Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian
مهدی احمدیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nassim Ghanbari
نسیم قنبری

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.
بیوسرامیک ها به دلیل خصوصیات بیولوژیکی منحصر به فرد و همخوانی نزدیکی که با محیط فیزیولوژیکی بدن دارند از اهمیت ویژه ای برخوردار شده اند و در مهندسی بافت کاربرد بسیاری دارند. یکی از روش های مهندسی بافت شامل استفاده از مواد مهندسی با میزان تخلخل بالا می باشد که داربست نامیده می شوند. چالشی که در برابر مهندسین بافت وجود دارد مربوط به ترکیب پیچیده خواص مورد نیاز برای داربست های ایده آل می باشد. بیوسرامیک های کلسیم سیلیکاتی گروهی از بیوسرامیک ها هستند که زیست فعال بوده و با استخوان و بافت نرم پیوند برقرار می کنند، از جمله این بیوسرامیک ها ولاستونیت نام دارد که زیست فعالی و زیست سازگاری بالایی دارد اما به دلیل سرعت زیست تخریب پذیری بالا و استحکام پایین به تنهایی درون بدن کاربرد ندارد. تحقیقات نشان داده است که با دوپ کردن عناصری مانند روی، سدیم، مس، زیرکونیوم و منیزیم در ولاستونیت می توان تا حدودی به خواص مکانیکی مناسب رسید و نرخ تخریب را کنترل کرد. تحقیقات نشان داده است که منیزیم با توجه به نقش کلیدی که در مغذی کردن استخوان و سوخت و ساز مواد معدنی دارد برای بدن و برای رفع نواقص ولاستونیت مفید واقع شده است. گروه دیگری از بیوسرامیک ها، بیوسرامیک های منیزیم سیلیکاتی هستند که خواص مکانیکی مناسبی داشته و زیست سازگارند. از جمله این بیوسرامیک ها فورستریت نام داردکه با بدن زیست سازگار بوده، خواص مکانیکی بالاتری نسبت به ولاستونیت داشته و در مقیاس نانو زیست فعال است. بنابراین انتظار می رود داربست کامپوزیتی ولاستونیت دوپ شده با منیزیم/ فورستریت خواص مکانیکی و بیولوژیکی مناسب تری داشته باشد. در این پزوهش بیوسرامیک های فورستریت، ولاستونیت و ولاستونیت دوپ شده با 6،8 و 10 درصد مولار منیزیم به روش سل-ژل و داربست های کامپوزیتی ولاستونیت/فورستریت و ولاستونیت دوپ شده با منیزیم/ فورستریت با روش اسفنج پلیمری برای پر کردن عیوب استخوانی سنتز شدند. برای این منظور پودر سنتز شده ی ولاستونیت-منیزیم با نسبت های مختلف 10، 15 و 20 درصد وزنی فورستریت به صورت دوغاب آماده شدند. پس از افزودن پلی ونیل الکل، اسفنج ها به دوغاب آغشته گشته و سپس به منظور تف جوشی در دمای 1250 درجه سانتی گراد به مدت 3 ساعت قرار گرفتند. نمونه ها با پراش پرتو ایکس (XRD) مشخصه یابی شدند، با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورفولوژی و ترکیبات بین فازی آن ها بررسی شد و با آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDX) ترکیب شیمیایی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. زیست فعالی نمونه ها با قرار دادن در محلول شبیه سازی بدن (SBF) و با طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) بررسی شد. آزمون چسبندگی سلولی نیز به منظور بررسی زیست سازگاری داربست ها انجام گرفت. نرخ تخریب پذیری نمونه ها با تریس بافر بررسی و مشخص شد که با افزایش درصد منیزیم، نرخ کاهش وزن کمتر شده است. نتایج استحکام فشاری نیز نشان داد که با افزایش درصد منیزیم و فورستریت استحکام به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته است. همچنین نتایج آزمون های زیست فعالی، تشکیل لایه آپاتیت روی سطح نمونه ها را تایید کرد. نتایج آزمون چسبندگی سلولی نیز زیست سازگاری و توانایی تشکیل سلول روی سطح داربست ها را نشان داد. در نهایت داربست کامپوزیتی ولاستونیت دوپ شده با 10 درصد مولار منیزیم/ فورستریت، خواص مکانیکی و بیولوژیکی مناسب تری برای کاربرد های درون بدنی نسبت به بیوسرامیک ولاستونیت، از خود نشان داد. این داربست کامپوزیتی می تواند گزینه مناسبی جهت کاربردهای مهندسی بافت استخوان باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی