Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Mohammad Hosein Fathi
مهدي احمديان (استاد راهنما) محمدحسين فتحي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hossein Esnaashary
محمدحسين اثني عشري

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
چکيده هيدروکسي آپاتيت به دليل دارا بودن خواص ساختاري و شيميايي مشابه بافت سخت طبيعي، به عنوان جايگزيني مناسب براي استخوان هاي آسيب ديده مورد توجه قرار گرفته است. فلوئور نيز از جمله عنصرهاي موجود در هيدروکسي آپاتيت زيستي مي باشد. افزودن اين عنصر به بيوسراميک هيدروکسي آپاتيت، موجب افزايش پايداري حرارتي و شيميايي شده و خواص مکانيکي بالاتري پس از تف جوشي در دماهاي بالا را ارائه مي کند. به علاوه، افزودن فلوئور، واکنش سلولي را بهبود مي بخشد. ساخت ماده بالک نانوساختار فلوئور هيدروکسي آپاتيت براي کاربرد بازسازي بافت استخواني حائز اهميت است. اين ماده، علاوه بر خواص مکانيکي بهتر نسبت به نمونه درشت ساختار، برهمکنش بهتري با محيط بيولوژيک اطراف ارائه مي کند. بنابراين، هدف از اجراي پژوهش حاضر، توليد بيوسراميک متراکم نانوساختار فلوئور هيدروکسي آپاتيت با استفاده از روش تف جوشي دو مرحله اي بود. تاثير پارامترهاي مختلف فرايند تف جوشي دو مرحله اي شامل دما و زمان نگه داري اوليه، دما و زمان نگه داري ثانويه و فشار متراکم سازي با استفاده از روش تاگوچي مورد ارزيابي قرار گرفت. به علاوه، تاثير فلوئور موجود در ساختار هيدروکسي آپاتيت بر قابليت تف جوشي، خواص مکانيکي و خواص زيستي مطالعه شد. ساختار فازي، مورفولوژي و ساختار، گروه عاملي ماده ساخته شده با استفاده از پراشگر پرتو ايکس، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز مشخصه يابي شد. خواص مکانيکي با ريزسختي سنجي و خواص زيستي با تغييرات pH و يون هاي آزاد شده در محلول شبيه سازي شده بدن ارزيابي شد. بر اساس نتايج، فشار متراکم سازي بيش ترين تاثير را بر چگال شدن در فرايند تف جوشي دو مرحله اي داشته است و پس از آن، دماي اوليه، زمان اوليه و دماي ثانويه داراي بيش ترين تاثير بوده است. فلوئور هيدروکسي آپاتيت بالک نانوساختار با چگالي بالا در شرايط بهينه سازي شده با روش تاگوچي در دماي اوليه 1000 درجه سانتيگراد، زمان اوليه 10 دقيقه، دماي ثانويه 900 درجه سانتيگراد، زمان ثانويه 24 ساعت و فشار متراکم سازي 200 مگاپاسکال با اندازه دانه 105 نانومتر توليد شد. افزايش فلوئور، موجب کاهش قابليت تف جوشي شد و چگال شدن را به تاخير انداخت. به علاوه، با افزايش فلوئور سختي افزايش و چقرمگي شکست کاهش يافت. ارزيابي زيستي، تشکيل هيدروکسي آپاتيت شبه استخوان را بر روي سطح نانوبيوسراميک ساخته شده، نشان داد. هم چنين، نانوپودر فلوئور هيدروکسي آپاتيت نه تنها اثر سمي بر روند رشد و تکثير سلول هاي استخوان ساز انساني نداشت؛ بلکه رشد و تکثير آن ها را بهبود بخشيد. با افزايش فلوئور جايگزين شده در فلوئور هيدروکسي آپاتيت، نرخ تکثير سلولي به دليل کاهش کلسيم آزاد شده در محيط کشت، کمي کاهش يافت. بنابراين، با توجه به خواص مکانيکي، امکان تشکيل بافت استخواني و واکنش مطلوب با سلول هاي استخوان ساز، فلوئور هيدروکسي آپاتيت نانوساختار ساخته شده مي تواند گزينه مناسبي براي کاربردهاي بازسازي بافت استخواني بدون بار، در نظر گرفته شود. کلمات کليدي: بيوسراميک، فلوئور آپاتيت، هيدروکسي آپاتيت، تف جوشي دو مرحله اي، نانوساختار، زيست سازگاري.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی