Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Ahmad Monshi
محمدحسین فتحی (استاد مشاور) احمد منشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Doostmohammadi
علی دوست محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Preparation and Physico-Chemical Characterization of Bioactive Glass Nanoparticles and Bone-derived Hydroxyapatite Particles as well as Their Biological Evaluation by Isothermal Microcalorimetry
: Due to high biocompatibility and bioactivity, bioceramics are the most proper materials for the replacement or regeneration of human body soft and hard tissues. In recent years, thanks to high bioactivity and ability of osteogenesis as well as its activation of genes in osteoprogenitor cells, bioactive glass has been taken into great consideration. Likewise, hydroxyapatite, the mineral phase of bone, has been utilized in both synthetic and natural types. This study aimed at preparing and comparing the physico-chemical and biological properties of bioactive glass and bone-derived hydroxyapatite (HA) particles. 63S bioactive glass particles were obtained by sol-gel process and HA samples were derived from bovine bone. The chemical composition and the crystalline structure of both bioceramics were evaluated. Then the zeta potential in physiological saline and at different pH values was determined. In addition, in vitro cytotoxicity evaluation of bioglass nanoparticles, HA particles and bioglass-HA mixture (in similar weight percent) with human chondrocyte cells was carried out using isothermal micro-nano calorimetry (IMNC), which is a new method for studying cell/biomaterial interactions. For all three groups (bioglass, HA and bioglass-HA mixture) in vivo tests were carried out as well. It was found that the negativity of zeta potential for 63S bioglass is higher than that of bone-derived HA. The IMNC results confirmed the viability, growth and proliferation of human chondrocyte cells in contact with 63S bioactive glass and bone-derived HA particles. No positive effect for bioglass-HA mixture was observed. The results of in vivo tests showed that bioglass and HA were biocompatible and bioactive and can improve bone healing after 42 days implantation in rabbit tibia. In addition, an evident positive effect was observed for bioglass-HA mixture. The results confirmed that isothermal micro-nano calorimetry is a convenient method which caters to measuring the cell-biomaterial interactions alongside the current methods. It was also concluded that bioglass-HA mixture is more bioactive than bioglass and HA and therefore, can be replaced for bioglass and HA in all their applications. Keywords : Bioactive glass, Bone-derived hydroxyapatite, Physico-chemical properties, microcalorimetry
: بیوسرامیک ها به دلیل زیست سازگاری و غالباً زیست فعالی مطلوب، مناسب ترین مواد برای جایگزینی یا ترمیم بافت سخت و حتی بافت نرم بدن انسان به شمار می روند. در سال های اخیر، شیش? زیست فعال (بیوگلاس) به دلیل خواص زیستی و زیست فعالی بالا و توانایی القای تولید و تشکیل استخوان و قابلیت فعال سازی ژن های محرک سلول های استخوانی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هیدروکسی آپاتیت نیز که فاز معدنی استخوان به شمار می رود، در انواع طبیعی و مصنوعی آن کاربردی رو به گسترش دارد. در این پژوهش به ساخت و مشخصه یابی فیزیکی- شیمیایی بیوگلاس 63S و هیدروکسی آپاتیت طبیعی (مشتق از استخوان گاو) و بررسی و مقایسه خواص و عملکرد زیستی این بیوسرامیک ها پرداخته شد. نانو ذرات بیوگلاس به روش سل- ژل تهیه شد و هیدروکسی آپاتیت از استخوان گاوی استحصال گردید. آنالیز فازی (XRD) و آنالیز عنصری (XRF و EDXRF) هر دو بیوسرامیک انجام گرفت. سطح مخصوص و اندازه ذرات نیز محاسبه شد. پتانسیل زتای ذرات هر دو بیوسرامیک به کمک الکتروفورز دوپلر (LDE) تعیین و مقایسه شد. میزان گرمای ناشی از هیدراسیون ذرات بیوسرامیک در رطوبت های نسبی مختلف اندازه گیری شد. توانایی تشکیل آپاتیت بر روی ترکیبات مختلفی از مخلوط بیوگلاس- هیدروکسی آپاتیت در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) بررسی شد و تأثیر عملیات حرارتی تف جوشی بر روی این توانایی ارزیابی گردید. طی پژوهش حاضر، روش میکرو/نانو گرماسنجی همدما به منظور ارزیابی سازگاری سلولی بیومواد معرفی شد و ارزیابی سازگاری زیستی و سمیت ذرات در تماس با سلول های غضروفی انسانی به کمک این روش انجام گرفت. این روش نسبت به روش های مرسوم انجام آزمون های برون تنی ( In vitro ) از سادگی و سهولت در انجام آزمون برخوردار است و نتایج آن به شرایط، شیو? اجرا و مهارت انسانی وابستگی ندارد. در نهایت، آزمون های درون تنی ( In vivo ) طراحی و انجام شد و تأثیر ذرات بیوگلاس، هیدروکسی آپاتیت و مخلوط هر دو بر روی رشد بافت سخت استخوان بررسی گردید. آزمون های مشخصه یابی، حصول ذرات بیوگلاس 63S و هیدروکسی آپاتیت طبیعی را تأیید کرد. پتانسیل زتای ذرات بیوگلاس مقادیر منفی تری نسبت به هیدروکسی آپاتیت داشت و گرمای ناشی از هیدراسیون بیوگلاس در رطوبت های نسبی مختلف تقریباً 10 برابر هیدروکسی آپاتیت بود. مخلوط تف جوشی نشده بیوگلاس و هیدروکسی آپاتیت زیست فعالی بیشتری در محلول شبیه سازی شده بدن نسبت به مخلوط تف جوشی شده از خود نشان داد. آزمون های میکرو گرما سنجی زیست سازگاری و عدم سمیت ذرات بیوگلاس و هیدروکسی آپاتیت را در تماس با سلول های غضروفی انسانی تأیید کرد و آزمون قارچ به عنوان یک آزمون مقدماتی و ارزان قیمت پیشنهاد شد. نتایج آزمون های درون تنی توانایی قابل ملاحظه نانو ذرات بیوگلاس و ذرات هیدروکسی آپاتیت را در ترمیم بافت سخت استخوان نشان داد. آزمون های درون تنی همچنین نشان داد که زیست فعالی مخلوط پودری بیوگلاس- هیدروکسی آپاتیت بیشتر از زیست فعالی هر دو بیوسرامیک به تنهایی است. این نتیجه جالب و بسیار مهم، در آزمون های سلولی برون تنی مشاهده نشد. کلمات کلیدی: نانوذرات بیوگلاس؛ هیدروکسی آپاتیت طبیعی؛ مشخصه یابی فیزیکی-شیمیایی؛ میکروگرماسنجی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی