Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Sheyda Labbaf
رحمت اله عمادي (استاد راهنما) شيدا لباف (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sorour Sadeghzade
سرور صادق زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Fabrication and characterization of silicate based nano-bioceramic composite scaffold with polymer coating for tissue engineering application
One of the significant challenges in bone tissue engineering is the fabrication of highly porous scaffolds and interconnected pores and appropriate mechanical properties. Commonly available synthetic scaffolds made of ceramic or polymer but a better combination of properties can be achived with a composite or multi-component structure. The aim of this study is to produce three-dimensional (hardystonite-Diopside) and (Baghdadite-Diopside) porous scaffolds using space holder technique in order to use in bone tissue engineering. Therefore, Hardystonite, Baghdadite and Diopside nanopowders were synthesized via sol-gel combustion, mechanical activation, sol-gel and the combination of sol-gel and mechanical activation, respectively, and then with various ratios (5, 10 and 15 wt. % diopside) were mixed. Then, after addition of sodium chloride as spacer with appropriate weight percentage, they mixture was compacted under the uniaxial compression. In order to remove sodium chloride and develop porous structure, samples were sintered. After determination of the optimal scaffolds in terms of mechanical properties, the scaffolds were coated with 6 wt. % poly caprolacton fumurat soulution and their mechanical, physical and biological proprtise was evaluated. The produced powders and scaffolds were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and atomic absoption spectrometer (AAS). Furthermore, axial compression test was applied to study the mechanical properties of scaffolds. Bioactivity of different scaffolds was investigated by soaking them in SBF for various periods. The viability, proliferation of cells and non-cytotoxicity of scaffolds were determined by the MTT tests. The results showed that the addition of 15wt. % Diopside nano powder altered the properties of the composite scaffold (hardystonite and baghdadite) such that compressive strength of hardystonite and baghdadite composite scaffolds increased to 1.655 and 1.09 compared to pure hardystonite and baghdadite with 0.35 and 0.519, respectivelly. Applied the polymer coating with crosslineked structure on optimal scaffolds caused to improve the compressive strength of hardystonite and baghdadite in presence of 15wt. % diopside to 51 and 33%, respectivelly. Based on the results of Archimedes’ principle and SEM microghraphs, addition of 15wt. % diopside not led to the noticeable chage in porosity %, but the improvement in pores morphology was obsereved. SEM microghraphs of scaffolds after soaking in SBF depicted the tiny agglomerated bone-like apatite particles. Also, biocompatibility evaluations by MTT method showed that scaffolds could stimulate cell proliferation of Human bone marrow stem cells and they did not have any cytotoxicity, as compared to control sample. Considering the results obtained, it seems that, manufactured scaffolds could be a good candidate for bone tissue engineering. Keywords : Scaffold, Diopside, Hardystonite, Baghdadite, Mechanical properties,Biocompatibility.
چکيده يکي از مهمترين چالش ها در مهندسي بافت ساخت داربست ها با ميزان تخلخل بالا و به هم مرتبط با خواص مکانيکي مناسب است. داربست هاي مصنوعي رايج معمولا از سراميک و يا پليمر تهيه مي شوند اما ترکيب بهتري از خواص با يک کامپوزيت حاصل مي گردد که مزاياي هر دو ماده پليمري و سراميکي را دارا مي باشد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت داربست هاي سه بعدي (هارديستونيت-ديوپسايد) و (بغداديت-ديوپسايد) با استفاده از روش پرس با فضاساز جهت کاربرد در مهندسي بافت استخوان است. به اين منظور، نانوپودرهاي هارديستونيت، بغداديت و ديوپسايد به ترتيب با استفاده از روش هاي سل-ژل احتراقي، فعال سازي مکانيکي، سل-ژل و ترکيبي از سل-ژل و فعال سازي مکانيکي ساخته شده و با نسبت هاي مختلف (5، 10 و 15 درصد وزني ديوپسايد) با هم مخلوط شدند. پس از افزودن کلريد سديم (عامل نگه دارنده) با درصد وزني مناسب، مخلوط تحت فشار تک محوره پرس شد. به منظور خروج نمک و ايجاد تخلخل مورد نظر، نمونه هاي بدست آمده تحت عمليات تف جوشي قرار گرفتند. پس از تعيين نمونه بهينه از نظر خواص مکانيکي، داربست ها با محلول 6% وزني پليمر پلي کاپرولاکتون فومارات پوشش داده شد و خواص مکانيکي، فيزيکي و بيولوژيکي آن نيز بررسي شد. پودرها و داربست هاي ساخته شده به وسيله آزمون هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، طيف سنجي فرو سرخ با تيديل فوريه (FTIR) و طيف سنجي جذب اتمي (AAS) مورد بررسي قرار گرفتند.علاوه بر اين، خواص مکانيکي داربست هاي سه بعدي ساخته شده با استفاده از آزمون فشار تک محوره ارزيابي شد. آزمون غوطه وري در محلول شبيه سازي شده بدن(SBF) به منظور بررسي زيست فعالي نمونه ها انجام گرفت. زنده ماني سلولي، تکثير و چسبندگي سلول ها و عدم سميت داربست ها با آزمون MTT تشخيص داده شد. نتايج نشان داد که افزودن 15 درصد وزني نانو پودر ديوپسايد خواص داربست کامپوزيتي را تغيير داد از جمله استحکام فشاري براي داربست هارديستونيت و بغداديت کامپوزيتي در مقايسه با داربست خالص هارديستونيت و بغداديت از 35/0 به 655/1 و از 519/0 به 09/1 مگاپاسکال افزايش يافت. اعمال پوشش پليمري بر روي داربست ها و ايجاد اتصالات عرضي در آن منجر به بهبود استحکام فشاري داربست هاي هارديستونيت و بغداديت در حضور 15% ديوپسايد به ترتيب به ميزان 51% و 33% شد. با توجه به نتايج حاصل از روش ارشميدس و تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي افزودن 15% ديوپسايد منجر به تغيير محسوسي در ميزان تخلخل نشده اما بهبود مورفولوژي تخلخل ها ديده شد. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي داربست ها بعد از قرارگيري در محلول شبيه سازي شده بدن حاکي از تشکيل لايه آپاتيت شبه استخواني روي سطوح بود. ارزيابي‌هاي زيست‌سازگاري توسط آزمون MTT نشان داد که داربست هاي کامپوزيتي در تماس با سلول‌هاي بنيادي مغز استخوان هيچ گونه سميتي از خود نشان نداده و رشد و تکثير سلول‌ها را افزايش مي‌دهند. براساس اين نتايج، به نظر مي رسد داربست هاي توليدي مي توانند گزينه مناسبي براي کاربردهاي مهندسي بافت استخوان باشند. کلمات کليدي : داربست، ديوپسايد، هارديستونيت، بغداديت، خواص مکانيکي، زيست سازگاري.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی