امـروزه نـانوکامپـوزیت های پلیـمرهای زیست تخریب پذیر/ سـرامیک های زیسـت فعـال با دارا بـودن خـواص فیزیـکی و مکـانیکی و زیست سازگاری عالی از اهمیت ویژه ای در مهندسی بافت استخوان برخوردار هستند. در این پژوهش ریخت شناسی داربست های نانوکامپوزیتی پلی (هیدروکسی بوتیرات)/نانو هیدروکسی آپتایت (phb/nha) و چگونگی تخریب آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور داربست های نانوکامپوزیتی phb/nha به روش قالب گیری محلولی/شستن ذرات تهیه شده اند. این نمونه ها با درصد های وزنی متفاوت نمک نسبت به پلیمر ، 80، 85 و 90 درصد وزنی، و مقادیر مختلف nha، 0، 5/2، 5، 5/7، 10 درصد وزنی نسبت به پلیمر، ساخته شده و درصد تخلخل هر یک از داربست ها به روش نفوذ آب بدون یون درون تخلخل ها محاسبه گردیده، سپس ریخت تخلخل ها، پراکندگی آن ها، اندازه nha و پراکندگی این ذرات در بستر پلیمری، با آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و پخش انرژی اشعه x (edx) مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج آزمون sem نشانگر حضور تخلخل هایی با ابعاد200 تا 250 میکرون و ارتباط مناسب تخلخل ها با یکدیگر در نمونه داربست تهیه شده با حضور 90 درصد وزنی نمک می باشد و اینکه با افزایش درصد nha کاهش درصد تخلخل بسیار ناچیز و قابل صرفه نظر کردن است. مطالعه سازوکار تخریب نمونه های داربستی در محیط خارج از بدن در محلول بافر فسفات (pbs) و دمای °c2±38 به مدت 102 روز انجام شده است. با اندازه گیری کاهش وزن نمونه ها با گذشت زمان و آزمون های تبدیل فوریه زیر قرمز(ftir) و sem قبل و پس از تخریب، نحوه و مقدار تخریب نمونه ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که تخریب داربست های تهیه شده از phb/nha به صورت توده ای انجام می گیرد و بیشترین میزان تخریب برای نمونه های داربستی تهیه شده با 90 درصد وزنی نمک و 5/7 درصد وزنی nha است. با توجه به نتایج این پژوهش، می توان از داربست های نانوکامپوزیتی سه بعدی phb/nha در مهندسی بافت استخوان برای کشت و رشد سلول روی آن استفاده کرد.

پلی(هیدروکسی بوتیرات) (phb) پلیمری نیمه بلورین است که در حالت خالص از آب دوستی و تخریب پذیری بالایی برخوردار نیست، در این پژوهش داربست های آلیاژی phb/کیتوزان به روش آلیاژسازی محلولی/نمک شویی، به منظور استفاده در مهندسی بافت ساخته شد. ابتدا نمونه ها با درصدها متفاوت کیتوزان؛ 10، 20، 30 و 40 درصد وزنی، و نمک؛ 80 و 90 درصد وزنی، در دو غلظت phb ؛ 3 و g/dl 4 بر اساس طراحی آزمایش به روش تاگوچی با آرایه l8 تهیه شد. خروج حلال از داربست های آلیاژی، به روش انعقاد غوطه وری درون حمام ضدحلال na2co3 انجام شد که نقش خنثی کننده نمک های محلول را نیز داشت. سپس ریخت شناسی، آب دوستی و تخریب پذیری این داربست ها مورد مطالعه قرار گرفت. درصد تخلخل هر یک از داربست ها به روش نفوذ آب بدون یون درون تخلخل ها محاسبه گردید، سپس ریخت تخلخل ها و پراکندگی آنها با آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد مطالعه قرار گرفت. طیف های ft-ir نشان دادند که بلورینگی در داربست های آلیاژی با افزایش درصد کیتوزان در آلیاژ، کاهش یافته است. همچنین بر اساس این طیف ها هیچ برهمکنش خاصی بین زنجیرهای phb با کیتوزان به وجود نیامده است. تصاویر sem نشان داد که سطح زیرین داربست ها دارای حفره های باز و سطح رویی دارای حفره های بسته و ساختاری گره دار است. با افزایش مقدار کیتوزان در داربست های آلیاژی، حفره ها ساختار مکعبی خود را از دست داده اند و ارتباط بین حفره ها افزایش یافته است. نتایج sem، حفره های با ابعاد 300-250 میکرومتر ناشی از خروج ذرات نمک و حفره های استوانه ای شکل با ابعاد زیر 10 میکرومتر ناشی از خروج حلال توسط ضد حلال، را نشان می دهد. نتایج آزمون زاویه تماس، حاکی از افزایش زاویه تماس با افزایش مقدار نمک و کاهش نامحسوس زاویه تماس با افزایش مقدار کیتوزان می باشد. براساس آزمون جذب آب، با افزایش مقدار کیتوزان جذب آب نمونه ها به طرز مشهودی افزایش یافته است. مطالعه تخریب داربست ها در خارج از بدن در محلول بافر فسفات (pbs) و دمای oc 2±38 به مدت 14 هفته نشان داد که بیشترین مقدار تخریب برای نمونه های داربستی تهیه شده با 90% نمک و 40% کیتوزان می باشد. براساس تحلیل های آماری انجام شده بر روی نتایج، توسط نرم افزار آماری qualitek داربست های تهیه شده با 90% نمک و 40% کیتوزان دارای خواص بهینه می باشند. با توجه به نتایج این پژوهش، می توان از داربست های آلیاژی سه بعدی phb/کیتوزان در مهندسی بافت غضروف استفاده کرد.

کبد یکی از بزرگترین و پیچیده ترین اعضاء بدن است. کبد دارای اعمال متعددی است که برای زندگی ضروری است بنابراین تحقیق بر روی روشی برای ساخت بافتی برای پیوند یا جایگزین کبد در مواردی که با مشکلات کبدی روبرو هستیم از جمله موارد با اهمیت در این زمینه می باشد که مهندسی بافت از جمله راههای پرکاربرد و موفقیت آمیز برای پیوند و جایگزینی اعضای مختلف بدن به شمار می رود. استفاده از فوق ساختارهای منسوجی به عنوان داربست های مهندسی بافت پیش از این نیز در مطالعات مختلفی مورد پیشنهاد قرار گرفته است. این امر به دلیل توانایی این محصولات در فراهم آوردن آرایش فضایی بهینه و شرایط تغذیه ای مناسب برای حفظ سلول ها از طریق آرایش عوامل ساختاری نظیر منافذ میان الیاف می باشد. در این تحقیق به منظور تهیه داربست کبدی نانو الیاف پلی کاپرولاکتون با آرایش یافتگی بالا صفحه جمع کننده جدیدی طراحی شده که با یک استپ موتور به دوران در می آید و هدف تولید داربستی با توزیع آرایش یافتگی و تخلخل بالا می باشد تا رشد سلولی به خوبی در آن امکان پذیر باشد در این تحقیق به عنوان پلیمر پایه ساخت الیاف نانو از پلی ?- کاپرولاکتون با وزن مولکولی80000 = ¯(m_n ) ، تهیه شده از شرکت سیگما- آلدریچ آلمان استفاده گردید .و به عنوان حلال از دی متیل فرمامید ودی کلرومتان استفاده گردید . دی کلرومتان یک حلال خوب است اما دی متیل فرمامید یک حلال بسیار ضعیف برای این پلیمر، ولی الکترولیت بسیار خوبی است و در هنگام عملیات الکترو ریسی باعث تولید الیاف ظریف می شود در اینجا برای اینکه بتوانیم بر مسیر نشست نانو الیاف روی صفحه ی جمع کننده کنترل داشته باشیم ، از سیم هایی استفاده شده که روی صفحه دایره ای شکل به شکل قطرهای دایره بسته شده است که با اتصال آنها به سر منفی دستگاه الکتروریسی و اتصال سر مثبت آن به سرنگ حاوی محلول مورد نظر , نانو الیاف به شکلی مشابه تار عنکبوت روی سیم ها جمع می شوند .بدین ترتیب هم بر مسیر نشست نانو الیاف کنترل خواهیم داشت و هم به کشیده شدن و بهبود ظرافت الیاف کمک خواهد شد. اساس کار این جمع کننده بر این اصل است که صفحه جمع کننده دایره ای شکلی با سیم هایی که به صورت قطر های دایره روی آن طراحی شده و صفحه جمع کننده به یک استپ موتور وصل است که باعث چرخش صفحه جمع کننده می شود و سرعت چرخش را می توان تنظیم کرد. زیرا هدف تهیه وب الیاف به شکلی شبیه تار عنکبوت و با توزیع آرایش یافتگی بالا می باشد. بدین ترتیب آزمایشات متفاوت با تغییر فواصل سیم های روی صفحه جمع کننده و تغییر سرعت دوران صفحه جمع کننده انجام گرفته است و نتایج به دست آمده بررسی شده است. بنابر این نمونه شماره 4 با زاویه 40 درجه و سرعت دورانی 90 شرایط بهینه را دارد و دارای بالاترین توزیع آرایش یافتگی می باشد . همچنین از نتایج به دست آمده مشخص می شود که نسبت سرعت دوران و زاویه قرارگیری سیم ها در توزیع آرایش یافتگی الیاف تاثیر دارد زیرا در نمونه 4 که زاویه سیم ها 40 و سرعت دورانی 90 بوده است میزان توزیع آرایش یافتگی بیش از نمونه 1 با زاویه سیم 40 و سرعت دورانی 60 بوده است و از طرفی نمونه 2 با زاویه سیم 30 و سرعت دورانی 60 توزیع آرایش یافتگی بیشتری نسبت به نمونه 5 با زاویه سیم 30 و سرعت دورانی 90 دارد بنابراین برای رسیدن به توزیع آرایش یافتگی بیشتر باید زاویه قرار گیری سیم های صفحه جمع کننده و سرعت دورانی صفحه جمع کننده با هم در ارتباط مستقیم باشد.

روش¬های درمانی جراحات تاندون و لیگامنت به عنوان یکی از شایع¬ترین جراحات وارده بر بدن به خصوص در میان افراد جوان از اهمیت زیادی برخوردار است. به غیر از روش¬های درمانی رایج در استفاده از گرافت¬های بیولوژیکی و مصنوعی، انواع روش¬های مهندسی بافت روش نوید بخش¬تری در شبیه¬سازی بافت تاندون و لیگامنت طبیعی ارائه می¬کنند. هدف از انجام این تحقیق، طراحی و مدل¬سازی داربست نخ هیبریدی تاب¬دار متشکل از الیاف ابریشم و p3hb در مهندسی بافت تاندون و لیگامنت می¬باشد. به منظور مدل-سازی، بهینه¬سازی و شبیه¬سازی رایانه¬ای رفتار مکانیکی داربست نخ تاب¬دار چند لایه، از روش پیش¬بینی شبکه عصبی، بهینه¬سازی الگوریتم ژنتیک و شبیه¬سازی اجزاء محدود استفاده شده است. در ابتدا براساس روش نمونه¬گیری تاگوچی و متغیر¬های تعداد فیلامنت¬های ابریشم و میزان تاب در هر لایه از نخ تاب¬دار 4 لایه، نمونه¬گیری انجام و خواص مکانیکی اندازه¬گیری شد. در ادامه با استفاده از الگوریتم آموزش انتشار خطای پس¬رو، بهترین ساختار شبکه عصبی با یک لایه میانی، 8 نرون در لایه ورودی، 8 نرون در لایه میانی، 3 نرون در لایه خروجی، توابع انتقال تانژانت هایپربولیک، سیگموئیدی و خطی با نرخ آموزش 01/0 با توجه به خطای کمتر شبکه انتخاب شد. با کمک شبکه عصبی فوق، بهینه¬سازی الگوریتم ژنتیک با حدود 10% خطا در پیش¬بینی خواص مکانیکی و ارائه بهترین ساختار نخ تاب¬دار نزدیک به خواص مکانیکی بافت تاندون و لیگامنت هدف طراحی گردید. با شبیه¬سازی رایانه¬ای اجزاء محدود تغییرات تنش و کرنش ساختار تشکیل دهنده نخ تاب¬دار بررسی شد. در ادامه نخ هیبریدی تاب¬دار، متشکل از الیاف الکتروریسی شده پلی(3-هیدروکسی بوتیرات) (p3hb) و میکرو الیاف ابریشم طراحی گردید. به این منظور در ابتدا شرایط بهینه الکتروریسی پلیمر p3hb با 5% غلظت محلول پلیمری، 10 کیلو¬ولت اختلاف ولتاژ ، 20 سانتیمتر فاصله ریسندگی و 5/0 میلی¬لیتر بر ساعت نرخ تغذیه به دست آمد. در شرایط بهینه الکتروریسی قطر متوسط الیاف 1271 نانو¬متر اندازه¬گیری شد. با پوشش¬دهی الیاف الکتروریسی شده بر سطح فیلامنت¬های ابریشمی و استفاده از یک مرحله تابندگی بعد از مرحله پوشش¬دهی، نخ هیبریدی به دست آمد. با استفاده از آنالیز طیف¬سنجی مادون قرمز عدم ایجاد برهم¬کنش جدید بین دو جزء ابریشم و p3hb در یک ترکیب نخ هیبریدی بررسی شد. در آخر ارزیابی سلول سازگاری داربست¬های هیبریدی و غیر¬هیبریدی با استفاده از سلول¬های فیبروبلاست l929 به روش مستقیم و غیر¬مستقیم انجام و عدم سمیت سلولی داربست¬ها اثبات شد. رشد سلولی بهتر داربست هیبریدی در روز سوم در مقایسه با داربست غیر¬هیبریدی بیانگر تاثیر مثبت الیاف الکتروریسی شده در ساختار می¬باشد.

در حال حاضر ساخت انواع داربست¬های کامپوزیتی مهندسی بافت و مطالعه رفتار آن¬ها در محیط¬های برون¬تنی و درون ¬تنی، به دلیل ترکیب شدن خواص مفید دو یا چند ماده در راستای رسیدن به نیاز¬های مکانیکی و فیزیولوژیکی بافت میزبان، مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش ساخت و بررسی خواص داربست¬های نانوکامپوزیتی پلی¬هیدروکسی-بوتیرات/شیشه زیست¬فعال به روش الکتروریسی جهت کاربرد در مهندسی بافت استخوان می¬باشد. در این طرح ابتدا نانوذرات شیشه زیست¬فعال به روش سل-ژل تهیه شد سپس داربست¬های کامپوزیتی با نسبت¬های ترکیبی 0، 5/7، 10 و 15 درصد وزنی نانوذرات شیشه نسبت به پلیمر به روش الکتروریسی تهیه شد. آزمون¬های xrd، fesem،tem برروی نانوذرات نشان داد که این ذرات دارای ساختاری آمورف می¬باشند و اندازه ذرات آن¬ها کمتر از 100 نانومتر می¬باشد. تصاویر sem نیز نشان داد که داربست¬های نانوالیافی دارای توزیع یکنواختی از تخلخل¬های درون¬مرتبط با حجم تخلخل بالای %80 می¬باشند. نتایج حاصل از ftir حضور هر دو فاز پلیمر و نانوذرات شیشه را در داربست کامپوزیتی ثابت کرد. ارزیابی زیست¬فعالی داربست¬ها حاکی از آن است که برروی سطح داربست¬های حاوی نانوذرات شیشه، هیدروکسی¬آپاتیت تشکیل شده است. تست کشش نشان داد که داربست نانوکامپوزیتی حاوی 5/7 درصد وزنی نانوذرات بیشترین استحکام را دارد. ارزیابی زیست-تخریب¬پذیری داربست¬ها بیانگر این امر بود که تغییر محسوسی در کاهش وزن و همچنین مرفولوژی آن¬ها در مدت زمان 8 هفته صورت نگرفته است. نتایج حاصل نشان داد که داربست¬های نانوکامپوزیتی پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات/شیشه زیست¬فعال حاوی5/7 درصد وزنی نانوذرات که به روش الکتروریسی تهیه می¬شوند می¬توانند گزینه مناسبی برای کاربرد در مهندسی بافت استخوان باشند.

کامپوزیت ها از نظر ساختار اجزاء تشکیل دهنده، دارای انواع مختلفی مانند لایه ای و تقویت شده با الیاف می باشند که به دلیل تأثیر گذاری بیشتر در خواص، نوع تقویت شده با الیاف آن کاربرد بیشتری دارد. از آن جایی که فرآیند شکل دهی این مواد بسیار زمان بر بوده و مستلزم صرف هزینه های قابل توجه می باشد، مدل سازی گرمایی و مکانیکی این گونه مواد، می تواند جهت دستیابی به چیدمان بهینه و حصول ویژگی های گرمایی و مکانیکی مناسب، کمکی شایان توجه نماید. از این رو در پژوهش حاضر، به مدل سازی و بهینه سازی ویژگی های مکانیکی و گرمایی کامپوزیت سیلیکون کاربید - کربن پرداخته شده است، که در آن الیاف پیوسته کربن، فاز تقویت کننده و سیلیکون کاربید نقش زمینه را ایفا می نماید. مدل سازی گرمایی و مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، به دلیل تفاوت مقیاس اجزاء تشکیل دهنده کامپوزیت با کامپوزیت شکل گرفته، بسیار پیچیده بوده و نیازمند به کار گیری ابرکامپیوترها می باشد. در پژوهش حاضر، برای مدل سازی گرمایی و مکانیکی کامپوزیت سیلیکون کاربید - کربن ، از روش دو مقیاسی بهره گرفته شده است. در این روش، الیاف و زمینه اطراف آن، ابتدا در مقیاس میکرو مورد مدل سازی قرار گرفت و پس از حصول نتایج و تعمیم آنها به یک لایه کامپوزیت تک جهته، زاویه چرخش لایه ها نسبت به یکدیگر در مقیاس ماکرو مدل سازی گردید و نقش این مشخصه ها و شرایط بهینه رفتار حرارتی و مکانیکی کامپوزیت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. در نهایت نحوه چیدمان بهینه پیشنهاد شد. در این چیدمان، نحوه آرایش لایه ها به این شکل است که هر لایه نسبت به لایه قبلی به مقدار 10 درجه ساعتگرد تغییر زاویه خواهد داشت. این چیدمان منتج به دستیابی به ضریب هدایت گرمایی ("w" /m".k" ) 732/1 و مدول الاستیک (gpa) 58 در راستای صفحه کامپوزیتی ده لایه گردید. این چیدمان نسبت به سایر چیدمان ها، با زاویه چرخش های 30،15 و 45 درجه، بهترین شکل قرارگرفتن مواد در کنار یکدیگر را، جهت بالا بردن ضریب هدایت گرمایی در یک جهت و همچنین حداکثر مدول الاستیک در جهت دیگر ارائه کرد.در پایان به منظور راستی آزمایی نتایج حاصل از مدل سازی، از مراجع، مشخصه مدول الاستیک برای یک نمونه تجربی انتخاب گردید و توسط مدل سازی مورد تحلیل قرار گرفت. با توجه به اینکه راستی آزمایی بر اساس اطلاعات بدست آمده از مقیاس میکرو بوده و تنها ساختار کامپوزیت از نمونه تجربی برگرفته شده است، میتواند صحه گذاری مناسبی برای اطلاعات حاصل از مدل سازی برای هر دو مقیاس میکرو و ماکرو تلقی گردد.میزان تطابق نتیجه حاصل از مقایسه مدل سازی و نمونه تجربی ارائه شده در مرجع برای مشخصه مدول الاستیک بیش از 94 درصد بود، که این تطابق بیانگر دقت مناسب مدل ایجاد شده می باشد.