Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Sheyda Labbaf
رحمت اله عمادی (استاد راهنما) شیدا لباف (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sorour Sadeghzade
سرور صادق زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Fabrication and characterization of silicate based nano-bioceramic composite scaffold with polymer coating for tissue engineering application
One of the significant challenges in bone tissue engineering is the fabrication of highly porous scaffolds and interconnected pores and appropriate mechanical properties. Commonly available synthetic scaffolds made of ceramic or polymer but a better combination of properties can be achived with a composite or multi-component structure. The aim of this study is to produce three-dimensional (hardystonite-Diopside) and (Baghdadite-Diopside) porous scaffolds using space holder technique in order to use in bone tissue engineering. Therefore, Hardystonite, Baghdadite and Diopside nanopowders were synthesized via sol-gel combustion, mechanical activation, sol-gel and the combination of sol-gel and mechanical activation, respectively, and then with various ratios (5, 10 and 15 wt. % diopside) were mixed. Then, after addition of sodium chloride as spacer with appropriate weight percentage, they mixture was compacted under the uniaxial compression. In order to remove sodium chloride and develop porous structure, samples were sintered. After determination of the optimal scaffolds in terms of mechanical properties, the scaffolds were coated with 6 wt. % poly caprolacton fumurat soulution and their mechanical, physical and biological proprtise was evaluated. The produced powders and scaffolds were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and atomic absoption spectrometer (AAS). Furthermore, axial compression test was applied to study the mechanical properties of scaffolds. Bioactivity of different scaffolds was investigated by soaking them in SBF for various periods. The viability, proliferation of cells and non-cytotoxicity of scaffolds were determined by the MTT tests. The results showed that the addition of 15wt. % Diopside nano powder altered the properties of the composite scaffold (hardystonite and baghdadite) such that compressive strength of hardystonite and baghdadite composite scaffolds increased to 1.655 and 1.09 compared to pure hardystonite and baghdadite with 0.35 and 0.519, respectivelly. Applied the polymer coating with crosslineked structure on optimal scaffolds caused to improve the compressive strength of hardystonite and baghdadite in presence of 15wt. % diopside to 51 and 33%, respectivelly. Based on the results of Archimedes’ principle and SEM microghraphs, addition of 15wt. % diopside not led to the noticeable chage in porosity %, but the improvement in pores morphology was obsereved. SEM microghraphs of scaffolds after soaking in SBF depicted the tiny agglomerated bone-like apatite particles. Also, biocompatibility evaluations by MTT method showed that scaffolds could stimulate cell proliferation of Human bone marrow stem cells and they did not have any cytotoxicity, as compared to control sample. Considering the results obtained, it seems that, manufactured scaffolds could be a good candidate for bone tissue engineering. Keywords : Scaffold, Diopside, Hardystonite, Baghdadite, Mechanical properties,Biocompatibility.
یکی از مهمترین چالش ها در مهندسی بافت ساخت داربست ها با میزان تخلخل بالا و به هم مرتبط با خواص مکانیکی مناسب است. داربست های مصنوعی رایج معمولا از سرامیک و یا پلیمر تهیه می شوند اما ترکیب بهتری از خواص با یک کامپوزیت حاصل می گردد که مزایای هر دو ماده پلیمری و سرامیکی را دارا می باشد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت داربست های سه بعدی (هاردیستونیت-دیوپساید) و (بغدادیت-دیوپساید) با استفاده از روش پرس با فضاساز جهت کاربرد در مهندسی بافت استخوان است. به این منظور، نانوپودرهای هاردیستونیت، بغدادیت و دیوپساید به ترتیب با استفاده از روش های سل-ژل احتراقی، فعال سازی مکانیکی، سل-ژل و ترکیبی از سل-ژل و فعال سازی مکانیکی ساخته شده و با نسبت های مختلف (5، 10 و 15 درصد وزنی دیوپساید) با هم مخلوط شدند. پس از افزودن کلرید سدیم (عامل نگه دارنده) با درصد وزنی مناسب، مخلوط تحت فشار تک محوره پرس شد. به منظور خروج نمک و ایجاد تخلخل مورد نظر، نمونه های بدست آمده تحت عملیات تف جوشی قرار گرفتند. پس از تعیین نمونه بهینه از نظر خواص مکانیکی، داربست ها با محلول 6% وزنی پلیمر پلی کاپرولاکتون فومارات پوشش داده شد و خواص مکانیکی، فیزیکی و بیولوژیکی آن نیز بررسی شد. پودرها و داربست های ساخته شده به وسیله آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی فرو سرخ با تیدیل فوریه (FTIR) و طیف سنجی جذب اتمی (AAS) مورد بررسی قرار گرفتند.علاوه بر این، خواص مکانیکی داربست های سه بعدی ساخته شده با استفاده از آزمون فشار تک محوره ارزیابی شد. آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن(SBF) به منظور بررسی زیست فعالی نمونه ها انجام گرفت. زنده مانی سلولی، تکثیر و چسبندگی سلول ها و عدم سمیت داربست ها با آزمون MTT تشخیص داده شد. نتایج نشان داد که افزودن 15 درصد وزنی نانو پودر دیوپساید خواص داربست کامپوزیتی را تغییر داد از جمله استحکام فشاری برای داربست هاردیستونیت و بغدادیت کامپوزیتی در مقایسه با داربست خالص هاردیستونیت و بغدادیت از 35/0 به 655/1 و از 519/0 به 09/1 مگاپاسکال افزایش یافت. اعمال پوشش پلیمری بر روی داربست ها و ایجاد اتصالات عرضی در آن منجر به بهبود استحکام فشاری داربست های هاردیستونیت و بغدادیت در حضور 15% دیوپساید به ترتیب به میزان 51% و 33% شد. با توجه به نتایج حاصل از روش ارشمیدس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی افزودن 15% دیوپساید منجر به تغییر محسوسی در میزان تخلخل نشده اما بهبود مورفولوژی تخلخل ها دیده شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی داربست ها بعد از قرارگیری در محلول شبیه سازی شده بدن حاکی از تشکیل لایه آپاتیت شبه استخوانی روی سطوح بود. ارزیابی‌های زیست‌سازگاری توسط آزمون MTT نشان داد که داربست های کامپوزیتی در تماس با سلول‌های بنیادی مغز استخوان هیچ گونه سمیتی از خود نشان نداده و رشد و تکثیر سلول‌ها را افزایش می‌دهند. براساس این نتایج، به نظر می رسد داربست های تولیدی می توانند گزینه مناسبی برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان باشند. کلمات کلیدی : داربست، دیوپساید، هاردیستونیت، بغدادیت، خواص مکانیکی، زیست سازگاری.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی