ساخت و مشخصه‌يابي داربست نانوكامپوزيتي پلي‌لاكتيك‌اسيد(PLA) حاوي نانوساختارهاي دوبعدي توسط ساخت افزايشي جهت كاربرد مهندسي بافت استخوان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

استخوان نقش حياتي در حمايت ساختاري بدن ايفا مي¬كند و با وجود قابليت بازسازي باليني، در آسيب¬هاي استخواني بسيار وسيع امكان ترميم خودبه¬خودي يا حتي ترميم با كمك داروها و مداخلات جراحي را ندارد. هم‌اكنون براي درمان آسيب¬هاي استخواني بزرگ بيشتر از پيوندهاي استخواني استفاده مي¬شود، اما اين پيوندها به دليل يافتن بافت پيوندي مناسب و واكنش¬هاي ايمني با محدوديت مواجه هستند. در اين موارد بهترين روش درماني، مهندسي بافت استخوان مي¬باشد كه طراحي و ساخت داربست متناسب با بافت موردنظر مهم‌ترين بخش آن را تشكيل مي¬دهند. تاكنون از روش¬هاي متفاوتي براي ساخت داربست استخواني استفاده‌شده است اما اين روش¬ها به دليل تكرارپذيري ضعيف، عدم كنترل راحت شكل، اندازه و هندسه منافذ و ابعاد داربست با محدوديت¬هايي روبه‌رو هستند. روش¬هاي ساخت افزايشي در دهه¬هاي اخير براي غلبه بر اين محدوديت¬ها توسعه‌يافته‌اند. مدل‌سازي رسوب ذوب¬شده يكي از متداول‌ترين روش¬هاي چاپ سه¬بعدي است كه امكان كنترل بيشتر بر تخلخل و اندازه منافذ را فراهم مي¬كند. همچنين انتخاب مواد مناسب براي دستيابي به ساختارهاي سه‌بعدي كاربردي، بسيار مهم است. پلي¬لاكتيك¬اسيد به دليل زيست سازگاري و قابليت چاپ مناسب مي‌تواند نامزد مناسبي به‌عنوان يك ماده زيستي براي چاپ داربست‌هاي مهندسي بافت استخوان باشد اما نرخ تخريب پايين، زيست‌فعالي، خواص مكانيكي و سلولي ضعيف آن موجب شده است از ذرات تقويت‌كننده براي ارتقا خواص آن استفاده كرد. در اين راستا هدف اصلي اين پژوهش، افزودن نانوذرات شيشه‌زيست‌فعال و نانوساختار دوبعدي مكسين (كاربيد تيتانيوم) به زمينه پلي‌لاكتيك‌اسيد و بررسي خواص داربست‌هاي چاپ سه‌بعدي كامپوزيت آن‌ها است. بدين منظور، ابتدا نانو ساختار دوبعدي مكسين با موفقيت از فاز مكس آن به دست آمد. شيشه‌زيست‌فعال آلايش‌شده با درصدهاي متفاوت استرانسيم نيز به روش سل-ژل ساخته شدند. پس از بررسي نتايج مشخصه يابي نانوذرات شيشه‌هاي‌زيست‌فعال، نمونه حاوي 3/6 درصد مولي اكسيد استرانسيم به‌عنوان نمونه بهينه براي ساخت كامپوزيت داربست‌ها انتخاب گشت. براي تعيين درصد بهينه نانوذرات شيشه‌‌زيست‌فعال، داربست سه‌بعدي پلي‌لاكتيك‌اسيد با درصدهاي وزني 10، 15، 20 و 25 شيشه‌‌زيست‌فعال به روش مدل‌سازي رسوب ذوب¬شده چاپ شدند. با توجه به خواص مكانيكي آن‌ها، داربست با 20 درصد وزني شيشه‌‌زيست‌فعال به‌عنوان نمونه بهينه براي افزودن نانو ساختار مكسين و بررسي تأثيرآن بر خواص داربست انتخاب شد. درنهايت داربست‌هاي پلي‌لاكتيك‌اسيد/ شيشه‌‌زيست‌فعال/مكسين، چاپ و مشخصه يابي شد. نتايج ارزيابي مورفولوژي داربست‌ها، حضور منافذ متعامد و به‌هم‌پيوسته در داربست‌ها و چاپ مطلوب آن‌ها را تائيد كرد. نتايج آزمون‌هاي زيست‌تخريب‌پذيري، زيست سازگاري و چسبندگي سلولي داربست‌ها نشان دادند افزودن نانوذرات شيشه‌‌زيست‌فعال به‌صورت قابل‌توجهي اين ويژگي‌هاي پلي لاكتيك اسيد را بهبود بخشيده است و حضور نانوساختار مكسين نيز نه‌تنها تأثير مخربي بر اين خواص نگذاشته است بلكه اثرات مثبتي مخصوصاً بر زيست‌تخريب‌پذيري داربست‌ها داشته است. افزودن مقادير اندك نانوساختار مكسين توانست خواص مكانيكي داربست‌ها را در مقايسه با افزودن شيشه‌‌زيست‌فعال تا دو برابر ارتقا دهد. همچنين حضور آن‌ها منجر به بهبود خاصيت آب‌دوستي و درنتيجه افزايش رشد و تكثير سلولي شد. بنابراين ارزيابي‌هاي انجام‌شده نشان داد افزودن هم‌زمان 20 درصد وزني نانوذرات شيشه‌‌زيست‌فعال و 4 درصد وزني نانوساختار مكسين به زمينه پلي‌لاكتيك‌اسيد و چاپ سه‌بعدي داربست نانوكامپوزيتي آن‌ها، داربستي با خواص زيست‌تخريب‌پذيري، زيست‌فعالي، زيست سازگاري و مكانيكي مناسب براي مهندسي بافت استخوان ارائه مي‌دهد.

231653

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان