شماره ركورد
28661
پديد آورنده
نرگس ناصحي گوگجه
عنوان
ساخت و مشخصهيابي ميكروكرات كامپوزيتي كيتوسان- شيشه زيستي حاوي منگنز به منظور رهانش يوني كنترل شده براي كاربرد در مهندسي بافت
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
سال تحصيل
1394
تاريخ دفاع
1402/4/3
استاد راهنما
بيژن افتخاري يكتا- جعفر جوادپور
استاد مشاور
محمدرضا باغبان اسلامي نژاد
دانشكده
مهندسي مواد
چكيده
با توجه به چالشهاي موجود در مسير مهندسي بافت استخوان، هدف از انجام پژوهش حاضر ساخت ميكروكرات
با كاركرد پركننده استخواني و قابليت رهايش يوني كنترل شده براي تهييج دوگانه استخوان زايي و رگزايي
ميباشد. براي رسيدن به اين هدف در ابتدا ساخت ميكروكرات شيشه با روش دما پايين سل-ميكروامولسيون-ژل
انجام شد و تاثير تغيير پارامترهاي فرآيندي مانند اندازه محفظه امولسيون و سرعت همزدن بر موفولوژي و اندازه
ميكروكرات بررسي شد. تحت شرايط بهينه ميكروكرات سالم با متوسط اندازه 19/36.± 9/35 µmو توزيع اندازه
باريك بدست آمد. نتايج حاصله نشان داد كه افزايش اندازه محفظه واكنش، منجر به افزايش اندازه ميكروكرات
و افزايش توزيع اندازه آنها ميشود. همچنين افزايش سرعت هم زدن، نيروهاي برشي وارد بر فاز آبي را تشديد
كرده و منجر به توليد ميكروكراتي با اندازه كوچكتر شد. بهطوريكه با افزايش سرعت همزدن از 25orpmبه
100orpmاندازه ميكروكرات از 133/23 ± 62/79 µmبه 13/19.± 3/36 µmكاهش مييابد. عليرغم نتايج
حاصله، دستيابي به ميكروكرات سالم با اندازه بزرگتر براي كاركرد مد نظر موفقيتآميز نبود و مسير جايگزين
براي ادامه پژوهش در نظر گرفته شد.
در مسير جديد به منظور جلوگيري از ترك خوردن و فروپاشي ميكروكرات در مراحل سنتز، پليمر كيتوسان در
تركيب ميكروكرات وارد شد. بدين ترتيب تهيه ميكروكرات كامپوزيتي كيتوسان-مس/ شيشه زيست فعال حاوي
منگنز، به منظور ايجاد ميكروكامپوزيتي با خواص تركيبي مشابه با بافت استخوان و زيست فعالي مطلوب با قابليت
رسانش هدفمند و كنترل شده يونهاي درماني جزو اهداف پژوهش حاضر در نظر گرفته شد.
براي اين منظور ابتدا پودر شيشه زيست فعال در سيستم SiO2- CaO- Na2O- P2O5با مقادير 5 ،2 ،1و 7درصد
مولي اكسيدمنگنز با استفاده از روش سل-ژل تهيه شده و اثر مقادير مختلف اكسيدمنگنز بر ساختار، زيست فعالي
و سميت سلولي پودر، مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. خواص حرارتي، تركيب شيميايي، ساختار فازي، سطح
ويژه و پيوندهاي مشخصه پودر شيشه به ترتيب با آناليز حرارتي افتراقي همزمان، طيف سنجي فلوئورسانس
اشعه ايكس، پراش پرتو ايكس، آزمون جذب و واجذب نيتروژن و طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز مطالعه
شد. پودر شيشه با سطح ويژه 15/741 m2/gو متوسط اندازه تخلخل 14/118 nmو تبلور دوفاز بلوري كامبايت
و سيليكورنانايت پس از عمليات حرارتي در دماي 650°Cبه مدت 1ساعت بدست آمد. نتايج نشان داد حضور
اكسيدمنگنز منجر به كاهش دماي بلوري شدن و ممانعت از تبلور فاز سيليكورنانايت شده است. بررسيهاي انجام شده پس از غوطهوري نمونهها در محلول شبيه سازي شده بدن افزايش پايداري شيميايي و كاهش در ميزان
زيست فعالي پودرهاي سنتز شده با افزايش درصد اكسيدمنگنز را تاييد كرد. آزمون سنجش سميت سلولي عدم
سميت سلولي نمونهها در حضور سلولهاي استرومايي موش و افزايش فعاليت ميتوكندري سلولها پس از 7روز
را نشان داد. سپس ميكروكرات كامپوزيتي كيتوسان-مس/ شيشه زيست فعال حاوي منگنز با روش ژل شدن يوني
با اندازه تقريبي 910/8 75±/2 µmتهيه شد. تاثير حضور پودر شيشه بر بافت سطحي، زيست تخريب پذيري، قابليت
جذب آب و زيست فعالي ميكروكرات بررسي شد. نتايج حاصل از تصاوير تهيه شده با ميكروسكوپ الكتروني
روبشي، افزايش زبري سطح در حضور پودر شيشه را نشان داد. قابليت جذب آب ميكروكرات در 3ساعت ابتدايي
حدود 70درصد بدست آمد و نمونه حاوي 25نسبت وزني شيشه، بيشترين مقدار جذب آب را پس از 24ساعت
(حدود 105درصد) نشان داد. درصد تخريب ميكروكرات كامپوزيتي و ميكروكرات كيتوسان بعد از گذشت 60
روز در محلول بافر فسفاتي كمتر از 10درصد بود. همچنين، ميزان تخريب با افزايش مقدار پودر شيشه افزايش
يافت. بررسي تشكيل آپاتيت در محلول شبيه سازي شده بدن، مويد بهبود توانايي تشكيل رسوب آپاتيت در حضور
پودر شيشه و تاثير مثبت غلظت پودر شيشه بر زيستفعالي ميكروكرات بود. بررسي رهايش يونهاي منگنز و مس
در محيط كشت سلولي، پروفايل رهايش متفاوت و كنترل شده دو يون مذكور را تاييد كرد. نتايج آزمون سميت
نقش حمايت كننده در تكثير سلولهاي استرومايي موش را، براي ميكروكرات كامپوزيتي نشان داد. بررسي تمايز
استخواني با استفاده از رنگ آميزي آليزارين رد، رسوب بالاتر كلسيم در حضور شيشه زيست فعال را براي
ميكروكرات كامپوزيتي تاييد كرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/06/13
عنوان به انگليسي
Fabrication and characterization of chitosan- manganese containing bioactive glass composite mcrosphere for controlled ion release in bone tissue engineering application
تاريخ بهره برداري
6/23/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
نرگس ناصحي گوگجه
چكيده به لاتين
The aim of the present research was to synthesis bioactive glass microspheres as bone filler with controlled ion release ability for stimulation of osteogenesis and angiogenesis as well. The glass microspheres were synthesized through a low temperature sol-microemulsion-gel method. Then, the effects of various processing parameters such as reaction chamber volume and stirring rate on obtained microspheres diameters were evaluated. Upon to results, the diameter of glass microspheres increased with increasing of reaction chamber volume as well as decreasing of stirring speed of solution; so that by increasing the stirring speed from 250 rpm to 1000 rpm, the glass microspheres diameter was decreased from 133.23 ± 62.79 µm to 13.19 ± 3.36 µm. The larger spheres cracked during drying and subsequent steps, while the smaller ones were defect-free. Under optimized processing parameters, narrow size glass microsphere with an average diameter of 19.36 ± 9.35 µ was synthesized; however, this average diameter did not satisfy the object of the present work.
Therefore, chitosan was included, and composite microspheres based on the chitosan/glass to induce properties similar to bone tissue and desirable bioactivity were synthesized. In order for controllable delivery of therapeutic ions, addition of copper and manganese to chitosan and glass composition, respectively, was considered.
Thus, bioactive glasses in the system SiO2- CaO- Na2O- P2O5, which contained 1, 2, 5 and 7 (mol.%) MnO, were synthesized via the sol-gel method, and the structure, bioactivity, and cytotoxicity of the resulted samples were studied. The thermal behavior, chemical composition, phase structure, specific surface area and chemical bonds of glass powder were studied by thermogravimetric analysis, differential thermal analysis, X-ray fluorescence, X-ray diffractometer, nitrogen absorption and desorption, Fourier transform infrared (FTIR), and Brunauer–Emmett–Teller (BET) techniques, respectively. The results showed a specific surface area of 15.741 m2/g, an average pore size of 14.118 nm, and crystallization of combeite and silicorhenanite in the glass after calcination at 650°C for 1h. In addition, MnO reduced the crystallization temperature of the glass, and prevent silicorhenanite to crystallize. In vitro bioactivity evaluation of the glass powders confirmed that MnO increases chemical stability and decreases their bioactivity. Also, while cellular test confirmed the non-cytotoxicity of the samples on rBMSCs cells up to 7 days, the mitochondrial activity of the glass powders was increased considerably for 7 days.
Then, chitosan-copper/ manganese containing bioactive glass microspheres with an approximate diameter of 910.8±2.75 µm were prepared by ion gelation method. The effect of glass powder addition on the surface texture, biodegradability, water absorption and bioactivity of composite microspheres was investigated. The SEM results showed that surface roughness of the resulted composites was increased in the presence of glass powder. Also, the water absorption capacity of the composite microspheres showed a glass concentration dependent trend after 30 min immersion in PBS, i.e. the less glass content the more water absorption. But, all of them showed approximately the same value, i.e. 70% , after immersing for 30 min.
The degradation rate of both composite and chitosan microspheres after immersing in phosphate buffer solution for 60 days was less than 10%. Besides, the degradation rate was increased with increasing the amounts of glass powder. Apatite formation evaluation of the samples in the simulated body fluid confirmed improved bioactivity in the presence of the glass. Manganese and copper ions release measurements in the cell culture medium showed a sequential and controlled release profiles of these ions. The cytotoxicity test showed the supporting role of the composite microspheres for rBMSCs cells, and in -vitro osteogenic potential evaluations confirmed the more deposition of calcium in the presence of bioactive glass.
كليدواژه هاي فارسي
شيشه زيست فعال، ميكروكرات كامپوزيتي، كيتوسان، زيستفعالي، ژل شدن يوني
Author
Narges Nasehi Gogajeh
SuperVisor
Bijan Eftekhari Yekta, Jafar Javadpour