Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Mahshid Kharaziha-esfahani
رحمت اله عمادی (استاد راهنما) مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Samira Ramezani
سمیرا رمضانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Synthesis, characterization and evaluation of mechanical properties and biocompatibility of hydroxyapatite-diopside nanocomposite
A significant challenge in bone tissue engineering is the development of 3D structures serving as a scaffold to fill the bone defects, support bone-forming cells, and promote bone regeneration. Due to the similarity in the chemical composition with bone apatite components, hydroxyapatite (HA) scaffolds have been widely applied as bone substitute. However, low mechanical properties and degradation rate of HA have led to development of novel bioceramics and composites with improved properties compared to pure HA. Results confirmed that the mechanical, Physical and biological properties of HA porous scaffolds could be modified using the addition of suitable secondary components. CaO-SiO 2- MgO bioceramics demonstrated high bioactivity and good mechanical properties. Diopside is a Ca, Si and Mg-containing bioceramics. Results showed that Ca-Si-Mg containing bioceramics not only possessed an improved mechanical strength when compared to HA and ceramics, but also were degradable. The aim of this study is to develop three-dimensional HA-diopside porous scaffolds using space holder technique. HA and diopside nanopowders were synthesized via sol-gel and combustion sol-gel respectively, and then various ratios of HA and diopside nanoparticles (5, 10 and 15 wt. % diopside) were mechanically combined. Then, after addition of poly vinyl alcohol (PVA) and sodium chloride as space holder, they compacted using compression. In order to sinter the compacted powders, remove sodium chloride and PVA powders and develop porous structure, samples were heat treated at 1350 ?cfor 2h. X-ray diffraction (XRD) technique was utilized to confirm presence of the desired phases in the structure and also, to determine the crystallite of the prepared scaffolds. The crystallite sizes were calculated by Scherrer and modified Scherrer equation and the results were compared. To evaluate the shape and size of the particles and crystallites, a transmission electron microscopy (TEM) was applied and the size of HA and diopside nanopowder particles was calculated. Scanning electron microscopy (SEM) was applied in order to study morphology and surface of nanopowders and scaffolds before and after soaking in simulated body fluid (SBF). Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was utilized to evaluate the chemical composition and distribution of elements in scaffolds. 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 (14 and 28 days). The concentration of calcium and phosphorus ions in SBF and the content of pH of SBF were determined for various periods by ICP-OES method and pH meter, respectively. Results showed that composite scaffolds with pore sizes in the range of 200-340 ?m, appearance porosity of 76-82 (%) and compressive strength of 1.2-3.2 (MPa) were developed. SEM images 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 Osteoblast-like 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 : Porous materials, Hydroxyapatite, Diopside, Mechanical properties, Biocompatibility
بیوسرامیک ها در انواع شکل ها با فازهای مختلف تولید می شوند و عملکرد متفاوتی در ترمیم بدن ارائه می کنند. از مهم ترین بیوسرامیک های مورد استفاده در پزشکی که در سال های اخیر تحقیقات زیادی را به خود اختصاص داده است هیدروکسی آپاتیت می باشد. ساختارهای متخلخل به جهت شباهت به بافت طبیعی استخوان مورد توجه قرار گرفته اند و داربست هیدروکسی آپاتیت، انتخابی مناسب در این زمینه محسوب می شود. اما برخلاف خصوصیات بیولوژیکی مطلوب هیدروکسی آپاتیت، آنچه کاربرد این ماده را محدود کرده است، خواص مکانیکی ضعیف و تردی آن می باشد. یکی از راه های بهبود خواص مکانیکی این ماده ساخت کامپوزیت می باشد. کاربرد کامپوزیت ها بعنوان بیوماده در مصارف بازسازی بافت های زنده آسیب دیده موضوع بسیاری از تحقیقات جدید در کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی است. هدف از این تحقیق ساخت و بررسی داربست کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت-دیوپسید با استفاده از عامل فضاساز می باشد. با توجه به استحکام مکانیکی بالاتر دیوپسید نسبت به هیدروکسی آپاتیت و زیست فعالی بالای آن، از این سرامیک بعنوان جز دوم در داربست های هیدروکسی آپاتیت استفاده شد. نانوپودرهای هیدروکسی آپاتیت و دیوپسید با روش سل-ژل تهیه گردید. برای ارزیابی ساختاری و موروفولوژی پودرها از آزمون های پراش پرتوی ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و هم چنین میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، استفاده شد. نسبت های معینی از هیدروکسی آپاتیت، دیوپسید (0، 5، 10 و15 درصد وزنی)، سدیم کلراید و پلی وینیل الکل (PVA) با یکدیگر مخلوط گردید و پس از قرارگرفتن تحت فشار 200 مگاپاسکال، یک ساعت در دمای 1100 و دو ساعت در دمای 1350 درجه سانتی گراد مورد عملیات حرارتی قرار گرفت. آزمون های XRD و SEM برای مطالعه خواص شیمیایی و ساختاری داربست ها استفاده شد. تصاویر SEM بیانگر تخلخل های بهم پیوسته و مناسب با اندازه 340-200 میکرومتر بود. استحکام فشاری داربست هیدروکسی آپاتیت خالص 2 / 1 مگاپاسکال بدست آمد و داربست های کامپوزیتی با 15 درصد وزنی دیوپسید با 2 / 3 مگاپاسکال بهترین نتیجه را داد. هم چنین به منظور بررسی خواص زیست فعالی داربست ها، نمونه ها درون محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) به مدت 7، 14، 21 و 28 روز غوطه وری و سپس مورد ارزیابی قرار گرفت. تصاویر SEM و آزمون طیف سنجی نشر اتمی القایی (ICP) گویای افزایش زیست فعالی داربست ها با افزایش میزان دیوپسید در زمینه بود. آزمون کشت سلول و چسبندگی سلول روی داربست های هیدروکسی آپاتیت و هیدروکسی آپاتیت-15 درصد وزنی دیوپسید انجام شد و بیانگر افزایش زیست سازگاری داربست های کامپوزیتی نسبت به داربست خالص هیدروکسی آپاتیت بدون هیج سمیت سلولی بود. کلمات کلیدی : داربست سه بعدی، هیدروکسی آپاتیت، دیوپسید، عامل فضاساز، خواص مکانیکی، زیست سازگاری.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی