بخشی از مقاله
چکیده
ویژگی هایی همچون زیستسازگاری، توانایی بازسازی استخوان و خواص نزدیک به استخوان اسفنجی، سیمان های کلسیم فسفات - CPC - را به یک جایگزین مناسب برای کاربردهای استخوانی تبدیل کرده است و در این زمینه در دسترس بودن موادی با خواص مناسب همچون تزریقپذیری، زمان گیرش و خواص مکانیکی موردنیاز میباشد. بنابراین هدف از این تحقیق، توسعه سیمانهای تزریقپذیر با خواص مکانیکی بهتر از سیمانهای تجاری میباشد. پیشسازهای استفاده شده دراین تحقیق، متشکل از 98 درصد نانوپودرآلفاتری کلسیم فسفات - -TCP - و 2 درصدنانوپودر هیدروکسیآپاتیت - HAp - بهعنوان فاز پودری و محلول آبی 2/5درصد دیسدیمهیدروژن فسفات بهعنوان فاز مایع میباشد.
در این تحقیق، ابتدا نانوپودر آلفاتری کلسیمفسفات - -TCP - به عنوان ماده اصلی سیمان استخوان سنتز شد و پس از آمادهسازی فاز پودری، فاز مایع سیمان به آن افزوده شد، در قالبهای مناسبی ریخته شدند و در دمای 37 درجه سانتیگراد به مدت زمان کافی نگه داشته شدند تا سفت شوند. پراش اشعه ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - برای تحقیق درمورد ویژگیهای ساختاری CPCs بهکار برده شدند. بهعلاوه، آزمون استحکام فشاری روی نمونههای سیمانی انجام گرفت. نتایج نشان دادند که سیمانهای آماده شده، خواص مکانیکی بهتری نسبت به سیمانهای تجاری دارند. بهعلاوه زمان گیرش این سیمانها کمتر از سیمانهای تجاری میباشند.
-1 مقدمه
بازسازی گستره وسیعی از نقصهای استخوانی مثل شکستگیهای ناشی از پوکی استخوان، نقصهای فک و صورت و نقصهای دندانی بهصورت چالش باقی مانده است[1]، و نیازهای کلینیکی برای پیوندهای استخوانی وجود دارند.[2] در حال حاضر، پیوند از خود بیمار، استاندارد طلایی در بازسازی استخوان میباشد. با وجودیکه نتایج این پیوندها و پیوندهای گرفته شده از سایر موجودات زنده در بهبود و بازسازی استخوان رضایتبخش بوده است، مشکلاتی مانند آسیب به محل اعطا کننده، پاسخهای ایمنی، انتقال بیماری از فرد اعطا کننده و منابع محدود استخوانی وجود دارد.[3] بنابراین بهخاطر مشکلاتی که در بالا ذکر شد، استفاده از جایگزینهای مصنوعی به همراه فاکتورهای رشد که ویژگیهای هدایت بافت استخوانی، القای استخوانزایی و ویژگیهای مکانیکی قابل قبولی را دارا میباشند، سبب تسریع استخوانسازی میشوند.[4]
طیف گستردهای از مواد مصنوعی شامل فلزات، سرامیکها، پلیمرها و سیمانها بهعنوان جایگزینهای مصنوعی معرفی شدهاند.[2] در میان این مواد مصنوعی، سیمانهای کلسیم فسفاتی به خاطر زیست فعالی، زیست سازگاری و تطبیق پذیری خوب با بافت استخوان میزبان مورد توجه قرار گرفته است.[5] سیمانهای کلسیم فسفاتی اولین بار در سال 1980 ساخته شدند.[6] از آن زمان، سیمان های کلسیم فسفاتی زیادی با ترکیبات مختلف بررسی شدهاند و در بازار موجود میباشند. علاوهبر رفتار بیولوژیکی عالی آنها، مزایای اصلی سیمانهای کلسیم فسفاتی قابلیت تزریقپذیری و همچنین توانایی سفت شدن در دمای محیط در بدن میباشد، که میتوانند به آسانی شکل بگیرند و در منطقه نقص تزریق شوند.
به خاطر این مزیتها، نه تنها از روش جراحی تهاجمی جلوگیری میکنند بلکه سازگاری خوبی با استخوان مجاور حتی برای حفرههای شکلدار نامنظم فراهم میکند.[7] ویژگی مهم دیگر سیمانهای کلسیم فسفاتی این است که آنها ذاتاً دارای میکروتخلخل هستند. میکروتخلخلها به وسیله محلول آبی اضافی بعد از سخت شدن سیمانهای کلسیم فسفاتی یا به دلیل فضاهای بین دانهای با اندازه حفره در گستره کمتر از میکرومتر یا میکرومتر ایجاد میشوند.
چنین میکروتخلخلهایی برای اشباع مایعات فیزیولوژیکی در داخل سیمان های کلسیم فسفاتی مفید هستند و به جایگزینی سیمانهای کلسیم فسفاتی توسط استخوان کمک میکنند.[8] با وجودی که سیمانهای کلسیم فسفاتی بهعنوان جایگزین استخوان بسیار امیدبخش هستند اما هنوز برخی مسائل بسیار مهم وجود دارند که برای رفع نیازهای پزشکی باید بهبود پیدا کنند. مخصوصا این که سیمانهای کلسیم فسفاتی بدون هیچ افزودنی به علت جدایش فاز مایع- جامد قابلیت تزریق پایینی دارند، به علاوه خمیرهای سیمانهای کلسیم فسفاتی به علت چسبندگی ضعیف تمایل دارند به محض ارتباط با خون یا مایعات فیزیولوژی از هم جدا شوند.[2]
یکی دیگر از محدودیتهای سیمانهای کلسیم فسفاتی ویژگیهای مکانیکی ضعیف آنها میباشد، بنابراین برای مکانهای تحت بارگذاری بالا مناسب نیستند. سیمانهای کلسیم فسفاتی ترد بوده و استحکام پیچشی و فشاری مناسبی ندارند.[9] استحکام مکانیکی نهایی سیمانهای کلسیم فسفاتی سفت شده به فاکتورهای درجه تبدیل سیمان، تخلخل سیمان، نوع محصول سفت شده، اندازه کریستال و یا استفاده از ذرات پرکننده بستگی دارد.[10] بنابراین در این تحقیق با ساخت سیمان کلسیم فسفات نانومتری و در واقع با نانومتری کردن فاز پودری -TCP - و - HA، خواص مکانیکی، گیرش و تزریقپذیری آنها بهبود بخشیده میشوند.
-2 مواد و روشها
-1-2 مواد
دی فسفر پنتا اکسید - P2O5 - ، کلسیم نیترات - Ca - NO3 - 2 - ، اکسید سیلیسیم - SiO2 - دی سدیم هیدروژن فسفات - - Na2HPO4 از شرکت مرک آلمان تهیه شد.
-2-2 ساخت پودرهای اولیه برای ساخت سیمان
فاز پودری کلسیم فسفات استفاده شده در این تحقیق شامل 98 درصد وزنی آلفا تری کلسیم فسفات - -TCP - و 2 درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت رسوب کرده - pHA - میباشد، که با استفاده از روش سل- ژل آماده شدند، برای ساخت هیدروکسیآپاتیت، پودرهای دی فسفر پنتا اکسید - P2O5 - و کلسیم نیترات - Ca - NO3 - 2 - به طور جداگانه بهترتیب داخل 35 و 30 میلیلیتر اتانول حل شدند و محلول حاوی فسفر به صورت قطرهای به محلول حاوی کلسیم اضافه شد و پس از 24 ساعت پیرسازی در دمای 80 درجه سانتیگراد خشک شد و در دمای 650 درجه سانتیگراد عملیات حرارتی شد. پودر حاصله هیدروکسی آپاتیت رسوب کرده با نسبت کلسیم به فسفر - Ca/P - ، 1/67 میباشد.
ساخت -TCP مشابه روش قبل انجام شد با این تفاوت که نسبت کلسیم به فسفر باید 1/5 باشد و پودر حاصله هیدروکسی آپاتیت کم کلسیم - CDHA - میباشد. در ادامه، پودر حاصله در 30 میلیلیتر آب مقطر حل شد و 15 دقیقه آلتراسونیک گردید تا محلول همگن گردد، سپس مقدار3 درصد سیلیکا - SiO2 - به دوغاب اضافه شد و 15 دقیقه دیگر آلتراسونیک گردید. دوغاب حاصله به مدت 12 ساعت و با سرعت 250 دور بر دقیقه آسیاب شد و در دمای 110 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت خشک شد و سپس در دمای 1250 درجه سانتیگراد و با نرخ 15 درجه بر دقیقه به مدت 2 ساعت عملیات حرارتی شد، سرد شدن پودر حاصله در کوره انجام شد بخاطر اینکه اضافه کردن سیلیسیم به تری کلسیم فسفات باعث میشود فاز آلفا پایدار بماند و استحاله آلفا به بتا تری کلسیم فسفات رخ ندهد. فاز مایع استفاده شده برای ساخت سیمان 2/5 درصد وزنی به حجمی - - W/V دی سدیم هیدروژن فسفات - Na2HPO4 - در محلول آبی میباشد.
