Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Ahmad Monshi
محمدحسين فتحي (استاد مشاور) احمد منشي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Doostmohammadi
علي دوست محمدي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Preparation and Physico-Chemical Characterization of Bioactive Glass Nanoparticles and Bone-derived Hydroxyapatite Particles as well as Their Biological Evaluation by Isothermal Microcalorimetry
: Due to high biocompatibility and bioactivity, bioceramics are the most proper materials for the replacement or regeneration of human body soft and hard tissues. In recent years, thanks to high bioactivity and ability of osteogenesis as well as its activation of genes in osteoprogenitor cells, bioactive glass has been taken into great consideration. Likewise, hydroxyapatite, the mineral phase of bone, has been utilized in both synthetic and natural types. This study aimed at preparing and comparing the physico-chemical and biological properties of bioactive glass and bone-derived hydroxyapatite (HA) particles. 63S bioactive glass particles were obtained by sol-gel process and HA samples were derived from bovine bone. The chemical composition and the crystalline structure of both bioceramics were evaluated. Then the zeta potential in physiological saline and at different pH values was determined. In addition, in vitro cytotoxicity evaluation of bioglass nanoparticles, HA particles and bioglass-HA mixture (in similar weight percent) with human chondrocyte cells was carried out using isothermal micro-nano calorimetry (IMNC), which is a new method for studying cell/biomaterial interactions. For all three groups (bioglass, HA and bioglass-HA mixture) in vivo tests were carried out as well. It was found that the negativity of zeta potential for 63S bioglass is higher than that of bone-derived HA. The IMNC results confirmed the viability, growth and proliferation of human chondrocyte cells in contact with 63S bioactive glass and bone-derived HA particles. No positive effect for bioglass-HA mixture was observed. The results of in vivo tests showed that bioglass and HA were biocompatible and bioactive and can improve bone healing after 42 days implantation in rabbit tibia. In addition, an evident positive effect was observed for bioglass-HA mixture. The results confirmed that isothermal micro-nano calorimetry is a convenient method which caters to measuring the cell-biomaterial interactions alongside the current methods. It was also concluded that bioglass-HA mixture is more bioactive than bioglass and HA and therefore, can be replaced for bioglass and HA in all their applications. Keywords : Bioactive glass, Bone-derived hydroxyapatite, Physico-chemical properties, microcalorimetry
چکيده : بيوسراميک ها به دليل زيست سازگاري و غالباً زيست فعالي مطلوب، مناسب ترين مواد براي جايگزيني يا ترميم بافت سخت و حتي بافت نرم بدن انسان به شمار مي روند. در سال هاي اخير، شيش? زيست فعال (بيوگلاس) به دليل خواص زيستي و زيست فعالي بالا و توانايي القاي توليد و تشکيل استخوان و قابليت فعال سازي ژن هاي محرک سلول هاي استخواني، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. هيدروکسي آپاتيت نيز که فاز معدني استخوان به شمار مي رود، در انواع طبيعي و مصنوعي آن کاربردي رو به گسترش دارد. در اين پژوهش به ساخت و مشخصه يابي فيزيکي- شيميايي بيوگلاس 63S و هيدروکسي آپاتيت طبيعي (مشتق از استخوان گاو) و بررسي و مقايسه خواص و عملکرد زيستي اين بيوسراميک ها پرداخته شد. نانو ذرات بيوگلاس به روش سل- ژل تهيه شد و هيدروکسي آپاتيت از استخوان گاوي استحصال گرديد. آناليز فازي (XRD) و آناليز عنصري (XRF و EDXRF) هر دو بيوسراميک انجام گرفت. سطح مخصوص و اندازه ذرات نيز محاسبه شد. پتانسيل زتاي ذرات هر دو بيوسراميک به کمک الکتروفورز دوپلر (LDE) تعيين و مقايسه شد. ميزان گرماي ناشي از هيدراسيون ذرات بيوسراميک در رطوبت هاي نسبي مختلف اندازه گيري شد. توانايي تشکيل آپاتيت بر روي ترکيبات مختلفي از مخلوط بيوگلاس- هيدروکسي آپاتيت در محلول شبيه سازي شده بدن (SBF) بررسي شد و تأثير عمليات حرارتي تف جوشي بر روي اين توانايي ارزيابي گرديد. طي پژوهش حاضر، روش ميکرو/نانو گرماسنجي همدما به منظور ارزيابي سازگاري سلولي بيومواد معرفي شد و ارزيابي سازگاري زيستي و سميت ذرات در تماس با سلول هاي غضروفي انساني به کمک اين روش انجام گرفت. اين روش نسبت به روش هاي مرسوم انجام آزمون هاي برون تني ( In vitro ) از سادگي و سهولت در انجام آزمون برخوردار است و نتايج آن به شرايط، شيو? اجرا و مهارت انساني وابستگي ندارد. در نهايت، آزمون هاي درون تني ( In vivo ) طراحي و انجام شد و تأثير ذرات بيوگلاس، هيدروکسي آپاتيت و مخلوط هر دو بر روي رشد بافت سخت استخوان بررسي گرديد. آزمون هاي مشخصه يابي، حصول ذرات بيوگلاس 63S و هيدروکسي آپاتيت طبيعي را تأييد کرد. پتانسيل زتاي ذرات بيوگلاس مقادير منفي تري نسبت به هيدروکسي آپاتيت داشت و گرماي ناشي از هيدراسيون بيوگلاس در رطوبت هاي نسبي مختلف تقريباً 10 برابر هيدروکسي آپاتيت بود. مخلوط تف جوشي نشده بيوگلاس و هيدروکسي آپاتيت زيست فعالي بيشتري در محلول شبيه سازي شده بدن نسبت به مخلوط تف جوشي شده از خود نشان داد. آزمون هاي ميکرو گرما سنجي زيست سازگاري و عدم سميت ذرات بيوگلاس و هيدروکسي آپاتيت را در تماس با سلول هاي غضروفي انساني تأييد کرد و آزمون قارچ به عنوان يک آزمون مقدماتي و ارزان قيمت پيشنهاد شد. نتايج آزمون هاي درون تني توانايي قابل ملاحظه نانو ذرات بيوگلاس و ذرات هيدروکسي آپاتيت را در ترميم بافت سخت استخوان نشان داد. آزمون هاي درون تني همچنين نشان داد که زيست فعالي مخلوط پودري بيوگلاس- هيدروکسي آپاتيت بيشتر از زيست فعالي هر دو بيوسراميک به تنهايي است. اين نتيجه جالب و بسيار مهم، در آزمون هاي سلولي برون تني مشاهده نشد. کلمات کليدي: نانوذرات بيوگلاس؛ هيدروکسي آپاتيت طبيعي؛ مشخصه يابي فيزيکي-شيميايي؛ ميکروگرماسنجي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی