بررسی تاثیر استفاده از نانولوله های کربنی بر خواص مکانیکی بافت استخوان

پس از بلوغ، چگالی و در نتیجه مقاومت استخوان به تدریج کاهش می یابند. در انسان سالم این فرایند با کاهش جزئی چگالی همراه بوده و خواص مکانیکی استخوان در حد قابل قبولی حفظ می گردند. اما در بیماری پوکی استخوان که با کاهش شدید چگالی همراه است، مقاومت استخوان به میزان قابل توجهی پایین می آید تا جایی که ممکن است استخوان حتی با بلند کردن یک بار سبک شکسته شود. با توجه به تعداد رو به افزایش مبتلایان به این بیماری، نیاز مبرمی به بهبود خواص مکانیکی بافت استخوان و یا تولید استخوان مصنوعی احساس می گردد. با توجه به خواص مکانیکی برجسته و زیست سازگاری نانولوله های کربنی، همچنین شباهت های ظاهری آنها با فیبرهای طبیعی استخوان، جایگزینی فیبرهای کلاژن با نانولوله های کربنی به عنوان یکی از راهکارهای پیشنهاد شده در این زمینه موضوع تحقیقات زیادی بوده است. بهبود خواص مکانیکی بافت در اثر این فرایند به نحوی به وسیله خواص مکانیکی برتر نانولوله های کربنی نسبت به فیبرهای کلاژن تضمین شده است. مطالعات انجام گرفته در این زمینه نیز موید این امر می باشند. اما از طرف دیگر باید این نکته را در نظر داشت که استخوان یک بافت پویا بوده که به طور پیوسته نوسازی می گردد. توجه به وابستگی فرایند نوسازی استخوان به محرکهای مکانیکی و همچنین اختلاف قابل توجه بین خواص مکانیکی نانولوله های کربنی و فیبرهای کلاژن، این شبهه را به وجود می آورد که این تغییرات ممکن است باعث ایجاد یک ناهماهنگی در نرخ طبیعی فرایند نوسازی و در نهایت چگالی و خواص مکانیکی استخوان گردند. همچنین این احتمال می رود که نانولوله ها با دستکاری خواص بافت، رفتار ترک در استخوان را که یکی از عوامل تأثیرگذار در فرایند نوسازی به شمار می رود، تغییر دهند. در این پایان نامه برای بررسی این موارد از یک تئوری نیمه مکانیکی در زمینه نوسازی استخوان استفاده شده است که در آن انرژی کرنشی و یا چگالی آن به عنوان محرک مکانیکی فرایند نوسازی استخوان شناخته می شود. این تئوری بر این ایده استوار است که استئوسایتها به عنوان حسگر عمل کرده و میزان انرژی کرنشی (و یا چگالی آن) را در استخوان می سنجند وسپس سیگنالهای محرک متناسب به استئوبلستها جهت شروع فرایند تولید استخوان ارسال می نمایند. بر این اساس، هرگونه تغییری در پخش انرژی کرنشی قطعاً بر نرخ نوسازی استخوان و در نتیجه چگالی و مقاومت مکانیکی آن تأثیر می گذارد. نتایج این تحقیق بهبود اولیه خواص مکانیکی بافت استخوان را در اثر استفاده از نانولوله های کربنی تأیید می کند. اما از طرف دیگر، نتایج نشان می دهد که استفاده از نانولوله های کربنی برای تولید استخوان مصنوعی و یا ترمیم قسمتهای آسیب دیده استخوان طبیعی منجر به کاهش نرخ فرایند نوسازی و در نهایت کاهش چگالی و مقاومت مکانیکی آن می گردد.