Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Ali Saidi
محمدحسين فتحي (استاد راهنما) علي سعيدي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Parsa Rezvanian
پارسا رضوانيان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Fabrication and Characterization of Beta Tricalcium Phosphate – Forsterite Nanocomposite Foam
Due to their biodegradation characteristics, similarity in composition with natural bone tissue and high biocompatibility, porous Beta Tricalcium Phosphate (?-TCP) ceramics are widely used in bone tissue replacement. Due to its excellent properties like high fracture toughness, Forsterite is a proper substitute for hydroxyapatite. Because of their improved properties such as grain size and surface energy, Forsterite nano ceramic unlike micron-sized Forsterite, is bioactive and is able to form apatite in simulated body fluid and increase osteoblast adhesion, proliferation and osteointegration, thus guarantee prolonged life for the implant. In this study, beta tricalcium phosphate-forsterite nano composite foams for tissue engineering applications were fabricated. (?-TCP) and forsterite nano powders were fabricated using sol-gel and mechanical activation methods, respectively. With adding 0, 5, 15 and 25 wt% forsterite to (?-TCP), beta tricalcium phosphate-forsterite nano composite foams were fabricated using gel-casting method. X-ray Diffraction (XRD) analysis was used for structural and phase evaluation of foams. Scanning Electron Microscope (SEM) was used to determine pore size and morphology. To determine the grain size of synthesized powders and foams, Transition Electron Microscope (TEM) was used. Compresion Test was used to determine mechanical properties of the foams. In order to evaluate the bioactivity and biodegradation, the foams were soaked in simulated body fluid (SBF) for 28 days. Scanning electron microscope (SEM) was used to evaluate the apatite layer formation in the pores. To determine the dissolution level of Calcium, Phosphorous and Magnesium ions and biodegradability of foams in SBF, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) analysis was used. Results confirmed the successful fabrication of nano composite foams. Prepared foams possess 70 – 80% porosity with the mean pore size of 200-600 µm and grain size of about 60 nanometers. The results showed that by increasing wt% of forsterite in foams the mechanical properties also increased. Compression strength increased from 0.94 MPa for ?-TCP foam to 1.77 MPa for foam containing 25 wt% forsterite. In-Vitro bioactivity tests proved that the foams are bioactive and after soaking in SBF bone-like apatite was formed on the surface of the foams. It was concluded that biodegradation of the foams can be controlled with changing ?-TCP to Forsterite ratio. According to the results, these foams can be a suitable candidate for bone tissue engineering and drug delivery applications. Keywords : Forsterite, Tricalcium Phosphate, Nanostructure, Nanocomposite, Tissue Engineering, Bone Scaffold, Gel Casting, Foam
چکيده بتا تري کلسيم فسفات متخلخل به دليل خواص ويژه اي از جمله تخريب پذيري در محيط بدن،ترکيب شيميايي مشابه با استخوان طبيعي و زيست سازگاري بالا ماده اي مناسب براي جايگزيني استخوان است. همچنين فورستريت به دليل دارا بودن خواص خوبي از جمله چقرمگي شکست خوب، جايگزين مناسبي براي هيدروکسي آپاتيت است. نانوسراميک فورستريت در مقايسه با فورستريت ميکروني به دليل بهبود خواصي مانند اندازه دانه، خيس شوندگي، انرژي سطحي و در نتيجه زيست فعالي مي تواندجذب سلولي را در تقابل باپروتئين ها وسلول هاي استخوان ساز افزايش دهدوطول عمر بيشتري را براي کاشتني تضمين کند. در اين پژوهش فوم بيوسراميک کامپوزيتي نانوساختار بتا تري کلسيم فسفات- فورستريت براي کاربردهاي مهندسي بافت توليد شد. در اين راستا پودر بتا تري کلسيم فسفات به روش سل-ژل و پودر فورستريت به روش فعال سازي مکانيکي توليد شد. در ادامه فوم هاي کامپوزيتي بتا تري کلسيم فسفات– فورستريت با مقادير صفر، 5، 15 و 25 درصد وزني فورستريت و با استفاده از روش قالب ريزي ژل توليد شد. آناليز پراش پرتو ايکس (XRD) براي بررسي فازي و ساختاري فوم ها استفاده شد. از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) براي بررسي مورفولوژي و اندازه تخلخل فوم ها استفاده گرديد. براي تعببن اندازه دانه پودرهاي اوليه و فوم هاي توليد شده از ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) استفاده شد. به منظور تعيين استحکام فوم ها از آزمون فشار استفاده گرديد. براي بررسي زيست فعالي و زيست اضمحلالي فوم ها از غوطه وري در محلول شبيه سازي شده بدن استفاده شد. از ميکروسکوپ الکتروني روبشي براي بررسي تشکيل لايه آپاتيت در تخلخل ها استفاده گرديد. آزمون طيف‌سنجي نشري نوري زوج پلاسماي القايي (ICP-OES) براي بررسي مقدار آزاد شدن يون هاي کلسيم، فسفر و منيزيم و تعيين مقدار زيست اضمحلالي فوم ها در محلول شبيه سازي شده بدن مورد استفاده قرار گرفت. نتايج، توليد موفقيت آميز فوم هاي نانوکامپوزيتي را تاييد کرد. فوم هاي توليد شده داراي 70 تا 80 درصد تخلخل با اندازه متوسط 200 تا 600 ميکرومتر و اندازه دانه حدود 60 نانومتر بودند. نتايج نشان داد با افزايش درصد فورستريت در فوم ها خواص مکانيکي فوم ها افزايش يافت و از 94/0 مگاپاسکال براي فوم خالص بتا تري کلسيم فسفات به حدود 77/1 مگاپاسکال براي فوم حاوي 25 درصد وزني فورستريت رسيد. نتايج آزمون زيست فعالي و زيست اضمحلالي نشان داد فوم هاي توليد شده زيست فعال هستند. در محلول شبيه سازي شده بدن روي سطح فوم ها آپاتيت شبه استخوان تشکيل شد. همچنين مشخص شد با تغيير نسبت بتاتري کلسيم فسفات به فورستريت در فوم ها مي توان نرخ اضمحلال آن ها را در بدن کنترل نمود. با توجه به نتايج به دست آمده اين فوم ها مي توانندکانديد مناسبي براي کاربردهاي مهندسي بافت استخوان و حمل دارو باشند. کلمات کليدي فورستريت، تري کلسيم فسفات، نانوساختار، نانو کامپوزيت، مهندسي بافت، داربست استخوان، قالب ريزي ژل، فوم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی