داربست کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت: بررسی تاثیر درصد ذرات هیدروکسی آپاتیت و مقایسه ذرات با سایز نانومتري و میکرومتري و اثر آنها بر خواص
مکانیکی و زیستتخریبپذیري داربست
مهدیه مظفري1، نرگس جوهري*2 و محمد حسین فتحی3 چکیده
در این پژوهش، تاثیر اندازه ذرات هیدروکسی آپاتیت بر خواص مکانیکی و زیست تخریب پذیري داربست کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون/هیدروکسی آپاتیت انجام شد. داربستهاي کامپوزیتی با استفاده از دو نوع پودر هیدروکسی آپاتیت نانومتري (تهیه شده به روش سل – ژل) و میکرومتري تجاري،به روش لیچینگ ذرهاي تهیه شدند. سه مقدار متفاوت برابر 5، 10 و 15 درصد وزنی از پودر هیدروکسی آپاتیت نانومتري و میکرومتري براي تهیه داربست به پلیکاپرولاکتون اضافه شد. شناسایی ساختار فازي با روش پراش پرتو ایکس (XRD)، مطالعه ریخت شناسی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، شناسایی گروههاي عاملی با طیفسنجی فروسرخ با تبدیل فوریه (FTIR) انجام گرفت. همچنین، رفتار زیستتخریبپذیري داربست با قرار دادن نمونهها به مدت 30 روز در محلول فسفات بافر سالین (PBS) و اندازهگیري تغییرات وزن و pHآنها بررسی شد.
خواص مکانیکی داربستها نیز با استفاده از دستگاه آزمون استحکام فشاري مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که داربستهاي تهیه شده با پودر نانومتري داراي استحکام فشاري بیشتري در مقایسه با داربستهاي تهیه شده با پودر میکرومتري بود. با افزایش درصد تقویتکننده بیش از 10 درصد وزنی، استحکام فشاري کاهش یافت. با افزایش مقدار هیدروکسی آپاتیت و گذشت زمان ،مقدار تخریب داربست ها افزایش یافت و نرخ تخرب پذیري داربستهاي تهیه شده با پودر نانومتري بهتر از داربستهاي تهیه شده با پودر میکرومتري بود.

واژه هاي کلیدي: هیدروکسی آپاتیت، پلیکاپرولاکتون، داربست کامپوزیتی، زیستتخریب پذیري، مهندسی بافت.

دانشجوي کارشناسی ارشدمهندسی مواد، دانشگاه یزد.
دانشجوي دکتراي مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شریف.
عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان.
*- نویسنده مسئول مقاله: [email protected]
پیشگفتار
امروزه استفاده از آپاتیتها مانند هیدروکسی آپاتیت1 زیست فعال به گونه گسترده در کاربردهاي پزشکی توسعه یافته است. هیدروکسی آپاتیت بسیار شبیه به بخش معدنی استخوان و دندان است و همچنین، خواص همبندي خوبی با استخوان از خود نشان میدهد [3-1].
استخوان داراي دو بخش معدنی و آلی است که تشکیل یک ساختار کامپوزیتی را میدهد [1]. هیدروکسی آپاتیت کربناتی مهمترین جزء بخش معدنی آن است و 65 درصد کل جرم استخوان را تشکیل میدهد. بقیه جرم استخوان را ماده آلی و آب تشکیل داده است. بخش عمده ماده آلی کلاژن است و به عنوان چارچوبی عمل میکند که نانوبلورهاي هیدروکسی آپاتیت به آن استحکام میبخشند [4،2].
در مهندسی بافت نخست یک داربست متخلخل و زیست تخریبپذیر ساخته میشود و سپس سلولهاي بافت مورد نظر بر روي آن کشت داده میشوند. با کنترل شرایط فیزیولوژیکی در خارج از بدن بافت اولیه روي داربست تشکیل شده و پس از کاشت در داخل بدن، با تشکیل بافت جدید داربست تخریب میشود. اجزاي اصلی مورد نیاز در مهندسی بافت عبارتند از سلول بافت مورد نظر، بیو مواد (به صورت داربست متخلخل و زیست تخریبپذیر و …) و عوامل فعال کننده زیستی که عملکرد سلولی را کنترل میکنند. اگر این عوامل به دقت و به جا مورد استفاده قرار گیرند، در نهایت، منجر به تسهیل در تفکیک داربست، تکثیر سلولی و در نتیجه ایجاد بافت مورد نظر میشوند. این عوامل عبارتند از: فاکتورهاي رشد ،داروها و ژنها[5].
عامل اساسی دیگري که در مهندسی بافت تاثیرگذار است، انتخاب نوع داربستهاي بکار رفته در مهندسی بافت است. داربست یک ساختار سه بعدي است که سلولها را به صورت مکانیکی هدایت میکند. داربست باید زیست
1
-Hydroxyapatite (HA)
سازگار بوده و داراي خواص مکانیکی مطلوب باشد، بهگونه اي که توانایی تحمل نیروها را داشته و رفتاري مشابه بافت مورد نظر در برابر تنش داشته باشد. بسیاري از ترکیبات پلیمرهاي زیست تخریبپذیر و سرامیکهاي زیست فعال به عنوان داربستهاي زیست سازگار در مهندسی بافت استفاده میشوند[5و6]. اندازه و ریخت شناسی ذرات مصرفی بیوسرامیکی میتواند تاثیري بسزا در زیست فعالی و زیست سازگاري داربست کامپوزیتی داشته باشد [5].
پژوهشها نشان داده است که در برخی از موارد ،خواص مکانیکی کامپوزیتهایی که با پلیمرهاي زیست تخریبپذیر و میکروذرات هیدروکسی آپاتیت، ولاستونیت7و شیشه زیستفعالساخته شدهاند، نه تنها بهبود نیافته بلکه کاهش نیز داشته است. افزون بر این ،خواص زیست فعالی داربست نیز در حد انتظار نبوده است[5]. علت این امر هم ابعاد میکرومتري ذرات و عدم اتصال مناسب بین فاز زمینه و تقویتکننده بوده است. از سوي دیگر، مطالعات دیگر نشان داده است که استفاده از نانوذرات سرامیکی زیست فعال، میتواند مشکلات مذکور را برطرف کند[7]. افزون بر این، استفاده از نانوذرات در زمینه پلیمري میتواند دقیقاً شبیهسازي ساختمان استخوان طبیعی باشد چرا که استخوان کامپوزیتی از نانوبلورهاي هیدروکسی آپاتیت و فاز پلیمري کلاژن میباشد [5]. در این پژوهش، بررسی تاثیر درصد ذرات هیدروکسی آپاتیت و مقایسه ذرات با اندازه نانومتري و میکرومتري و اثر آنها بر خواص مکانیکی و زیست تخریب پذیري داربست کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت انجام شد.

مواد و روش ها
تولید نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به روش سل- ژل براي ساخت نانوذرات هیدروکسی آپاتیت از شیوه اجرا شده در پژوهش هاي پیشین به وسیله فتحی و همکاران استفاده شد [1]. براي تهیه 5 گرم هیدروکسی آپاتیت نانومتري ،12/2 گرم پنتااکسید فسفر (P2O5 Merck)
7
-Wollastonite
در 30 میلیلیتر اتانول خالص (Merck) با خلوص بالاي 98 درصد حل و محلول 5/0 مول بر لیتر تولید شد. سپس
76/11 گرم کلسیم نیترات تتراهیدرات
(Ca(NO3)2.4H2O Merck) نیز در 30 میلیلیتر اتانول خالص حل شده و محلول67/1 مول بر لیتر تهیه شد. دو محلول با نسبت مولی 67/1= Ca/P مخلوط شده و محلول اولیه آماده شد. محلول اولیه به مدت 24 ساعت در دماي محیط هم زده شد تا ژل شفاف بدست آمد. ژل حاصل در دماي محیط بمنظور پیرسازي و به مدت 24 ساعت قرار داده شد و پس از آن در دماي80 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت مورد عملیات خشک کردن در آون الکتریکی قرار گرفت و پودر آمورف کلسیم فسفات بدست آمد. پودر حاصل از ژل خشک شده در یک کوره مقاومتی قابل برنامهریزي با نرخ 5 درجه سانتی گراد بر دقیقه یا دماي 600 درجه سانتیگراد و زمان 2 ساعت حرارت دهی شد تا محصول نهایی (پودر هیدروکسی آپاتیت 25-28 نانومتر) بدست آمد.

ساخت داربست نانوکامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت
داربستهاي پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت با استفاده از دو نوع پودر هیدروکسی آپاتیت، یکی با اندازه نانومتري و دیگري با اندازه میکرومتري (50میکرومتر) به روش ریخته گري حلال/لیچینگ تهیه شدند. مقادیر 0، 5، 10 و 15 درصد وزنی ذرات هیدروکسی آپاتیت (از هر یک از دو نوع جداگانه) به حلال دي کلرومتان ( ,2CH2ClAldrich)، اضافه شده و به مدت 1 ساعت در دماي محیط به وسیله همزن مغناطیسی با سرعت 300 دور در دقیقه هم زده شد. سپس ذرات پلیکاپرولاکتون ,PCL)
-[(CH2) COO]n –MW= 70000 – 90000,
(Aldrich با نسبتPCL / CH2Cl2) =10/1 W/v) به محلول اضافه شد. ذرات سدیم کلراید ( ,NaClMerck) با قطر 300 تا 500 میکرون با نسبتهاي وزنی
به محلولNaCl / ( PCL + HA ) = 9/1 W/W
اضافه شد و محلول نهایی در قالب هاي تفلونی ( قطر 10 و ارتفاع 20 میلیمتر) ریخته شد. براي تهیه داربست مقدار 1 گرم پلیکاپرولاکتون ،9 گرم نمک ،10 سیسی حلال ديکلرومتان و درصدهاي گوناگون هیدروکسی آپاتیت استفاده شد.این محلول به مدت 48 ساعت در دماي محیط خشک شد. پس از آن بمنظور خروج کامل حلال به مدت 48 ساعت تحت خلاء قرار گرفت. در مرحله بعد، به مدت 72 ساعت به کمک آب مقطر شسته شد.
براي اطمینان نسبت به خروج کامل ذرات سدیم کلراید از داربستهاي ساختهشده 12 بار هر 6 ساعت یک بار شسته شد تا نمک خارج شود . این شستشو در حالت ویبره بوده و براي اطمینان کامل ازآنها XRD گرفته شد که نشان داد نمک کامل حذف شده است. بار دیگر بمنظور خروج کامل آب مقطر از خلل و فرج داربستها، نمونهها 48 ساعت در شرایط محیط و 48 ساعت تحت خلاء در آون الکتریکی خشک شدند [8].

مشخصهیابی داربستهاي تهیهشده فازشناسی ومطالعه ساختارفازي
جهت ارزیابی ساختار فازي و فازشناسی داربستهاي ساخته شده، از روش پراش پرتو ایکس (XRD, Philips Xpert- MPD System) استفاده شد. الگوي پراش پرتو ایکس هر نمونه با استفاده از لامپCuKα با طول موج542/1 =λ در بازه 60 <θ<10 با اندازه گام 05/0 درجه و زمان بر گام یک ثانیه بدست آمد. پس از حصول الگوهاي پراش پرتو ایکس هرنمونه، هریک از فازها و اجزا سازنده از راه مقایسه زاویه و شدت پیکهاي پراش با دادههاي موجود در کارتهاي استاندارد (JCDPS) مشخص و تعیین گردید [5].

شناسایی گروههاي عاملی با طیفسنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه
گروههاي عاملی داربستهاي ساخته شده با استفاده ازآزمون طیفسنجی فروسرخ با تبدیل فوریه-FTIR)(Tensor27, Bryker در محدوده 400-4000 نانومتر و با نرخ روبش 1-cm 2 بررسی شد. این نوع طیفسنجی ابزار بسیار مفیدي براي شناسایی گروههاي عاملی ترکیبات آلی میباشد. استفاده از چنین روشی کم و بیش در ترکیبات معدنی نیز دیده میشود [5].

مطالعه ریخت شناسی و ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی
ریخت شناسی و ریزساختار داربستهاي ساخته شده ،با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ( –SEM
Phillips XL 30: Eindhoven, The
Netherlands) مطالعه و بررسی شد و تصاویر لازم نیز تهیه گردید [5].

سنجش خواص مکانیکی
داربستهاي ساخته شده ب اساس استاندارد ASTM, D31411/DS410Mبه شکل استوانه داراي قطر10 میلیمتر و ارتفاع10 میلیمتر با استفاده از دو نوع پودر هیدروکسی آپاتیت، یکی با اندازه نانومتري و دیگري با اندازه میکرومتري، با مقادیر 0، 5، 10 و 15 درصد وزنی ذرات هیدروکسی آپاتیت (از هر یک از دو نوع جداگانه) به روش ریخته گري حلال/لیچینگ تهیه شدند و با استفاده از دستگاه آزمون استحکام فشاري مدلZwick
1446material prufung با سرعت 2 میلیمتر بر دقیقه و لود سل 10 کیلونیوتن، تحت آزمون استحکام فشاري قرار گرفتند [5]. آزمون استحکام فشاري با استفاده از 3 نمونه از هریک از انواع داربست ها انجام شد و نتایج به صورت میانگین همراه با انحراف معیار از آنها ارایه شد.

ارزیابی رفتار زیست تخریبپذیري
بمنظور ارزیابی رفتار زیست تخریبپذیري داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت از محلول فسفات بافر سالین1 (PBS, sigma) که pH آن در دماي محیط برابر 4/7 بود، استفاده شد. بمنظور بررسی تاثیر تغییر مقدار تقویتکننده بر تخریبپذیري داربستها ،تعداد 3 نمونه از هر یک از انواع داربستهاي تهیه شده از پلیکاپرولاکتون خالص وکامپوزیت پلیکاپرولاکتون /هیدروکسی آپاتیت حاوي 5، 10 و 15 درصد وزنی ازذرات هیدروکسی آپاتیت نانومتري و میکرومتري در محلول فسفات بافر سالین در دماي 37 درجه سانتیگراد قرار داده شد. براي این منظور، هر داربست دیسکی شکل
1
-Phosphat buffred saline
به قطر 10 میلیمتر و ضخامت 1 میلیمتر در داخل ظرفپیرکس قرار گرفت و بر اساس استاندارد ASTM 95 – 1635F ، محلول فسفات بافر سالین به آن افزوده شد. هر نمونه به مدت 30 روز در فسفات بافر سالین قرار گرفت. هر شش روز یک بار، نمونه از محلول خارج و پس از این که در محیط خلاء کاملاً خشک شد، درصد کاهش وزن آن اندازهگیري شد. تغییرات pH محلول حاوي هر نمونه نیز هر دو روز یک بار ثبت شد. درصد کاهش وزن هر داربست، به کمک رابطه1 بدست آمد [5].
853448147731

(w0 wd)
Weight loss100 (1)
0wکه در این رابطه 0W، وزن اولیه داربست و Wd، وزن نهایی داربست پس از خشک شدن است. نتایج نهایی به صورت میانگین دادهها همراه با انحراف معیارآنها ارائه شده است.

نتایج و بحث
فازشناسی و مطالعه ساختارفازي
شکل 1 الگوي پراش پرتو ایکس داربستهاي تهیه شده را نشان میدهد. در شکل 1 (الف) الگوي پراش پرتو ایکس نانوپودر هیدروکسی آپاتیت خالص تهیه شده به روش سل-ژل در دماي 600 درجه سانتیگراد نشان داده شده است. شکل 1(ب)، الگوي پراش پرتو ایکس پلیکاپرولاکتون خالص را نشان میدهد. مشاهده میشود که این پلیمر ساختار کریستالی دارد و در زوایاي θ2 برابر 3/21 و 7/23 به ترتیب شامل صفحات کریستالی (110) و
(200) است. در واقع، گفته میشود پلیکاپرولاکتون پیکهاي مشخصهاي را در موقعیتهاي نزدیک به پلیکاپرولاکتون اورتورومبیک نشان میدهد. همچنین، یک زمینه آمورف نیز مشاهده میشود. نسبت کریستالی و آمورف ،مقدار بلورینگی را تعیین میکند [5].

در شکل 1 (ج) الگويهاي پراش پرتو ایکس داربستهاي پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت که با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت میکرومتري (PCL- ،PCL-10HA ،PCL-5HA

60960-5243829

شکل 1- الگوي پراش پرتو ایکس الف) نانوپودر هیدروکسی آپاتیت،ب) داربست پلیکاپرولاکتون خالص و ج) داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت تهیه شده با درصد وزنی گوناگون از هیدروکسی آپاتیت
HA15 ) تهیه شده، مشاهده میشود. همان گونه که مشاهده میشود، الگوي پراش پرتو ایکس داربستهاي تهیه شده، با پیکهاي واضح و متمایز هیدروکسی آپاتیت با کارت ارایه شده به وسیله JCPDS به شماره 0432- 009- 00 مطابقت دارد و همچنین، پیکهاي پلی کاپرولاکتون را نیز نشان میدهد. دو پیک پلیکاپرولاکتون در هر سه نمونه در دو زاویه θ2 برابر 3/21 و 7/23 مشاهده میشود. همچنین، در این الگو یک زمینه آمورف نیز مشاهده میشود. در الگوي پراش بدست آمده، پیک فاز دیگر و همچنین، پیک انتقال یافته در بین پیکها مشاهده نمیشود. بنابراین، میتوان نتیجه گرفت که هیچ واکنشی بین پلیکاپرولاکتون و هیدروکسی آپاتیت رخ نداده است [2] و نیز سایر فازهاي ناخواسته مانند نمک (NaCl) در ترکیب نمونهها حضور ندارد. الگوي پراش یاد شده نشان می دهد که با افزایش مقدار تقویتکننده هیدروکسی آپاتیت، شدت پیکهاي پلی کاپرولاکتون کاهش و شدت پیکهاي آپاتیت افزایش یافتهاست. کاهش شدت پیکهاي پلیکاپرولاکتون و افزایش شدت پیکهاي آپاتیت در سایر کارهاي پژوهشی نیز مشاهده شده است
.[5]
شناسایی گروههاي عاملی
شکل2 الگوي آزمون طیفسنجی فروسرخ داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت را که با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت میکرومتري تهیه شده، نشان می دهد.

777240-3238243

شکل 2- الگوي آزمون طیفسنجی فروسرخ با تبدیل فوریه داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت تهیه شده با درصد وزنی گوناگون از هیدروکسی آپاتیت
همانگونه که در شکل 2 دیده میشود، پیوندهاي ساختمانی هر دو ترکیب پلیکاپرولاکتون و هیدروکسی آپاتیت در این الگو وجود دارد و پیوندهاي C=O و C-O و C=H مطابق با گروههاي عاملی پلیکاپرولاکتون است [9] و پیوندهايP-O و O-H هم به هیدروکسی آپاتیت
[11،10] نسبت داده میشوند. در شکل 2 هم ملاحظه می شود که همانند الگو پراش پرتو ایکس، پیک پیوند انتقال پیدا نکردهاست. این موضوع نشان میدهد که هیچ واکنشی حین مخلوط کردن این دو ترکیب با هم رخ نداده است. همچنین، در طیفهاي یادشده، هیچ پیک اضافه بر پیکهاي پلیکاپرولاکتون و هیدروکسی آپاتیت که بیان کننده ترکیبات ناخواسته باشد، دیده نمیشود.
جوهري و همکاران نشان دادند [5] با افزایش درصد وزنی تقویتکننده (فلوئور هیدروکسی آپاتیت) به داربستهاي پلیمري، شدت پیکهاي تقویتکننده افزایش و شدت پیکهاي پلیکاپرولاکتون کاهش مییابد.

مطالعه ریخت شناسی و ریزساختار داربستهاي کامپوزیتی
شکل 3تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت را که با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی از هیدروکسی آپاتیت میکرومتري و نانومتري تهیه شده است، نشان میدهد.
همان گونه که در تصویر مشاهده میشود، با افزایش هیدروکسی آپاتیت منافذ و تخلخلها کاهش یافتهاند. دیبا و همکاران [12] نشان دادند که افزودن پودر تقویتکننده و پرکننده به داربست پلیمري باعث کاهش تخلخل واندازه منافذ داربست میشود.

335280-6447787

شکل 3- تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت تهیه شده با درصد وزنی گوناگون از هیدروکسی آپاتیت
سنجش خواص مکانیکی داربستهاي کامپوزیتی قاسمیه[7] در سال 2008 نشان داد که با افزودن بیوسرامیک به پلیمر، خواص مکانیکی داربست بهبود پیدا میکند. با توجه به شکل4 مشاهده میشود که با افزایش درصد تقویتکننده تا 10 درصد استحکام نمونهها افزایش و با افزایش درصد تقویتکننده بیش از 10 درصد استحکام نمونه کاهش یافته است. دیبا و همکاران [12] نشان دادند که افزودن تقویتکننده به داربست پلیمري به دلیل کاهش تخلخل، اندازه منافذ و پودر تقویتکننده و پرکننده باعث افزایش استحکام میشود. افزایش درصد تقویتکننده تا درصد بالاتر باعث آگلومره شدن پودر میشود و یکنواختی توزیع پودر کم میشود [5]، بنابراین با افزایش درصد بالاتري از هیدروکسی آپاتیت استحکام کاهش مییابد.

همان گونه که در شکل 4 مشاهده میشود، استحکام بیشتر از استحکام داربستهاي ساخته شده با هیدروکسیداربستهاي ساختهشده با هیدروکسی آپاتیت نانومتري آپاتیت میکرومتري است [13].

667512-2726179

شکل4- تغییرات استحکام فشاري داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت تهیه شده با درصد وزنی گوناگون از هیدروکسی آپاتیت

ارزیابی رفتار زیست تخریبپذیري داربستهاي کامپوزیتی آپاتیت را که با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی از شکل 5 تغییرات pH محلول فسفات بافر سالین حاوي هیدروکسی آپاتیت میکرومتري و نانومتري تهیه شده داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی است، نشان میدهد.
شکل5- تغییرات pH محلول فسفات بافر سالین حاوي داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت تهیه

شده با درصد وزنی گوناگون از هیدروکسی آپاتیت.
تغییرات pH محلولی که پلیمر خالص در آن قرار داشته، تا مدتی بدون تغییر بوده و پس از مدتی روند کاهشی پیدا میکند. پژوهشها نشان داده اند[11] که هر چه مقدار آپاتیت در کامپوزیت افزایش پیدا کند، محلول قلیاییتر میشود و pH محلول افزایش مییابد. همان گونه که در نتایج این پژوهش نیز مشاهده میشود، هرچه درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت در داربست افزایش پیدا میکند ،pH محلول نیز افزایش مییابد.
بوکاچینی1 و همکارانش [14] نیز گزارش کردند که انحلال یونهاي قلیایی از ذرات بیوسرامیک زیستفعال ،باعث قلیایی شدنPH محلول فسفات بافر سالین حاوي داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت میشود، ولی هرچه مقدار ذرات هیدروکسی آپاتیت در ساختار افزایش یابد، قلیایی شدن سلول افزایش یافته و در نتیجه، باعث افزایشpH میشود.
در شکل 6، تغییرات وزن داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت که با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی از هیدروکسی آپاتیت میکرومتري و نانومتري تهیه شده، در محلول فسفات بافر سالین، در دماي 37 درجه سانتیگراد و در مدت زمان 30 روز نشان داده شده است.
همان گونه که مشاهده میشود، تمام داربستها کاهش وزن داشتهاند. روشن است که این کاهش وزن مربوط به تخریب پلیکاپرولاکتون از ساختار کامپوزیتی است.
همچنین، دیده میشود که با افزایش درصد هیدروکسی آپاتیت تخریب نمونهها افزایش یافته است. لی و همکاران نشان دادند [15] که تخریب کامپوزیت پلی(لاکتیک اسید)/ هیدروکسی آپاتیت سریعتر از تخریب پلیمر خالص است. در واقع، هیدروکسی آپاتیت تخریب پلیمر را سرعت میبخشد. همچنین، یو و همکارانش نشان دادند [16] با افزودن تري کلسیم فسفات (TCP) تخریب پلی کاپرولاکتون تسریع میشود. وقتی ذرات تري کلسیم فسفات، به گونه فیزیکی با پلیکاپرولاکتون مخلوط میشوند، به گونه تصادفی فضاهایی را در پلیمر اشغال میکنند. خروج تري کلسیم فسفات نیز حفراتی را در پلیمر ایجاد میکند، بنابراین، سطح آن ها در معرض حمله هیدرولیزي قرار گرفته و ساختار روي هم رفته، تضعیف میشود. تخریب پذیري هیدروکسی آپاتیت با کاهش
کریستالینیتی افزایش می یابد و با کاهش اندازه ذرات نیز
1
– Boccaccini
بالا می رود زیرا با افزایش نسبت سطح به حجم در نانوذرات نسبت به ذرات میکرونی، اثر سطح در نانوذرات افزایش یافته و بیشتر تخریب می شوند[5] و به این ترتیب، بر تخریب پذیري داربست تاثیر می گذارد. تخریب پذیري هیدروکسی آپاتیت با کاهش کریستالینیتی افزایش می یابد و با کاهش اندازه ذرات نیز بالا می رود و به این ترتیب، بر تخریب پذیري داربست تاثیر می گذارد [2]. از سوي دیگر، تخریب پلیمر نیز به دلیل حضور ذرات هیدروکسی آپاتیت افزایش می یابد و در نتیجه، زیست تخریب پذیري داربست تغییر می کند و زیاد می شود [5و7]. همان گونه که مشاهده میشود، تخریب داربستهاي کامپوزیتی نانومتري بهتر از داربستهاي کامپوزیتی میکرومتري بوده است.

نتیجهگیري
داربست هاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت با استفاده از ذرات نانومتري و میکرومتري هیدروکسی آپاتیت و با روش ریختهگري حلال/لیچینگ ذرهاي ساخته شدند. استحکام فشاري داربست هاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت با افزایش درصد تقویت کننده افزایش یافت، ولی با افزایش بیش از 10 درصد وزنی از تقویتکننده، استحکام فشاري داربست ها کاهش یافت. از سوي دیگر، داربستهاي تهیه شده با هیدروکسی آپاتیت نانومتري داراي استحکام فشاري بیشتري نسبت به داربستهاي ساخته شده با هیدروکسی آپاتیت میکرومتري بودند. با افزایش مقدار هیدروکسی آپاتیت در داربست هاي کامپوزیتی و با گذشت زمان ،مقدار تخریب داربست افزایش مییابد. همچنین، نرخ تخرب پذیري داربستهاي تهیه شده با هیدروکسی آپاتیت نانومتري بهتر از داربستهاي ساخته شده با هیدروکسی آپاتیت میکرومتري بود. در کل چنین نتیجه گیري شد که داربستهاي تهیه شده با پودر نانومتري داراي خواصی بهینهتر نسبت به داربستهاي ساخته شده با پودر میکرومتري هستند.

Coatings with Improved Mechanical Properties” Journal of Alloys and Compounds, Volume 509, Issue 5, 3 February 2011, Pages 2273-2276.
N. Johari, M.H. Fathi, M.A. Golozar, “Fabrication Characterization and
Evaluation of the Mechanical Properties of Poly (E-Caprolactone)/Nano-Fluoridated Hydroxyapatite Scaffoldfor Bone Tissue Engineering”, Composites: Part B. 43, pp: 1671–1675, 2012.

24384-4798819

شکل 6- تغییرات وزن داربستهاي داربستهاي کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون- هیدروکسی آپاتیت تهیه شده با درصد وزنی گوناگون از هیدروکسی آپاتیت در محلول فسفات بافر سالین، در دماي 37 درجه سانتیگراد و در مدت زمان 30 روز.
ناصــ ري، ا.، حــــافظی، ف.، “طراحــ ی و ســــاخت نانوکامپوزیت هاي شیشه اي زیست تخریب پذیر با قابلیتکاربري در مهندسی بافت استخوان”، مجله علمی پژوهشی Refrences
M.H. Fathi, and A. Hanifi, “Evaluation and Characterization of Nanostructure Hydroxyapatite Powder Prepared by Simple Sol–Gel Method”, Materials
Letters. 61, pp: 3978–3983, 2007
M.H. Fathi, A. Hanifi, and V. Mortazavi, “Preparation and Bioactivity Evaluation of Bone-Like Hydroxyapatite Nanopowder”, Journal of Materials Processing Technology. 202, pp: 536–542, 2008.
W. Suchanek, M. Yoshimura, and J. Mater. Res. 13 (1998) 94–117.
M. Mazrooei., M. Sebdani,and
M.H.Fathi., “Novelhydroxyapatite– Forsterite–Bioglass Nanocomposite 12- M. Diba, M. Kharaziha, M.H. Fathi, and A. Samadikuchaksaraei, “Preparation and Characterization of Polycaprolactone /Forsterite Nanocomposite Porous Scaffolds Designed for Bbone Tissue Regeneration”, Composites Science and Technology, Vol. 72, Pages 716-723, 2012.
13- Y.Ung, S.S. Kim, H.K. Young, S.H. Kim, B.S. Kim, and S. Kim, “A poly (Lactic Acid)/ Calcium Metaphosphate Composite for Bone Tissue Engineering”, Biomater.26, 6314–6322, 2005. 14- K. Rezwana, Q.Z. Chena, J.J. Blakera, and A.R. Boccaccini, , “Biodegradable and Bioactive Porous Polymer/Inorganic Composite scaffolds for Bone Tissue Engineering”, Biomater.27,pp:3413–3431, 2006.
Y. Lei, B. Rai, , K. H. H.o, , and S. H. Teoh, ,” In Vitro Degradation of Novel Bioactive Polycaprolactone-20%
Tricalcium Phosphate Composit Scaffolds for Bone Engineering”, Mater. Sci. Engng C, Biomim.Supramol. Syst. 27, pp: 293– 298, 2007.
A. Yeo, B. Rai, E. Sju, J.J. Cheong, and Teoh SH. The Degradation Profile of Novel, Bioresorbable PCL-TCP Scaffolds: An in Vitro and in Vivo Study”, J Biomed مواد نوین، دوره 4، شـماره 14، صـفحه 11-30، زمـستان .1392
E. Ghassemieh, “Morphology and Compression Behavior of Biodegradable Scaffolds Produced by the Sintering Process”, J Eng Med. 222, pp:1247–1262, 2008.
Soamasundran, P., “Zeta Potantial Of Apatite In Aqueous Solution And Its Change During Equilibrium”, J. Colloid. Interface. Sci. 27, pp: 659-666, 1968.
R. Cristescu, A. Doraiswamy, G. Socol, S. Grigorescu, E. Axente, and D.
Mihaiescu, “Polycaprolactone Biopolymer Thin Films Obtained by Matrix Assisted Pulsed Laser evaporation”, Appl Surf Sci. 253, pp:6476–6479, 2007.
F.Yang, S.K. Both, and X. Yang, , Walboomers, X.F., Jansen, J.A.,
“Development of an Electrospun NanoApatite/PCL Composite Membrane for GTR/GBR Application”, Acta Biomater. 5,pp: 3295–3304, 2009.
M.H. Fathi, and E. Mohammadi
Zahrani, “Fabrication and Characterization Fluoridated hydroxyapatite Nanopowders Via Mechanical Alloying”, J Alloys Compd. pp: 475:408–414, 2009.

Mater Res A 84, pp:208-218, 2008.



قیمت: تومان


پاسخ دهید