکسی آپاتیت توانایی برقراری پیوندی قوی با استخوان را دارند .همچنین این قطعات دارای رسانش استخوانی، القای استخوانی و تخریب پذیری بالایی است که از جمله خصوصیات مطلوب برای داربستهای استخوانی است .[3] خواص زیستی و فیزیکی این ماده به شدت متاثر از روش سنتز پودر میباشد.[4] عوامل دیگری چون درجه بلورینگی، نسبت استوکیومتری کلسیم به فسفات، شرایط محیطی، شکل و اندازه تخلخلها بر روی عملکرد زیستی هیدروکسی آپاتیت موثرند .
[5] هیدروکسی آپاتیت را میتوان به شکل پودر، فومهای متخلخل یا توپر تولید کرد. در میان انواع مختلف هیدروکسی آپاتیت، شکل متخلخل هیدروکسی آپاتیت کاربرد بیشتری دارد و به دلیل توانایی نفوذ بافت استخوان در آن، ماده مناسبی برای جایگزینی استخوان است. برای کاربردهای پزشکی، شکل، اندازه، توزیع و بافت تخلخل ها اهمیت زیادی دارد .[6] در سالهای اخیر محققان زیادی از هیدروکسی آپاتیت برای ساخت داربستهای استخوانی استفاده نموده اند. در میان انواع مختلف هیدروکسی آپاتیت، شکل متخلخل هیدروکسی آپاتیت کاربرد بیشتری دارد.
اگرچه استحکام آن از نوع چگال کمتر است ولی به دلیل توانایی نفوذ بافت استخوان در آن، ماده مناسبی برای جایگزینی استخوان است. برای کاربردهای پزشکی، شکل، اندازه، توزیع و بافت تخلخل ها اهمیت زیادی دارد .[7] در تشکیل سرامیک متخلخل از دوغاب، دو هدف تقریبا به طور همزمان دنبال می-گردد. هدف اول در جهت تقویت سرامیک و یا به عبارتی تشکیل یک توده سفت و سخت است. هدف دوم ایجاد تخلخل در بدنه تشکیل یافته میباشد.
برای ایجاد یک ساختار بسیار متخلخل - همچون داربست - ، میباست فوم تشکیل شده و در دوغاب توزیع شود. در قدم بعد، حذف فوم ها باعث ایجاد تخلخل در نمونه می شود.[8] ساخت فوم پایدار با انعقاد پروتئین یکی از روشهای فوم سازی مستقیم میباشد که از فومهای سفیده تخم مرغ برای تهیه سرامیک متخلخل استفاده شده است. در پردازش دوغاب سرامیک، پروتئین ها نقش مهمی را به عنوان تغییر دهنده حالت ناپایدار دوغاب به حالت سفت و سخت ایفا می کنند.[9] سفیده تخم مرغ حاوی آلبومین است که علاوه بر خاصیت تخلخلسازی، دارای ویژگی چسبندگی نیز میباشد که موثر بر اتصال ذرات به یکدیگر میباشد.
در این پژوهش از پروتئین طبیعی آلبومین به عنوان عامل تخلخل ساز و از هیدروکسی آپاتیت به عنوان فاز معدنی و تشکیل دهنده اصلی داربست استفاده شده است. برای تولید نمک هیدروکسی آپاتیت روش سنتز همرسوبی مورد استفاده قرار گرفته است. فوم متخلخل هیدروکسی آپاتیت در حضور آلبومین از ترکیب دو روش آسیاب مکانیکی و همزن مغناطیسی تهیه شد و پس از عملیات زینترینگ در چهار دمای 1200، 1225، 1250 و 1275 درجه سانتیگراد به مقایسه خواص فیزیکی و بررسی نوع و ساختار متخلخل محصول نهایی و خواص مکانیکی این نوع نمونهها پرداخته شده است.
مواد و روش تحقیق
پیش مواد مورد استفاده در این پژوهش نانوذرات هیدروکسی آپاتیت سنتز شده به روش همرسوبی [10] و سفیده تخم مرغ تازه میباشد. جهت ساخت فوم هیدروکسی آپاتیت متخلخل با افزودنی آلبومین از ترکیب دو روش مخلوط کردن مکانیکی و در ادامه همزن مغناطیسی استفاده شده است. به منظور ساخت فومی با مقدار تخلخل حدود 50 درصد، بارگذاری جامد - پودر هیدروکسی آپاتیت - ، 40 درصد وزنی انتخاب گردید.
همچنین نسبت آب دیونیزه به سفیده تازه تخم مرغ 1-3 در نظر گرفته شد. در مرحله اول از فرایند تولید فوم متخلخل، پودر هیدروکسی آپاتیت سنتز شده و آب دیونیزه با دقت 0,001 گرم توزین شده و تحت فرایند آسیاب کاری به مدت 60 دقیقه قرار گرفت. در ادامه، سوسپانسیون سرامیکی تهیه شده از روش فوق در حضور افزودنی سفیده تخم مرغ به مدت 60 دقیقه تحت همزدن مغناطیسی قرار گرفت.
جهت پایداری فوم، حذف فاز مایع و افزایش استحکام بدنه خام، نمونههای قالب ریزی شده تحت عملیات خشک کردن در دماهای 60 œC، 90، 230، 550 قرار گرفتند. نمونههای تهیه شده در دمای 60 œC به مدت 16 ساعت و در سایر دماهای ذکر شده به مدت 1 ساعت تحت فرایند خشک کردن قرار گرفتند. سپس عملیات حرارتی برای تشکیل ساختار ماکرو متخلخل در چهار دمای 1200 œC، 1225، 1250 و 1275 به مدت دو ساعت انجام شد. جهت سهولت در یادآوری، نامگذاری نمونهها به صورت خلاصه در جدول 1 گزارش شده است.
