Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Shadpour Mallakpour
محمدحسين فتحي (استاد راهنما) شادپور ملک پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zeinab Fereshteh
زينب فرشته

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Preparation and optimization of magnesium flouradated hydroxyapatite nanoparticles and poly (?-caprolactone) nanocomposite scaffold- nanoparticles for bone tissue engineering
The aim of this study was to prepare and characterize the poly (?-caprolactone)/Mg-doped fluorapatite nanoparticles (PCL/nMg-FA) nanocomposite electrospun scaffolds. The first step Of this work, The nanostructured fluorapatite (FA; Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2-x F x ) was synthesized with the starting materials of CaCO 3 , P 2 O 5 and CaF 2 via a mechanochemical process. The effects of milling time and fluorine ion concentration were investigated. The products characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis. The FA nanoparticles with an average diameter of about 15-30 nm were successfully prepared after 10 h milling time. The results show incorporation of F ions into the apatite resulted in the decrease of the lattice parameters (about 1.15 %). The effect of solvent type on distribution of nanoparticles and mechanical properties of the scaffolds was also investigated in order to obtain an optimized composition. The optimized conditions were obtained by changing the electrospinning parameters such as: Polymer concentration, applied voltage and nozzle to collector distance. Electrospun nanofibers prepared by ethanol/chloroform system are more uniform (0.692±0.0783) µm) and several times smaller than those obtained by other systems. Addition of Mg-FA nanoparticles decreased the average fiber diameters from 0.490±0.073 µm (pure PCL scaffold) to 0.322±0.199 µm (PCL-20 wt. % nMg-FA scaffold). Optimized nanofibrous scaffold was obtained by 5 wt. % nMg-FA while its tensile strength and elastic modules were significantly enhanced compered to PCL scaffolds. The scaffolds were characterized with regard to structural and mechanical properties, degradation, bioactivity and cellular interactive responses. However, due to the high surface energy of such , they cannot be well dispersed in a biopolymer matrix to prepare a polymer/ceramic composite, which is usually demanded for tissue engineering applications. To overcome this shortcoming, the surface of nMg-FA was modified using a few well-known natural amino acids as the cost-effective and environment-friendly biomaterials in the present research. The L-leucine, L-isoleucine, L-alanine and L-phenylalanine amino acids were employed as the coupling agents and the surface modification of nMg-FA was carried out by means of sonication technique. The results confirmed that using amino acid molecules leads to the uniform dispersion of nMg-FA in the organic environment by making the surface of hydrophobic, although the length and chemical reactivity of amino acid molecules affect the efficiency of dispersion. The uniform distribution of nMg-FA is a desired condition for polymer/ceramic composite preparation which is highly applicable for biomedical purposes. At that point, Mg-doped fluorapatite nanoparticles was surface modified using amino acids as modifier and PCL surface modified Mg-doped fluorapatite nanoparticles scaffolds were developed. This scaffold was also characterized with regard to structural and mechanical properties, degradation, bioactivity and cellular interactive responses. Keywords : Mechanochemical process, Electrospining, Mg-doped fluorapatite nanoparticles, Nanocomposite, Surface modification.
چکيده هدف از پژوهش حاضر طراحي، توسعه نانوفناوري در ساخت، بهينه‌سازي و مشخصه‌يابي نانوذرات منيزيم فلوئورآپاتيت و نيز داربست‌هاي نانوکامپوزيتي پليمر - نانوذرات بهينه شده منيزيم فلوئورآپاتيت با انگيزه ترميم و بازسازي دوباره استخوان براي کاربردهاي خاص بود. در ابتدا نانوذرات فلوئور هيدروکسي آپاتيت با روش فعال سازي مکانيکي ساخته شد. سپس جايگزيني يون منيزيم به جاي يون کلسيم در شبکه بلوري نانوذرات فلوئور هيدروکسي آپاتيت به انجام شد. تاثير مقدار يون جايگزين شده در شبکه بلوري نانوذرات فلوئور هيدروکسي آپاتيت بررسي شد. به منظور بررسي تاثير روش ساخت بر روي خواص نانوذرات منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت، نانوذرات مذکور با روش سل-ژل نيز ساخته شد و خواص زيست‌فعالي نانوذرات ساخته شده به دو روش سل-ژل و فعال‌سازي مکانيکي مورد ارزيابي قرار گرفت. به منظور افزايش ظرفيت محلول پليمري جهت بارگذاري نانوذرات، سطح نانوذرات با استفاده از آمينواسيدهاي ايزولوسين، لوسين، آلانين و فنيل آلانين اصلاح شد. سپس داربست نانوکامپوزيتي پلي‌کاپرولاکتون – منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت به روش الکتروريسي ساخته شد. پارامترهاي مختلف فرايند الکتروريسي توسط مدل تاگوچي مورد بررسي قرار گرفت. به منظور کاهش قطر الياف، از سيستم دوحلالي بهره گرفته شد و در نهايت محلول با حلال کلروفرم:اتانول با نسبت (20:80) و غلظت پليمر 12 درصد وزني براي ساخت داربست نانوکامپوزيتي با غلظت‌هاي مختلف نانوذرات (1، 5، 10، 15 و 20 درصد وزني) مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا با افزايش ميزان نانوذرات بيوسراميکي (5%)، استحکام کششي نيز افزايش مي‌يابد. با افزايش بيشتر نانوذرات درون کامپوزيت، خواص مکانيکي کاهش مي يابد. خواص زيست‌فعالي و زيست اضحلالي ارزيابي شد و آزمون کشت سلول براي سنجش چسبندگي سلولي داربست‌هاي نانوکامپوزيتي ساخته شده به اجرا در آمد. همچنين نانوذرات ساخته شده به روش سل – ژل از سرعت تخريب کم‌تري برخوردار بوده و سرعت تشکيل آپاتيت بالايي نيز دارند که مي‌تواند به دليل دارا بودن خواص زيست‌فعالي بيشتر نانوذرات ساخته شده با روش سل-ژل باشد. نتايج حاصل از مدل تاگوچي نشان داد که ميزان تاثير گذاري غلظت پليمر و نوع حلال از ديگر پارامترهاي مورد بررسي بيشتر است. همچنين پارامترهاي ولتاژ اعمالي، فاصله نازل تا جمع کننده و غلظت سراميک در رتبه‌هاي بعدي قرار دارد. داربست‌هاي نانوکامپوزيتي ساخته شده با نانوذرات منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت اصلاح شده خواص آب‌دوستي بهتري را نسبت به داربست‌هاي نانوکامپوزيتي ساخته شده با نانوذرات اصلاح نشده دارد. توزيع نانوذرات منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت اصلاح شده در داربست کامپوزيتي بسيار يکنواخت و مطلوب بود. افزايش نانوذرات منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت اصلاح شده سبب افزايش قابل توجه خواص زيست‌فعالي و چسبندگي سلولي داربست نانوکامپوزيتي شد. خواص زيست‌اضمحلالي داربست‌هاي نانوکامپوزيتي ساخته شده با نانوذرات منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت اصلاح شده در مقايسه با ساير نمونه‌ها کاهش سرعت تخريب داربست‌هاي نانوکامپوزيتي را اثبات نمود. داربست هاي نانوکامپوزيتي ساخته شده با خواص بهبود يافته و بهينه، کانديداي مناسبي براي بازخلق بافت استخوان است. کلمات کليدي: فرايند فعال‌سازي مکانيکي، الکتروريسي، نانوذرات منيزيم فلوئور هيدروکسي آپاتيت، نانوکامپوزيت، اصلاح‌سازي سطح.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی