Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Mohammad Hosein Fathi
مهدی احمدیان (استاد راهنما) محمدحسین فتحی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hossein Esnaashary
محمدحسین اثنی عشری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Preparation of Nanostructured Fluoridated Hydroxyapatite Bulk and Evaluation of the Effect of Fluorine Ion Content on Mechanical and Bio Properties
Hydroxyapatite (HA), as a suitable substitutable material for injured bones, attracted much attention because of its chemical and structural similarities to the natural hard tissues. The fluorine (F) is one of the ionic contaminations of biological HA. Addition of F to HA bioceramic increases thermal and chemical stability, and improves mechanical properties when sintered at high temperatures. Furthermore, F stimulates cell attachment, proliferation and differentiation. Nanostructured bulk of fluoridated hydroxyapatite (FHA) is significant for bone tissue regeneration. This material as compared to coarser grain size bulks promotes mechanical properties and biological responses. Therefore, the aim of this work was to fabricate nanostructured FHA bulk via the two-step sintering (TSS) process. Different parameters of the TSS process such as initial and secondary temperatures (T 1 and T 2 ), initial and secondary holding times (t 1 and t 2 ), and compaction pressure (P) were assessed via the Taguchi method. In addition, the effect of F content on sinterability and mechanical properties of FHA was studied. Phase structure, morphology and structure, and functional groups of prepared FHA were characterized using X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR) techniques. Mechanical properties were determined by a microhardness tester and biological properties were evaluated by pH variation and ion releasing in simulated body fluid. P, T 1 , t 1 , and T 2 had the highest effect on consolidation respectively. Mono-phased FHA bulk with high density were produced at 1000 °C, 900 °C, 10 min, 24 hours and 200 MPa for T 1 , T 2 , t 1 , t 2 , and P, respectively which optimized by Taguchi method. The average crystallite sizes of produced FHA were estimated to be 105 nm. By increasing the F content, the sinterability of FHA bulks was decreased and densification was delayed. In addition, hardness increased and fracture toughness decreased as F content increased. Biological evaluation indicated bone-like apatite nucleation and growth on the surface of prepared nanobioceramics. Furthermore, the sintered FHA not only didn’t show any cytotoxicity effect on Human osteoblast cells, although increased their proliferation. As F content increased, Human osteoblast cells proliferation rate a little decreased since the amount of released calcium in the culture medium decreased. Therefore, due to the mechanical and biological improvement, fabricated nanostructured FHA could be a potential candidate for unloaded bone tissue regeneration applications. Keywords : Bioceramic, Fluorapatite, Hydroxyapatite, Two-Step Sintering, Nanostructure, Biocompatibility
هیدروکسی آپاتیت به دلیل دارا بودن خواص ساختاری و شیمیایی مشابه بافت سخت طبیعی، به عنوان جایگزینی مناسب برای استخوان های آسیب دیده مورد توجه قرار گرفته است. فلوئور نیز از جمله عنصرهای موجود در هیدروکسی آپاتیت زیستی می باشد. افزودن این عنصر به بیوسرامیک هیدروکسی آپاتیت، موجب افزایش پایداری حرارتی و شیمیایی شده و خواص مکانیکی بالاتری پس از تف جوشی در دماهای بالا را ارائه می کند. به علاوه، افزودن فلوئور، واکنش سلولی را بهبود می بخشد. ساخت ماده بالک نانوساختار فلوئور هیدروکسی آپاتیت برای کاربرد بازسازی بافت استخوانی حائز اهمیت است. این ماده، علاوه بر خواص مکانیکی بهتر نسبت به نمونه درشت ساختار، برهمکنش بهتری با محیط بیولوژیک اطراف ارائه می کند. بنابراین، هدف از اجرای پژوهش حاضر، تولید بیوسرامیک متراکم نانوساختار فلوئور هیدروکسی آپاتیت با استفاده از روش تف جوشی دو مرحله ای بود. تاثیر پارامترهای مختلف فرایند تف جوشی دو مرحله ای شامل دما و زمان نگه داری اولیه، دما و زمان نگه داری ثانویه و فشار متراکم سازی با استفاده از روش تاگوچی مورد ارزیابی قرار گرفت. به علاوه، تاثیر فلوئور موجود در ساختار هیدروکسی آپاتیت بر قابلیت تف جوشی، خواص مکانیکی و خواص زیستی مطالعه شد. ساختار فازی، مورفولوژی و ساختار، گروه عاملی ماده ساخته شده با استفاده از پراشگر پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز مشخصه یابی شد. خواص مکانیکی با ریزسختی سنجی و خواص زیستی با تغییرات pH و یون های آزاد شده در محلول شبیه سازی شده بدن ارزیابی شد. بر اساس نتایج، فشار متراکم سازی بیش ترین تاثیر را بر چگال شدن در فرایند تف جوشی دو مرحله ای داشته است و پس از آن، دمای اولیه، زمان اولیه و دمای ثانویه دارای بیش ترین تاثیر بوده است. فلوئور هیدروکسی آپاتیت بالک نانوساختار با چگالی بالا در شرایط بهینه سازی شده با روش تاگوچی در دمای اولیه 1000 درجه سانتیگراد، زمان اولیه 10 دقیقه، دمای ثانویه 900 درجه سانتیگراد، زمان ثانویه 24 ساعت و فشار متراکم سازی 200 مگاپاسکال با اندازه دانه 105 نانومتر تولید شد. افزایش فلوئور، موجب کاهش قابلیت تف جوشی شد و چگال شدن را به تاخیر انداخت. به علاوه، با افزایش فلوئور سختی افزایش و چقرمگی شکست کاهش یافت. ارزیابی زیستی، تشکیل هیدروکسی آپاتیت شبه استخوان را بر روی سطح نانوبیوسرامیک ساخته شده، نشان داد. هم چنین، نانوپودر فلوئور هیدروکسی آپاتیت نه تنها اثر سمی بر روند رشد و تکثیر سلول های استخوان ساز انسانی نداشت؛ بلکه رشد و تکثیر آن ها را بهبود بخشید. با افزایش فلوئور جایگزین شده در فلوئور هیدروکسی آپاتیت، نرخ تکثیر سلولی به دلیل کاهش کلسیم آزاد شده در محیط کشت، کمی کاهش یافت. بنابراین، با توجه به خواص مکانیکی، امکان تشکیل بافت استخوانی و واکنش مطلوب با سلول های استخوان ساز، فلوئور هیدروکسی آپاتیت نانوساختار ساخته شده می تواند گزینه مناسبی برای کاربردهای بازسازی بافت استخوانی بدون بار، در نظر گرفته شود. کلمات کلیدی: بیوسرامیک، فلوئور آپاتیت، هیدروکسی آپاتیت، تف جوشی دو مرحله ای، نانوساختار، زیست سازگاری.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی