بخشی از مقاله
چکیده
اگرچه سرامیک ولاستونیت زیستفعالی و زیستسازگاری بالایی دارد ولی مطالعات نشان دادهاست که سرعت تخریب آن بالا بوده و استحکام مکانیکی آن نیز پایین میباشد. نتایج نشان میدهد که با افزودن مواد مناسب به ولاستونیت میتوان خواص مکانیکی، فیزیکی و زیستی آن را کنترل کرد. مطالعات نشان دادهاست که بیوسرامیک فورستریت زیست فعالی کمتری نسبت به بیوسرامیکهای کلسیم سیلیکاتی دارد. از طرف دیگر فورستریت دارای خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با هیدروکسی آپاتیت و ولاستونیت میباشد.
هدف از این پژوهش ساخت داربست سه بعدی ولاستونیت فورستریت با روش اسفنج پلیمری میباشد. به این منظور ذرات ولاستونیت و فورستریت با نسبتهای مختلف 10، 15 و 20 درصد فورستریت با هم مخلوط شدند. به منظور تفجوشی پودرها نمونههای تولید شده به مدت 3 ساعت در دمای 1300℃ قرار گرفتند. در ادامه، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و پراش پرتو ایکس - XRD - برای بررسی مورفولوژی، سطح شکست و ترکیبات فازی به کار گرفته شد. . نتایج نشان داد که داربست متخلخل سه بعدی با قطر متوسط حفرات -700 200 میکرومتر، درصد تخلخل ظاهری 69/06-78/58 درصد و چگالی 2/9-2/97 گرم بر سانتی متر مکعب بدست آمد. فورستریت به عنوان فاز دوم ضمن بهبود رفتار تفجوشی ولاستونیت، سبب بهبود خواص مکانیکی آن شد.
-1 مقدمه
تحقیق در رابطه با سرامیکها به عنوان مواد کاشتنی از اوایل دهه 1970 آغاز شده، که منجر به تنوع وسیعی از بیوسرامیکها گشتهاست .[1] گروه وسیعی از بیوسرامیکها تاکنون مورد ارزیابی قرارگرفتهاند. این بیوسرامیکها عمدتاً سرامیکهای کلسیم فسفاتی هستند و یا به گروه کلسیم- سیلیسیم- منیزیم تعلق دارند. از سرامیکهای کلسیم فسفاتی میتوان به هیدروکسی آپاتیت، بتاتری کلسیم فسفات، فلوئورآپاتیت ومنیزیم/فلوئورآپاتیت اشاره کرد.[2] یکی از کاربردهای مهم بیو سرامیکها تهیه داربست برای درمان و بازسازی استخوان است. نیاز روز افزون به ترمیم استخوان بر اثر بیماریهای کلینیکی مختلف چون عفونت، تومور و از دست رفتگی استخو ان در اثر ضربه وجود دارد.
از اواخر دهه 1980، مهندسی بافت به عنوان الگوی جدید سبب پیشرفت-های وسیعی گشتهاست.[3] هدف در مهندسی بافت توسعه مواد و داربستهای زیست تخریبپذیر مناسب برای تغذیه سلولها و رشد بعدی بافت میباشد.[4] تاکنون روشهای مختلفی برای ساخت داربستهای متخلخل آزموده شدهاست که از آن جمله میتوان به ریختهگری ژل، فوم پلیمر 6] و [5 و استفاده از عامل نگهدارنده [7] اشاره کرد. در روش اسفنج پلیمری، لایه نازکی از محلول روان سرامیکی برروی سطح شبکه متخلخل پلیمری پوشش داده میشود. سرامیکهای متخلخل تهیه شده از زیرلایه پلیمری مشبک دارای خواص ممتازی از قبیل قابلیت کنترل اندازه تخلخل، تخلخلهای مرتبط و با شکل هندسی مطلوب و هم-چنین ایجاد شکلهای پیچیده برای کاربردهای مختلف است.
این ساختارها دارای استحکام مکانیکی ضعیف برای کاربردهایی که نیاز به تحمل بار دارد، میباشند.[8] به تازگی توسعه مواد جدید برای کاشتنیهای استخوانی و جایگزینی آنها در بدن انسان اهمیت فراوانی یافتهاست. علاوه بر فلزات، آلومینا، پلیمرهای آلی، شیشههای زیستفعال و شیشه سرامیکها، ترکیبات دیگری حاوی سیلیسیم و منیزیم نیز پا به عرصهی ظهور گذاشتهاند. این مواد کاشتنی جدید زیستسازگار بوده و در برخی موارد خواص زیست فعالی خوبی از خود نشان دادهاند.
مطالعات گذشته نشان دادهاست که شیشههای زیست فعال و شیشه سرامیکهای حاوی CaO و SiO2 زیست فعالی خوبی داشته و به طور مستقیم با استخوان در آزمونهای حیوانی پیوند برقرار میکنند.[9] اگرچه شیشههای زیستفعال و شیشه سرامیکهای حاوی CaO و SiO2 زیستفعالی خوبی دارند ولی مطالعات نشان دادهاست که سرعت تخریب آنها بالا بوده و استحکام مکانیکی آنها نیز پایین میباشد.[10] از میان سرامیکهای سیستم CaO-SiO2 میتوان به ولاستونیت - CaSiO3 - آلفا ولاستونیت -CaSiO3 - - ، دیکلسیمسیلیکات - Ca2SiO4 - و تری-کلسیمسیلیکات - Ca3SiO5 - اشاره کرد. کلسیم سیلیکات ولاستونیت با فرمول CaSiO3 شامل %48/3 CaO و %51/7 SiO2 میباشد.
CaSiO3از لحاظ ساختاری در دو شکل کاملاً متفاوت وجود دارد. فاز دما بالا - بالای 1150 درجه سانتیگراد - آلفا ولاستونیت نامیده میشود و یک سیلیکوسیلیکات با سیستم تبلور تریکلینیک میباشد. همچنین فاز پایدار زیر دمای 1150 درجه سانتیگراد بتا ولاستونیت میباشد.[11] از سال 1990 میلادی سرامیکهای ولاستونیت به عنوان مواد مصنوعی برای جایگزینی استخوان به دلیل زیست فعالی و زیست سازگاری مناسب آنها مورد مطالعه قرار گرفتهاند. هرچند سرامیک ولاستونیت زیستفعالی و زیست-سازگاری بالایی داشته ولی همچون سایر کلسیم سیلیکاتها سرعت تخریب بالایی داشته و استحکام مکانیکی کمی دارد.[12]
نتایج نشان دادهاست که جایگزینی منیزیم به جای بخشی از کلسیم در ساختار سرامیکهای کلسیم سیلیکاتی و ایجاد سرامیکهای سه تایی CaO-SiO2-MgO گروهی از سرامیکها را با خواص زیست فعالی عالی و خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با سرامیکهای کلسیم سیلیکاتی ایجاد کردهاست.[10] منیزیم نقش کلیدی در معدنی شدن بافت کلسینه شده داشته و اثرات مهمی را بر متابولیسم طبیعی بدن می-گذارد. [1] سرامیکهایی که حاوی اکسید کلسیم، اکسید سیلیسیم و اکسید منیزیم هستند نه تنها خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با سرامیکهای سیلیکاتی دارند، بلکه زیستفعال نیز میباشند.از جمله میتوان به سرامیکهای دیوپسید - Ca7MgSi4O16 - و آکرمانیت - Ca2MgSi2O7 - اشاره کرد که هرچه مقدار درصد منیزیم بیشتر باشد، زیست فعالی بالاتری دارند.
[14] با جایگزینی کامل اکسید منیزیم به جای اکسید کلسیم، گروه دیگری از بیوسرامیکها تولید شده که مهمترین آنها انستاتیت [15] - MgSiO3 - و فورستریت [16] - MgSiO4 - میباشند. این مواد خواص مکانیکی بهتری از خود نشان داده و زیست سازگارند و میتوانند مشکلات تحت بار را تا حدودی برطرف سازند. نتایج به دست آمده از آزمایشهای صورت گرفته برروی سرامیک فورستریت حاکی از آن است که این سرامیک زیست سازگار بوده و اثر سمی برروی سلولهای استخوانساز ندارد. هرچند سرامیکهای فورستریت نانوساختار زیستفعال میباشند ولی نتایج نشاندادهاست که زیستفعالی کمتری نسبت به سرامیکهای کلسیم سیلیکاتی دارا میباشند از طرف دیگر فورستریت دارای خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با هیدروکسی آپاتیت و ولاستونیت میباشد.[16]
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 مواد
مواد مصرفی در تحقیق حاضر شامل : کلسیم نیترات - Merck - تترا اتیل ارتو سیلیکات - TEOS, Merck - منیزیم نیترات - Merck - سیلیکا کلوئیدی - Sigma - پلیمر پلی وینیل الکل - Merck, molecular 72000 - weight = ساکارز - Merck - و نیتریک اسید میباشند.
-2-2 سنتز پودر ولاستونیت
ابتدا TEOS به همراه آب به نسبت مولی 4:1 با HNO3 مخلوط میشود. نیتریک اسید 2N به عنوان کاتالیزور با نسبت مولی HNO3 به TEOS برابر 0.03 استفاده گردید. پس از همزدن به مدت نیم ساعت روی همزن مغناطیسی کلسیم نیترات به مخلوط اضافه شده و به مدت نیم ساعت دیگر هم زده میشود.
