Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian
مهدي احمديان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nassim Ghanbari
نسيم قنبري

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Fabrication and characterization of magnesium-doped wollastonite/forsterite biocomposite scaffold
Bioceramics due to their unique features and compatibility with physiological environment of the body are very important and have One of tissue engineering.One of tissue engineering approaches is the use of high-porosity engineering materials called sacaffolds.The challenge facing the engineers is the complexity of the properties required for the ideal scaffolding.Calcium silicate bioceramics are a group of bioceramics that are biologically active and bind to bone and soft tissue, including biceramics called wollastonite, which have high bioactivity and biocompatibility, but due to the high biodegradability and low strength alone are not used in the body. Research has shown that by doping elements such as zinc, sodium, copper, zirconium and magnesium in wollastonite, it can be somewhat suitable for mechanical properties and control the degradation rate.Research also has shown that magnesium is beneficial to the body due to its key role in bone nutrition and mineral metabolism, and is useful for the elimination of wollastonite defects.Another group of bioceramics is magnesium silicate bioceramics that have good mechanical properties and are biocompatible.One of these bioceramics is forsterite, which is bio-compatible with the body, has higher mechanical properties than wollastonite, and is nano-scale bioactive.Therefore, it is expected that the magnesium / forsterite doped wollastonite composite scaffold would be more suitable for mechanical and biological properties.In this study, forsterite, wollastonite and doped wollastonite doped with 6.8 and 10% M magnesium by sol-gel method and composite wollastonite / forsterite and magnesium doped wollastonite / forsterite with polymer sponges methods to fill the bone defects were synthesized.For this purpose, wollastonite -magnesium synthesized powder with different ratios of 10, 15 and 20 wt% forsterite was prepared as slurry.After adding polyvinyl alcohol, the sponges were applied to the slurry and then sintering at 1250 ° C for 3 hours.The specimens were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) morphology and their inter-phase combinations were investigated and analyzed by an elemental analysis of the X-ray energy (EDX) of their chemical composition it placed. The bioactivity of the samples was evaluated by placing in the simulated body fluid (SBF) and by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR).The cell adhesion test was also performed to evaluate the biocompatibility of the scaffolds.The degradability rate of the samples was investigated by Tris buffer and it was determined that with increasing magnesium content, the weight loss rate was lower.The compressive strength results also showed that the strength increased significantly with increasing magnesium and forsterite percentage.Also, the results of bioactivity tests confirmed the formation of Apatite layer on the surface of the samples.The results of cell adhesion test also showed biocompatibility and the ability to form cell on the surface of the scaffolds.Ultimately, the doped wollastonite composite scaffold with 10% M magnesium / forsterite exhibited more suitable mechanical and biological properties for in-body applications than wollastonite. This composite scaffold can be a good option for bone tissue engineering applications.
بيوسراميک ها به دليل خصوصيات بيولوژيکي منحصر به فرد و همخواني نزديکي که با محيط فيزيولوژيکي بدن دارند از اهميت ويژه اي برخوردار شده اند و در مهندسي بافت کاربرد بسياري دارند. يکي از روش هاي مهندسي بافت شامل استفاده از مواد مهندسي با ميزان تخلخل بالا مي باشد که داربست ناميده مي شوند. چالشي که در برابر مهندسين بافت وجود دارد مربوط به ترکيب پيچيده خواص مورد نياز براي داربست هاي ايده آل مي باشد. بيوسراميک هاي کلسيم سيليکاتي گروهي از بيوسراميک ها هستند که زيست فعال بوده و با استخوان و بافت نرم پيوند برقرار مي کنند، از جمله اين بيوسراميک ها ولاستونيت نام دارد که زيست فعالي و زيست سازگاري بالايي دارد اما به دليل سرعت زيست تخريب پذيري بالا و استحکام پايين به تنهايي درون بدن کاربرد ندارد. تحقيقات نشان داده است که با دوپ کردن عناصري مانند روي، سديم، مس، زيرکونيوم و منيزيم در ولاستونيت مي توان تا حدودي به خواص مکانيکي مناسب رسيد و نرخ تخريب را کنترل کرد. تحقيقات نشان داده است که منيزيم با توجه به نقش کليدي که در مغذي کردن استخوان و سوخت و ساز مواد معدني دارد براي بدن و براي رفع نواقص ولاستونيت مفيد واقع شده است. گروه ديگري از بيوسراميک ها، بيوسراميک هاي منيزيم سيليکاتي هستند که خواص مکانيکي مناسبي داشته و زيست سازگارند. از جمله اين بيوسراميک ها فورستريت نام داردکه با بدن زيست سازگار بوده، خواص مکانيکي بالاتري نسبت به ولاستونيت داشته و در مقياس نانو زيست فعال است. بنابراين انتظار مي رود داربست کامپوزيتي ولاستونيت دوپ شده با منيزيم/ فورستريت خواص مکانيکي و بيولوژيکي مناسب تري داشته باشد. در اين پزوهش بيوسراميک هاي فورستريت، ولاستونيت و ولاستونيت دوپ شده با 6،8 و 10 درصد مولار منيزيم به روش سل-ژل و داربست هاي کامپوزيتي ولاستونيت/فورستريت و ولاستونيت دوپ شده با منيزيم/ فورستريت با روش اسفنج پليمري براي پر کردن عيوب استخواني سنتز شدند. براي اين منظور پودر سنتز شده ي ولاستونيت-منيزيم با نسبت هاي مختلف 10، 15 و 20 درصد وزني فورستريت به صورت دوغاب آماده شدند. پس از افزودن پلي ونيل الکل، اسفنج ها به دوغاب آغشته گشته و سپس به منظور تف جوشي در دماي 1250 درجه سانتي گراد به مدت 3 ساعت قرار گرفتند. نمونه ها با پراش پرتو ايکس (XRD) مشخصه يابي شدند، با ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مورفولوژي و ترکيبات بين فازي آن ها بررسي شد و با آناليز عنصري با تفکيک انرژي پرتو ايکس (EDX) ترکيب شيميايي آن ها مورد بررسي قرار گرفت. زيست فعالي نمونه ها با قرار دادن در محلول شبيه سازي بدن (SBF) و با طيف سنجي مادون قرمز (FTIR) بررسي شد. آزمون چسبندگي سلولي نيز به منظور بررسي زيست سازگاري داربست ها انجام گرفت. نرخ تخريب پذيري نمونه ها با تريس بافر بررسي و مشخص شد که با افزايش درصد منيزيم، نرخ کاهش وزن کمتر شده است. نتايج استحکام فشاري نيز نشان داد که با افزايش درصد منيزيم و فورستريت استحکام به طور قابل ملاحظه اي افزايش يافته است. همچنين نتايج آزمون هاي زيست فعالي، تشکيل لايه آپاتيت روي سطح نمونه ها را تاييد کرد. نتايج آزمون چسبندگي سلولي نيز زيست سازگاري و توانايي تشکيل سلول روي سطح داربست ها را نشان داد. در نهايت داربست کامپوزيتي ولاستونيت دوپ شده با 10 درصد مولار منيزيم/ فورستريت، خواص مکانيکي و بيولوژيکي مناسب تري براي کاربرد هاي درون بدني نسبت به بيوسراميک ولاستونيت، از خود نشان داد. اين داربست کامپوزيتي مي تواند گزينه مناسبي جهت کاربردهاي مهندسي بافت استخوان باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی