25786

بررسي پارامترهاي موثر بر ساخت كامپوزيت‌هاي كلسيم فسفات - پليمري به روش ساخت افزايشي

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1397-1400

1400/9/3

دكتر حميدرضا رضايي-دكتر جعفر جوادپور

دكتر سيدامير غفاري

مهندسي مواد و متالورژي

امروزه مهم ترين كاربرد چاپگرهاي سه بعدي در علوم پزشكي، ساخت داربست‌هاي مهندسي بافت است. مهندسي بافت دانش بين رشته‌اي است كه توانايي بالقوه براي ترميم يا بازسازي اندام جديد در بدن انسان را فراهم مي‌كند. مهترين عامل كاركرد در مهندسي بافت، داربست‌‌هاي سه ‌بعدي هستند كه به تقليد از ماتريس خارج سلولي (ECM) طبيعي بدن توسط روش‌هاي مختلفي از مواد زيست‌سازگار مختلف شامل پليمرها، سراميك‌ها، فلزات و مواد طبيعي استخراج يافته از بدن توليد مي‌شوند. جديدترين و دقيق‌ترين روش توليد داربست‌هاي مهندسي بافت، چاپگرهاي سه ‌بعدي هستند. چاپگر سه بعدي از فايل ديجيتالي ارائه شده به آن، لايه به لايه نمونه فيزيكي را مي‌سازد و توانايي توليد هر نوع داربست با هر شكل و اندازه را دارد. دقت عالي و سرعت فوق العاده چاپگرهاي سه بعدي، آنها را به محبوب ترين روش توليد داربست هاي مهندسي بافت مبدل كرده است.در تحقيق حاضر، تاثير ماده پلي وينيل پيروليدون بر ساخت داربست‌هاي استخواني كيتوسان-ژلاتين/ هيدروكسي آپاتيت بررسي شده است. در انجام اين تحقيق از روش چاپ سه بعدي روبوكستينگ بر پايه اكستروژن استفاده شده است كه داربست‌ها با هندسه از پيش طراحي شده در دماي 20 درجه سانتيگراد كه به عنوان دماي سل ژل چاپ شدند. درمورد فرايند چاپ سه بعدي پارامترهايي نظير دماي چاپ، سرعت پرشدن و سرعت چاپ بررسي شده است. همچنين رئولوژي كامپوزيت‌هاي هيدروژلي مورد بررسي قرار گرفته است ومشاهده شده است كه تمام كامپوزيت هاي هيدروژلي رفتار نازك شدن برشي كه براي شرط اصلي براي چاپ سه بعدي مبتني بر اكستروژن است را دارا مي‌باشند. پس از فرايند چاپ سه بعدي براي افزايش خواص مكانيكي داربست‌ها از محلول گلوتارآلدهيد 2 درصد استفاده شده است و به دنبال آن براي حذف حلال‌هاي گير افتاده و همچنين كمك به حفظ ساختار، داربست‌هاي چاپ شده تحت عمليات خشك كن انجمادي قرارگرفتند بنابراين يك ساختار متخلخل به دست آمد كه تخلخل‌ها توسط ميكروسكوپ الكتروني عبوري مورد بررسي قرار گرفته و نشان داده شده است كه در محدوده 900-500 ميكرومتر كه تخلخل قابل قبولي براي استخوان اسفنجي است قرار دارند. آزمايش هاي زيستي نيز در اين پروژه مورد بررسي قرار گرفته است از جمله رفتار زيست تخريب پذيري داربست‌ها با قراردادن نمونه‌ها به مدت 28 روز درمحلول بافرفسفات سالين و اندازه گيري تغييرات وزن و pH آن‌ها بررسي شد. ازطرف ديگر زيست فعالي داربست‌ها نيز توسط قراردادن در محلول شبيه ساز بدن بررسي شده و مشاهده شده است كه تمام داربست‌ها توانايي رسوب هيدروكسي‌آپاتيت را دارا مي‌باشند. از طرف ديگر زيست سازگاري داربست‌ها توسط سلول‌هاي پري استئوبلاست M3C3-E1 به مدت 7 روز كشت ارزيابي شد. قابليت زنده ماندن سلول‌ها به روش MTT انجام شد كه مشاهده شده است كه با افزودن ماده پلي وينيل پيروليدون قابليت زنده ماني سلولي تا 5 برابر افزايش يافته است. همچنين نشان داده شده است كه ماده پلي وينيل پيروليدون در رفتار آنتي باكتريال نمونه‌ها نيز موثر بوده است.

1400/10/06

Investigation of effective parameters on fabrication of calcium phosphate-polymer composites by incremental fabrication method

11/24/2022 12:00:00 AM

Today, the most important application of 3D printers in the medical sciences is the fabrication of tissue engineering scaffolds. Tissue engineering is an interdisciplinary field of knowledge that provides the potential for repair or regeneration of new organs in the human body. The most important functional factors in tissue engineering are three-dimensional scaffolds that are produced by imitating the body's natural extracellular matrix (ECM) by various methods from various biocompatible materials including polymers, ceramics, metals and natural materials extracted from the body. The latest and most accurate method of producing tissue engineering scaffolds are 3D printers. The 3D printer builds the physical sample layer by layer from the digital file provided to it and has the ability to produce any type of scaffold with any shape and size. The high precision and high speed of 3D printers have made them the most popular method of producing tissue engineering scaffolds. In the present study, the effect of polyvinyl pyrrolidone on the fabrication of chitosan-gelatin / hydroxyapatite bone scaffolds was investigated. In this research, extrusion-based robusting 3D printing method was used, in which the scaffolds were pre-designed with geometry at 20 ° C and printed as sol-gel temperature. Regarding the 3D printing process, parameters such as printing temperature, filling speed and printing speed have been investigated. The rheology of hydrogel composites has also been studied and it has been observed that all hydrogel composites have a shear thinning behavior which is the main condition for extrusion-based 3D printing. After the 3D printing process, 2% glutaraldehyde solution was used to increase the mechanical properties of the scaffolds, and then to remove the trapped solvents and also to help maintain the structure, the printed scaffolds were subjected to freeze-drying, thus creating a porous structure. The porosities were examined by a passing electron microscope and shown to be in the range of 900-500 μm, which is acceptable porosity for spongy bone. Biological experiments have also been studied in this project, including the biodegradability behavior of scaffolds by placing samples for 28 days in saline phosphate solution and measuring their weight and pH changes. On the other hand, the bioactivity of the scaffolds was examined by placing them in the body simulator solution and it was observed that all scaffolds have the ability to precipitate hydroxyapatite. On the other hand, the biocompatibility of the scaffolds was evaluated by M3C3-E1 pre-osteoblast cells cultured for 7 days. Cell viability was assessed by MTT method, which was observed to increase cell viability up to 5 times with the addition of polyvinyl pyrrolidone. Polyvinyl pyrrolidone has also been shown to be effective in the antibacterial behavior of samples.

ماتريس خارج سلولي، چاپ سه بعدي، داربست استخوان، كامپوزيت‌هاي هيدروژلي، پلي وينيل پيروليدون

Extracellular matrix, 3D printing, Bone scaffolding, Hydrogel composites, Poly vinyl pyrrolidone