17379

17379

ساخت كامپوزيت متخلخل نانوهيدروكسي آپاتيت/نايتينول براي كاربردهاي بافت سخت

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بايومواد

ارديبهشت ماه 1396

دكتر عليرضا خاوندي

دكتر شمس الدين ميردامادي

مواد و متالورژي

هيدروكسي‬آپاتيت به دليل داشتن خواصي چون؛ زيست‬سازگاري، زيست‬فعالي و توانايي پيوند با استخوان، به منظور ترميم و جايگزيني استخوان مورد توجه قرار گرفته است. اين ماده با وجود داشتن خواص بيولوژيكي منحصر به فرد، خواص مكانيكي مناسبي به منظور كاربرد در زمينه ايمپلنت‬هاي تحت بار از خود نشان نمي‬دهد. اين موضوع باعث تمركز مطالعات در راستاي بهبود خواص مكانيكي اين ماده شده است. يكي از راه‌هاي بهبود خواص مكانيكي هيدروكسي‬آپاتيت به‌عنوان يك بيوسراميك، تهيه مواد كامپوزيتي بر پايه هيدروكسي‬آپاتيت است. براين‬اساس، در اين پژوهش اثر افزودن تقويت‌كننده نايتينول به هيدروكسي آپاتيت با درصدهاي مختلفي از نايتينول به‌عنوان يك نانو كامپوزيت مورد ارزيابي قرار گرفت. نايتينول يك تركيب بين‬فلزي با خواص مكانيكي عالي و زيست سازگاري مناسب است. اين ويژگي‌ها ‬باعث تبديل اين آلياژ به يك آلياژ عالي براي كاربرد ايمپلنت استخواني ‌شده است. اما تابه‌حال مطالعات چنداني در راستاي بررسي اثر افزودن نايتينول به‌عنوان تقويت‌كننده بر خواص مكانيكي هيدروكسي‬آپاتيت انجام‌نشده است. در اين پژوهش نانو كامپوزيت متخلخل هيدروكسي‌آپاتيت تقويت‌شده با 5، 10 و 15 درصد وزني نايتينول به‌صورت موفقيت‌آميزي با روش متالورژي پودر توليد شد. به‌منظور بررسي تحولات فازي رخ‌داده در كامپوزيت پس از زينتر و بررسي سطح مقطع شكست به ترتيب از آناليز XRD، FTIR و SEM استفاده شد. درصد تخلخل و مقدار استحكام فشاري نيز به‌منظور مقايسه با خواص استخوان اندازه‌گيري شد. همچنين به‌منظور بررسي مقدار زيست‬سازگاري كامپوزيت توليدشده آزمون سميت سنجي، آنزيم آلكالين‬فسفاتاز و چسبندگي سلولي انجام شد. بررسي خواص مكانيكي نانو كامپوزيت‬هاي متخلخل توليدشده نشان داد كه؛ افزودن 10% نايتينول باعث افزايش استحكام فشاري ازMPa 46 بهMPa 67/67 در نانو كامپوزيت با 30% تخلخل و ازMPa 67/5 به MPa 33/10 در نانو كامپوزيت‬ با 50% تخلخل شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني تهيه‌شده از سطح شكست و مسير ترك، ثابت كرد كه اين افزايش استحكام در اين نانو كامپوزيت‌هاي متخلخل به دليل انحراف ترك به‌وسيله ذرات تقويت‌كننده نايتينول است. همچنين بررسي‌هاي سلولي، عدم سميت و چسبندگي سلولي مناسب در نانو كامپوزيت‌هاي متخلخل را تأييد كرد. بر اين اساس، مي‌توان نتيجه گرفت كه داربست نانو كامپوزيتي با 10% وزني نايتينول با داشتن خواص مكانيكي و زيستي بهينه مي‬تواند به‌عنوان يك جايگزين مناسب در كاربردهاي ارتوپدي استفاده شود.

1396/03/11

1/1/1900 12:00:00 AM

Despite the poor mechanical properties of hydroxyapatite, its unique biological properties leads to study on improving its properties rather than completely replacing it with other biomaterials. Accordingly, in this study the effect of adding Nitinol as a reinforcement with various percentages to matrix hydroxyapatite was eva​luated as a novel bio-nanocomposite. Nitinol is an intermetallic compound with excellent mechanical properties and good biocompatibility. These features makes this alloy as a excellent alloy for bone implant application. Unfortunately, a few studies had been done about the effect of Nitinol on the mechanical properties of hydroxyapatite. In this study, porous hydroxyapatite nanocomposite reinforced with 5, 10 and 15 Wt% Nitinol was produced by powder metallurgy successfully. In order to examine changes occurring in the composite phase after sintering and fracture surface, XRD, FTIR and SEM were used, Respectively. Also, porosity and the compressive strength were measured in the purpose comparing the bone properties. In order to eva​luate the biocompatibility of produced composite MTT assay, ALP enzyme and cell adhesion were conducted. Mechanical properties of produced porous nanocomposites showed that the by adding 10% Nitinol, compressive strength of nanocomposite with 30% porosity was increased from 46 MPa in pure hydroxyapatite to 67.67 MPa and compressive strength. of nanocomposite with 50% porosity was increased from 5.67 MPa to 10.33 MPa. Scaning Electron microscope images of the fracture surfaces and crack path, proved that by deviation crack by Nitinol particles the strength increased. According to cell research, nontoxicity and cell attachment suitable samples confirmed the biocompatibility of nanocomposites. It can be concluded that the nanocomposite scaffolds with 10 Wt% of Nitinol has optimal mechanical properties and biological, can be used as a good alternative for orthopedic applications.