۱۳۹۳-راحله قیطانچی

راحله قیطانچی

ایمیل:  rahele_gh008@yahoo.com

• کارشناسی ارشد (93-95): ساخت و مشخصه­یابی سیمان نانوکامپوزیتی متخلخل کلسیم فسفات-فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم برای پر کردن عیوب استخوانی

چکیده

سیمان­های کلسیم فسفاتی کاربردهای وسیعی را به عنوان مواد زیست تخریب­پذیر تزریق­پذیر دارند. با وجود زیست­سازگاری بالای سیمان­های کلسیم فسفاتی، آن­ها دارای مشکلاتی از جمله عدم دارا بودن ماکروحفرات و استحکام مکانیکی کم هستند که سبب ایجاد محدودیت­هایی در کاربرد این دسته از مواد می­شود. هدف از پژوهش حاضر، ساخت سیمان استخوان متخلخل نانوکامپوزیتی کلسیم فسفات- فورستریت اصلاح شده با استرانسیم و مشخصه­یابی آن است. در این راستا، ابتدا نانوپودر فورستریت حاوی 0، 05/0، 1/0، 2/0 و 4/0 درصد اتمی استرانسیوم به روش سل- ژل سنتز شد و با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری و طیف سنجی فروسرخ با تبدیل فوریه مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین، زیست­فعالی نانوپودرهای فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم از طریق غوطه­وری در محلول شبیه سازی شده بدن ارزیابی شد. علاوه ­بر این، تاثیر مقدار استرانسیوم موجود در فورستریت بر رفتار سلول­های MG63 بررسی شد. در ادامه، سیمان کلسیم فسفات بر پایه پیش‌سازهای آلفا‌تری کلسیم فسفات نانومتری (98 درصد وزنی) و هیدروکسی‌آپاتیت نانومتری (2 درصد وزنی) به‌عنوان فاز پودری و محلول آبی 5/2‌ درصد دی‌سدیم‌هیدروژن‌ فسفات به‌عنوان فاز مایع، تهیه و مشخصه­یابی شد. به منظور بهبود خواص مکانیکی سیمان‌های کلسیم فسفات، مقادیر مختلفی از نانوذرات فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم بهینه (5/0، 1، 2 و 3 درصد وزنی) به سیمان‌ کلسیم فسفانی افزوده و مشخصه­یابی شد. در ادامه، تاثیر نانو ذرات بر خواص مکانیکی، تزریق پذیری و زمان گیرش سیمان نانوکامپوزیتی بررسی شد. بعد از تعیین سیمان نانوکامپوزیتی بهینه، سیمان نانوکامپوزیت متخلخل کلسیم فسفات-فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم با استفاده از مقادیر مختلفی از عامل فوم‌ساز بی­کربنات سدیم ساخته شد و تاثیر مقدار عامل فوم­ساز بر خواص مکانیکی، ساختاری و زیستی سیمان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در حالی که فورستریت فاز اصلی در کلیه پودرهای اصلاح شده با استرانسیوم بود، فازهای ثانویه­ای حاوی استرانسیوم در مقادیر بالای استرانسیوم (بالاتر از 2/0 درصد اتمی) مشاهده شد. بر مبنای مقدار استرانسیوم وارد شده، اندازه ذرات، اندازه بلورک­ها و پارامترهای شبکه فورستریت تغییر کرد، بدون آن­که مورفولوژی آنها تغییر کند. نتایج ارزیابی زیست فعالی نشان داد که در حالی که همه نانوپودرهای فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم زیست فعالی بالاتری در مقایسه با فورستریت دارند، اضافه شدن 1/0 درصد اتمی فورستریت زیست فعالی بالاتری را در مقایسه با سایر پودرها نشان داد. بر اساس آزمون ارزیابی سمیت سلولی، در حالی که پودرها هیچ­گونه سمیتی از خود نشان ندادند، پودرهای فورستریت اصلاح شده با 05/0-1/0درصد اتمی استرانسیوم سبب افزایش قابل توجه رشد و تکثیر سلولی در مقایسه با سلول کشت شده در سطح پلیت شدند. همچنین، افزودن یک درصد وزنی فورستریت اصلاح شده با 1/0 درصد اتمی استرانسیوم به سیمان کلسیم فسفات سبب افزایش 49/1 برابری استحکام فشاری و 87/2 برابری ضریب کشسانی نسبت به سیمان خالص شد. علاوه بر این، حضور نانو ذرات سبب کاهش زمان اولیه سفت شدن سیمان از 49/5±8/23 دقیقه به 63/1±33/11 دقیقه شد. با افزودن عامل تخلخل‌زا به فاز پودری سیمان حاوی یک درصد وزنی نانوذره، سیمان نانوکامپوزیتی متخلخل حاوی 4/4±98/77 درصد ماکروتخلخل ایجاد شد. در حضور ماکروتخلخل­ها استحکام فشاری 7/0±58/2 مگا­پاسکال و ضریب کشسانی 08/0±33/0 گیگا­پاسکال بدست آمد که نسبت به سیمان نانوکامپوزیتی بدون تخلخل کاهش 8/10 برابری در استحکام فشاری و 4/4 برابری در ضریب کشسانی مشاهده شد. اما همچنان در مقایسه با سیمان کلسیم فسفات متخلخل که دارای استحکام فشاری 2/0±3/1 مگا­پاسکال و ضریب کشسانی 02/0±1/0 گیگاپاسکال بود، دارای خواص مکانیکی بالاتر بود. نتایج حاصل ازآزمون کشت سلولی با استفاده از سلول­های MG63 بر روی نمونه‌های سیمان نانوکامپوزیتی و سیمان نانوکامپوزیتی متخلخل نشان داد که سلول­ها در حضور نانوذره قابلیت تکثیر، چسبندگی و رشد بهتری نسبت به نمونه­های سیمانی بدون نانوذره داشتند. بر اساس این نتایج، به نظر می­رسد سیمان نانوکامپوزیتی متخلخل کلسیم فسفات-فورستریت اصلاح شده با استرانسیوم می­تواند گزینه مناسبی برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان باشد.