Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Ali Saidi
محمدحسین فتحی (استاد راهنما) علی سعیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Parsa Rezvanian
پارسا رضوانیان

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
بتا تری کلسیم فسفات متخلخل به دلیل خواص ویژه ای از جمله تخریب پذیری در محیط بدن،ترکیب شیمیایی مشابه با استخوان طبیعی و زیست سازگاری بالا ماده ای مناسب برای جایگزینی استخوان است. همچنین فورستریت به دلیل دارا بودن خواص خوبی از جمله چقرمگی شکست خوب، جایگزین مناسبی برای هیدروکسی آپاتیت است. نانوسرامیک فورستریت در مقایسه با فورستریت میکرونی به دلیل بهبود خواصی مانند اندازه دانه، خیس شوندگی، انرژی سطحی و در نتیجه زیست فعالی می تواندجذب سلولی را در تقابل باپروتئین ها وسلول های استخوان ساز افزایش دهدوطول عمر بیشتری را برای کاشتنی تضمین کند. در این پژوهش فوم بیوسرامیک کامپوزیتی نانوساختار بتا تری کلسیم فسفات- فورستریت برای کاربردهای مهندسی بافت تولید شد. در این راستا پودر بتا تری کلسیم فسفات به روش سل-ژل و پودر فورستریت به روش فعال سازی مکانیکی تولید شد. در ادامه فوم های کامپوزیتی بتا تری کلسیم فسفات– فورستریت با مقادیر صفر، 5، 15 و 25 درصد وزنی فورستریت و با استفاده از روش قالب ریزی ژل تولید شد. آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) برای بررسی فازی و ساختاری فوم ها استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی مورفولوژی و اندازه تخلخل فوم ها استفاده گردید. برای تعببن اندازه دانه پودرهای اولیه و فوم های تولید شده از میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) استفاده شد. به منظور تعیین استحکام فوم ها از آزمون فشار استفاده گردید. برای بررسی زیست فعالی و زیست اضمحلالی فوم ها از غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی تشکیل لایه آپاتیت در تخلخل ها استفاده گردید. آزمون طیف‌سنجی نشری نوری زوج پلاسمای القایی (ICP-OES) برای بررسی مقدار آزاد شدن یون های کلسیم، فسفر و منیزیم و تعیین مقدار زیست اضمحلالی فوم ها در محلول شبیه سازی شده بدن مورد استفاده قرار گرفت. نتایج، تولید موفقیت آمیز فوم های نانوکامپوزیتی را تایید کرد. فوم های تولید شده دارای 70 تا 80 درصد تخلخل با اندازه متوسط 200 تا 600 میکرومتر و اندازه دانه حدود 60 نانومتر بودند. نتایج نشان داد با افزایش درصد فورستریت در فوم ها خواص مکانیکی فوم ها افزایش یافت و از 94/0 مگاپاسکال برای فوم خالص بتا تری کلسیم فسفات به حدود 77/1 مگاپاسکال برای فوم حاوی 25 درصد وزنی فورستریت رسید. نتایج آزمون زیست فعالی و زیست اضمحلالی نشان داد فوم های تولید شده زیست فعال هستند. در محلول شبیه سازی شده بدن روی سطح فوم ها آپاتیت شبه استخوان تشکیل شد. همچنین مشخص شد با تغییر نسبت بتاتری کلسیم فسفات به فورستریت در فوم ها می توان نرخ اضمحلال آن ها را در بدن کنترل نمود. با توجه به نتایج به دست آمده این فوم ها می توانندکاندید مناسبی برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان و حمل دارو باشند. کلمات کلیدی فورستریت، تری کلسیم فسفات، نانوساختار، نانو کامپوزیت، مهندسی بافت، داربست استخوان، قالب ریزی ژل، فوم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی