بخشی از مقاله
چکیده
فورستریت - Mg2SiO4 - یک سرامیک منیزیم سیلیکاتی است که اخیرا برای مهندسی بافت استخوان پیشنهاد شده است. به منظور بهبود زیست سازگاری و زیست فعالی فورستریت راهکارهای گوناگونی پیشنهاد شده است. هدف از تحقیق حاضر، ساخت نانو پودر فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم و ارزیابی تاثیر یون استرانسیوم بر خواص ساختاری و بیولوژیکی نانوپودر فورستریت است. در این پژوهش، فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم با نسبتهای مختلف - Mg2-XSrXSiO4, X= 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 - Mg+Sr/Si=2/1 تهیه شد. پس از خشک کردن ژل آماده شده، تکلیس در دماهای مختلف از 800-1100°C انجام شد.
ساختار و ترکیب نمونههای آماده شده با استفاده از پراش اشعه ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و پراش سنج انرژی اشعه ایکس - EDX - تجزیه و تحلیل شد. ارزیابی زیست سازگاری به وسیله غوطهوری پودر فورستریت در مایع شبیه سازی شده بدن - SBF - انجام شد. نتایج نشان داد که استرانسیوم میتواند با موفقیت در ساختار فورستریت جایگزین شود و استرانسیوم جایگزین شده میتواند سبب افزایش زیست فعالی نانوپودر فورستریت شود.
-1مقدمه
فورستریت نانومتری با ترکیب شیمیایی Mg2SiO4 اخیرا به عنوان یک سرامیک زیستفعال برای مهندسی بافت استخوان به دلیل زیستسازگاری، هدایت استخوانسازی و خواص مکانیکی بالاتر آن نسبت به سرامیک-های زیستفعال دیگر مانند هیدروکسیآپاتیت - HA - و شیشه زیستفعال معرفی شده است1]، .[2 فورستریت متشکل از یون های Si و Mg میباشد که نقش مهمی در بدن انسان دارند. در حالیکه سیلیسیم یک عنصر ضروری در استخوانسازی و توسعه اسکلت بدن است و منیزیم به طور مستقیم با بافت کلسینه شده در ارتباط است و اثرات مهمی را برمتابولیسم طبیعی بدن میگذارد3]، 2، 4، .[5 این خواص آن را برای کاربردهای ارتوپدی، جراحیهای مربوط به فک و صورت و دندانپزشکی مناسب کرده است6] و .[7 با این حال، از نظر مکانیکی برای کاربردهای تحت بار قوی نیست و همچنین زیستفعالی و نرخ تخریب آن بسیار کم است1]، 2، 8، .[9 اصلاح شیمیایی با استفاده از تعویض یونی، یک استراتژی به منظور بهبود عملکرد بیولوژیکی مواد جایگزین استخوان است.
[11 نتایج نشان داده است که در مورد HA ، تعویض یونی خواص مکانیکی و زیستفعالی آن را برای عملکرد طبیعی داخل بدن افزایش داده است.[12] استرانسیوم یکی از عناصر فلزی است که در دندان و فاز معدنی استخوان و به خصوص در مناطق با تغییر و دگرگونی زیاد یافت شده است و یکی از موثرترین مواد برای درمان پوکی استخوان و دیگر مشکلات مربوط به استخوان به نظر میرسد. استرانسیوم به طور مشابه با کلسیم در بدن انسان عمل میکند و باعث استخوانسازی میشود.
بر خلاف بسیاری از داروهای مورد استفاده در درمان پوکی استخوان، استرانسیوم یک تاثیر دوگانه را بر بازسازی استخوان نشان میدهد، که قادر به افزایش فعالیت سلولهای استخوانساز و در نتیجه افزایش تشکیل استخوان جدید است و در عین حال مانع از فعالیت سلولهای استخوانخوار میشود و در نتیجه از جذب استخوان جلوگیری میکند.[13] در دهه های اخیر، استرانسیوم به دلیل داشتن اثرات مفید بر روی سلولهای استخوان و تشکیل استخوان در محیط بدن، برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان شناخته شده است.
تحقیقات متعددی به منظور بهبود خواص بیولوژیکی سرامیکهای زیستفعالی نظیر سرامیکهای کلسیم فسفات14]، [15، شیشه زیستفعال16]، [17، سیلیکات کلسیم18]، [19 و سیمان استخوان20]، 21، [22 انجام شده است. هدف از این مطالعه افزودن یون استرانسیوم به نانوپودر فورستریت و بررسی اثرات جایگزینی آن در خواص ساختاری، شیمیایی و بیولوژیکی نانو پودر فورستریت بود. فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم با نسبتهای مختلف - Mg2-XSrXSiO4 , X= 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 - Mg+Sr/Si=2/1 سنتز شد. انتظار می رود که حضور سه یون ضروری در فورستریت - - Mg, Si, Sr باعث بهبود زیست فعالی، تجزیه بیولوژیکی آن در مقایسه با نانو پودر فورستریت و دیگر سرامیکهای زیست فعال مانند HA شود.
-2مواد و روش تحقیق
-1-2آماده سازی نانو پودر فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم
نانوپودر فورستریت- استرانسیوم با صفر ، 5، 10، 20 و 40 درصد مولی جایگزینی یون استرانسیم در ساختار به روش سل ژل تولید شد که به طور کامل در جدول 1 نشان داده شده است. به طور خلاصه، ابتدا محلول نیترات منیزیم آبدار - Mg - No3 - 2.6H2O - - Merk 99% - و نیترات استرانسیوم - Sr - No3 - 2 - - Merk 99% - در 50 میلیلیتر آب مقطر تهیه شد. پس از انحلال محلول فوق بر روی همزن مغناطیسی، اکسید سیلیسیم کلوئیدی - SiO2 - - Sigma 34% - به آن اضافه شد و همگنسازی بر روی همزن مغناطیسی انجام شد. سپس 83 درصد وزنی ساکاروز - % - C 12H22O11 - - Merk 99 مورد نیاز در 100 میلیلیتر آب مقطر حل شد و به محلول فوق اضافه شد. بعد از2 ساعت همگنسازی بر روی همزن مغناطیسی و تحت شرایط دمای محیط، 1/3 درصد وزنی محلول پلی ونیل الکل - PVA - - Merk 98% - در20 میلیلیتر آب مقطر تهیه و به محلول فوق اضافه شد.
به دنبال آن pH محلول با pH متر اندازهگیری شد و با استفاده از اسید نیتریک یک مولار - HNo3 - - Merk 98% - در حدود 1 تنظیم شد. به منظور توزیع یکنواخت مواد اولیه و تسریع فرآیند هیدرولیز، محلول فوق به مدت 2 ساعت در دمای 80 درجه سانتیگراد توسط همزن مغناطیسی مخلوط شد. در ادامه به منظور کامل شدن فرآیندهای هیدرولیز عملیات پیرسازی تحت شرایط دمای محیط به مدت 24 ساعت انجام شد. سپس ژل حاصل در دمای 100 درجه سانتیگراد به مدت زمان لازم تحت عملیات خشک کردن برروی گرم کن قرار داده شد. در نهایت پودر حاصل از ژل خشک شده در دماهای 800-1100 درجه سانتیگراد و به مدت 2 ساعت کلسینه شد تا محصول نهایی حاصل شود.
-2-2ارزیابی و مشخصهیابی پودر فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم
-1-2-2آزمون پراش پرتو ایکس - XRD -
ترکیب شیمیایی، پارامتر شبکه و همچنین اندازه دانه پودرهای سنتز شده - فورستریت و فورستریت حاوی استرانسیوم با غلظتهای متفاوت - با استفاده از پراش اشعه - XRD, Philips X'pert - X با پرتو N فلز هدف مس با طول موج 1/5406 آنگستروم، ولتاژ 40 کیلو ولت، آمپر 40 میلیآمپر تعیین شد، که طول گام0/05 درجه بر ثانیه انتخاب شده بود. زوایای تحت بررسی - - 2 بین 20 تا 80 درجه بود. اندازه بلورک پودرهای نانوساختار به کمک معادله اصلاح شده شرر توسط منشی و همکاران اندازهگیری شد.
