Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Foroozmehr,Mohsen Badrosamay,Mahshid Kharaziha-esfahani
احسان فروزمهر (استاد راهنما) محسن بدرسمای (استاد راهنما) مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Saman Naghieh
سامان نقیه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Feasibility of Design and Fabrication of Hybrid Bone Scaffolds Using Fused Deposition Modeling (FDM) and Electrospinning of Gelatin-Forsterite Nano-fibers
Nowadays, due to the limitations in the number of donors, researchers have gone towards tissue engineering and especially the fabrication of bone scaffolds. Bone tissue engineering as a multidisciplinary field containing engineering, medicine, and material science has a vast development with the assistance of additive manufacturing technology. Natural bone structure include micro/nano organic-inorganic composite, where apatite nanocrystals are precipitated on collagen fibers. Hence, for obtaining scaffolds with similar mechanical and biological properties with the real bone various techniques are combined. The aim of this research is the fabrication of hybrid bone scaffolds including micro struts of poly lactic acid (PLA) and micro/nano composite fibers of forsterite/gelatin. For this purpose, fused deposition modeling (FDM) system and electrospinning method were combined. PLA is a biocompatible and biodegradable polymer that with the aid of nano-particles of bioceramic forsterite could enhance its mechanical and biological properties so that it could be used in tissue engineering. In addition, utilizing gelatin as a natural polymer could improve the probability of initial cell attachment. Evaluating the fabricated hybrid scaffolds was done by performing mechanical experiments and biological in-vitro and in-vivo tests. Moreover, a finite element model was developed in order to anticipate the mechanical behavior of the fabricated scaffolds. Performed compression tests were showed that hybrid scaffolds had higher elastic modulus rather than pure scaffolds due to the addition of the ceramic nano-particles. Fabricated scaffolds were evaluated via simulated body fluid. The obtained results confirmed the bioactivity of the hybrid scaffolds. Furthermore, according to the performed animal study and its initial results, it was concluded that the prepared hybrid scaffold could satisfy both biological and mechanical requirements recommended by bone tissue engineering. Finally, customized bone scaffolds were designed and fabricated. Such custom-made bone scaffolds could be used as implants which lead to a considerable decrease in the time required for a surgery. Keywords: Additive manufacturing, Fused deposition modeling, Electrospinning, Forsterite, Gelatin, Hybrid scaffolds, Customized scaffolds
امروزه به دلیل وجود محدودیت‌های بسیار در زمینه تامین بافت، محققان به سمت مهندسی بافت استخوان و به ویژه ساخت داربست‌های استخوانی رفته‌اند. با ورود تکنولوژی ساخت افزودنی به عرصه این علم چند شاخه‌ای (ترکیبی از مهندسی، پزشکی و علم مواد) و وجود محدودیت‌های فراوان در روش‌های سنتی، پیشرفت شگرفی در این زمینه به وجود آمده و سرعت توسعه این علم دو چندان گردیده است. نکته حائز اهمیت در حوزه ساخت داربست‌های پلیمری یا سرامیکی به تنها جوابگو نبودن آن‌ها برای ایجاد داربستی مشابه ماتریس سلولی بدن انسان است. بدین منظور برای رسیدن به ساختمانی که هم از نظر مکانیکی و هم بیولوژیکی مشابه به ماتریس سلولی بدن باشد از ترکیب روش‌های مختلف استفاده می‌گردد. در این پژوهش به ساخت داربست‌های هیبریدی دربرگیرنده میکرو رشته‌های پلی‌لاکتیک اسید و میکرو/نانو الیاف الکتروریسی شده ژلاتین- فورستریت به کمک ترکیب روش‌های اکستروژن رشته پلیمری به کمک حرارت و الکتروریسی پرداخته شده است. پلی‌لاکتیک اسید پلیمری زیست‌سازگار و زیست‌تخریب‌پذیر بوده که با ترکیب آن با نانو ذرات بیوسرامیک فورستریت می‌توان به ساختمانی با خواص مکانیکی و بیولوژیکی مناسب برای مهندسی بافت رسید. بعلاوه استفاده از ژلاتین به عنوان پلیمری طبیعی امکان چسبندگی سلولی اولیه را بالا می‌برد. داربست‌های هیبریدی آماده شده از نقطه نظرهای مکانیکی و بیولوژیکی (آزمون‌های درون آزمایشگاهی و درون بدنی) مورد آزمون قرار گرفتند. در قسمت ارزیابی مکانیکی علاوه بر گرفتن آزمون فشار به ارائه مدل المان محدود جهت پیش‌بینی رفتار داربست‌های استخوانی پرداخته شده است. آزمون‌های فشار به عمل آمده نشان دادند که داربست‌های هیبریدی مدول یانگ به مراتب بالاتری نسبت به داربست‌های معمولی داشته که این ناشی از افزودن نانو ذرات سرامیکی است. همچنین نتایج بیولوژیکی به دست آمده حاکی از زیست‌فعالی مناسب داربست‌های هیبریدی بود که برای این کار از محلول شبیه‌سازی شده بدن انسان کمک گرفته شد. بعلاوه مطالعه حیوانی صورت گرفته و نتایج اولیه حاصل از آن نشان داد که داربست‌های تهیه شده شرایط لازم بیولوژیکی و مکانیکی برای استفاده در مهندسی بافت استخوان را دارا می‌باشند. همچنین در ادامه این پژوهش به ساخت داربست‌های اختصاصی‌سازی شده پرداخته شده است چراکه این‌گونه داربست‌ها می‌توانند به طور مستقیم در بدن بیمار کاشته شوند که کاهش چشمگیر زمان جراحی را در پی خواهد داشت. کلمات کلیدی: ساخت افزودنی، اکستروژن رشته پلیمری با استفاده از حرارت، الکتروریسی، فورستریت، ژلاتین، داربست‌های هیبریدی، داربست‌های اختصاصی‌سازی شده

ارتقاء امنیت وب با وف بومی