تولید و مشخصه یابی فوم کامپوزیتی بیوسرامیکی نانوساختار برای کاربرد در مهندسی بافت

در سال های اخیر چالش اساسی برای تأمین مواد جدیدی که نیاز به کاشتنی های دائمی ساخته شده از مواد مهندسی را برطرف سازد و با تحریک مکانیزم های بازسازی خود بدن بافت ها را درمان و التیام بخشد، بوجود آمده است. مشخص شده که داربست ها و فوم های متخلخل که از موادی با ترکیب مشابه بافت مورد تعویض و ترمیم تهیه شده اند و دارای خواص بیولوژیکی و مکانیکی مناسب هستند، می توانند به عنوان یک الگوی سه بعدی موقت برای چسبیدن، تکثیر و مهاجرت سلول ها و شکل گیری بافت جدید عمل کنند. هیدروکسی آپاتیت به دلیل نزدیک بودن ترکیب شیمیایی به بخش معدنی استخوان و در نتیجه زیست سازگاری عالی برای سال های زیادی به عنوان ماده کلینیکی و جایگزین استخوان مورد استفاده قرار گرفته است. شیشه های زیست فعال نیز با بافت های سخت و نرم بدون باقی گذاشتن محل التیام پیوند برقرار می کنند و محصولات حاصل از انحلال آن ها باعث بیان سریع ژن هایی می شود که تشکیل استخوان و تولید فاکتورهای رشد را تنظیم می کند. در این پژوهش با توجه به مزایای بیوسرامیک های نانوساختار و فر ایند قالب ریزی ژل تلاش بر تولید فوم های نانوساختار از جنس هیدروکسی آپاتیت و شیشه زیست فعال متمرکز شد. به این منظور نانوپودرهای هیدروکسی آپاتیت و شیشه زیست فعال به روش سل-ژل تولید شد و فوم های کامپوزیتی از نانوپودرهای مذکور به روش قالب ریزی ژل تهیه شد. فوم های کامپوزیتی به منظور دست یابی به ترکیب خواصی چون ترکیب شیمیایی مشابه هیدروکسی آپاتیت با بخش معدنی استخوان و زیست فعالی و زیست اضمحلالی بالای شیشه زیست فعال با اضافه کردن پودر شیشه زیست فعال به پودر هیدروکسی آپاتیت به میزان صفر، 25، 50، 75 و 100 درصد وزنی تهیه شد. آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) به منظور بررسی ساختار فازی استفاده شد. بررسی مورفولوژی و توزیع اندازه حفرات فوم های کامپوزیتی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) انجام گرفت. آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (edx) برای مشخص نمودن ترکیب شیمیایی و بررسی یکنواختی توزیع دو پودر در ساختار استفاده شد. به منظور بررسی اندازه ذرات پودرهای اولیه و اندازه دانه فوم های کامپوزیتی تهیه شده، از میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) بهره گرفته شد. میزان تخلخل نمونه ها به دو روش یکی با استفاده از روش ارشمیدس و دیگری با اندازه گیری ابعاد فوم ها تعیین شد. مساحت سطح مخصوص و متوسط اندازه ذرات با استفاده از تکنیک جذب سطحی نیتروژن (bet) تعیین شد. آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن به منظور بررسی خواص زیست فعالی و زیست اضمحلالی فوم های تولیدی انجام گرفت و از روش های طیف سنجی فروسرخ با تبدیل فوریه (ftir)، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای تشخیص و تأیید تشکیل لایه آپاتیت و بررسی میزان پرشدن حفرات استفاده شد. از تکنیک طیف سنجی نشری نوری زوج پلاسمای القایی (icp-oes) برای تعیین میزان رهایش یون های کلسیم و فسفر از فوم های کامپوزیتی استفاده شد. نتایج به دست آمده تولید موفقیت آمیز فوم کامپوزیتی نانوساختار با میزان تخلخل بالاتر از 84 درصد، اندازه دانه کمتر از 50 نانومتر و اندازه حفره بین 100 تا 400 میکرومتر را نشان داد. با افزایش مقدار شیشه زیست فعال تا 25 درصد وزنی استحکام فوم ها افزایش داشت و افزایش بیشتر شیشه منجر به کاهش استحکام شد. مقادیر ماکزیمم به دست آمده برای استحکام فشاری و ضریب کشسانی به ترتیب برابر با 78/2 و 219 مگاپاسکال بود. مقادیر استحکام به دست آمده در محدوده حد استحکام پایینی برای استخوان اسفنجی است. نتایج آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن نیز زیست فعالی و زیست اضمحلالی بالای فوم های تولیدی را تأییدکرد. نتایج به دست آمده در مقایسه با نتایج دیگر محققین نشان داد که تولید فوم هیدروکسی آپاتیت تقویت شده با شیشه زیست فعال و همچنین کاهش اندازه ذرات تا مقیاس نانو باعث افزایش استحکام فشاری فوم ها می شود. به نظر می رسد که خواص به دست آمده برای فوم کامپوزیتی نانوساختار تولید شده می تواند این فوم را به عنوان کاندید نویدبخشی به منظور استفاده در کاربردهای مهندسی بافت مخصوصاً کاربردهایی که نیاز به تحمل بار ندارد مثل حامل دارو و سلول مطرح سازد. همچنین با تغییر نسبت هیدروکسی آپاتیت به شیشه زیست فعال می توان به نرخ کنترل شده ای از زیست فعالی و زیست اضمحلالی مورد نیاز برای کاربردهای مختلف دست پیدا کرد.