دانلود مقاله تولید نگهدارنده های تیتانیومی متخلخل با استفاده از روش متالوژی پودر برای کاربردهای بیومدیکال

هدف اصلی از مهندسی بافت احیاء و بازسازی بافت ها و ارگان های بدن است.

برای دسترسی به این هدف از نگهدارنده های متخلخل که بافت های بدن را شبیه سازی می کند استفاده می کنیم.
تیتانیوم به دلیل تماس مستقیمی که بین استخوان و ایمپلنت اتفاق می افتد به طور گسترده در ساخت ایمپلنت های دندانپزشکی و استخوان بندی استفاده می شود.

تیتانیوم خواص زیست پذیری خوبی دارد، مقاومت آن به خوردگی بالاست و بادوام است و به علاوه آماده کردن آن در شکلهای مختلف آسان است.
چون استخوان می تواند در درون تخلخل رشد کند از تیتانیوم متخلخل به عنوان ایمپلنت استفاده می کنیم.

تخلخل باعث می شود استخوان در داخل آن رسد کند و یک پیوند قوی بین استخوان و ایمپلنت شکل بگیرد و تخلخل فضای کافی برای رشد بافت جدید را فراهم می کند همچنین مسیری برای انتقال مایعات درون بدن فراهم می کند.

این ساختار متخلخل کاربردهای فراوانی از قبیل تثبیت کننده های نخاعی، ایمپلنت های دندانپزشکی، نگهدارنده های استخوان و ...

دارد.

تعداد روش های کمی برای ساخت ساختارهای متخلخل با شکل های پیچیده وجود دارد که نیاز به ماشین کاری ندارند.

یکی از روش ها روش متالوژی پودر است که موجب کاهش هزینه و زمان تولید می شود.

در این مقاله بافت زنده را در محل برخورد استخوان و ایمپلنت مورد ارزیابی قرار می دهیم.

چون استخوان می تواند در درون تخلخل رشد کند از تیتانیوم متخلخل به عنوان ایمپلنت استفاده می کنیم.

- مواد و روشها 2-1- آماده سازی نمونه با استفاده از روش متالوژی پودر(PM) نگهدارنده های تیتانیومی متخلخل و چگال می سازیم.

برای ساخت نگهدارنده های متخلخل از پودر تیتانیوم خالص که با روش هیدروژن/ دی هیدروژن(HDH) ساخته می شود استفاده می کنیم.

این پودر در هوا و در(IAE/AMR) Institute's Department ساخته می شود.

اندازه متوسط پودر تیتانیوم 80 است.

از پودر اوره به عنوان ماده پرکننده استفاده می شود و اندازه دانه های آن بین 250 تا 350 میکرومتر است.

شکل اجزاء پودر اوره و تیتانیوم هر دو بی شکل است.

اما نمونه تیتانیومی چگال فقط با استفاده از پودر تیتانیوم خالص تولید می شود.

برای ساخت نگهدارنده های تیتانیومی متخلخل پودر اوره و تیتانیوم را با نسبت وزنی 20-80 ترکیب می کنیم.

حال ترکیب به دست آمده را در قالب های فولادی به صورت تک محوری تحت فشار Mpa100 و سپس به صورت چند محوری تحت فشار Mpa200 پرس می کنیم.

سپس نمونه را تحت شرایط خلاء(torr7-10) در دمای cْ1200 و به مدت یک ساعت زینتر می کنیم.

سپس نمونه را به منظور از بین بردن کامل ماده پر کننده در هوا و دمای cْ180 به مدت 2 ساعت عملیات حرارتی می نماییم.

پارامترهای مورد استفاده در آماده سازی نمونه چگال هم مشابه فوق است.

نمونه های زینتر شده به صورت قطعات استوانه ای با قطر mm3 و طول mm6 هستند(شکل 1).

اندازه تخلخل و توزیع آن در نمونه با کنترل میزان اوره در پودر تیتانیوم کنترل می شود.

2-2- اندازه و توزیع منافه- آنالیز متالوگرافیک نگهدارنده های تیتانیومی متخلخل و چگال در رزین اکریلیک جاسازی شده و سپس به صورت شعاعی با یک ابزار برنده الماسه برش زده می شوند.(Labcut lolo-EXTEC) سپس همه نمونه ها با کاغذ سنباده پولیش کاری می شوند.

درجه کاغذ سنباده ها به صورت افزایشی، 600، 800 و 1200 است.

بعد از آماده سازی متالوگرافی، اندازه منافذ، توزیع آن و به هم پیوستگیشان با روش SEM(VPI 435 LEO) و با بزرگنمایی 100 برابر مورد بررسی قرار می گیرد.

درصد تخلخل و اندازه آن ها با استفاده از آنالیز نرم افزاری عکس SEM انجام می شود.

2-3- رویه پزشکی 21 خرگوش انتخاب کرده و در پاهای آن ها نگهدارنده قرار می دهیم.

با عمل جراحی سه نگهدارنده تیتانیومی متخلخل در پای چپ خرگوش قرار داده و سه نگهدارنده چگال در پای راست آن قرار می دهیم.

نهایتا 21 خرگوش را به طور اتفاقی در سه گروه 7 تایی تقسیم می کنیم.

هر کدام از این گروه ها را به ترتیب یک، چهار و هشت هفته بعد از قرار داده ایمپلنت می کشیم و پای آن ها را قطع کرده و محل تماس استخوان و ایمپلنت را مورد ارزیابی قرار می دهیم.

2-4- آنالیز SEM و EDS پس از مرگ خرگوش ها، قطعه ای از پای خرگوش را که محتوی ایمپلنت است قطع کرده و بی درنگ در محلول 10% فرمالین، دی هیدرامین قرار داده و سپس در بلوک هایی از جنس رزین پلی استر جاسازی می کنیم(208 orto crystal T).

بلوک ها با ابزار برنده الماسه(Labcut 1010- EXTEC) به صورت طولی بریده شده و با کاغذ سنباده های درجه 400، 600 و 1200 سطح مقطع آن ها پولیش کاری خواهد شد(Labpol 8-IT,EXTEC).

سپس سطح مقطع با استفاده از روش SEM مورد ارزیابی قرار می گیرد.

همچنین ترکیب شیمیایی استخوان اولیه، استخوان جدید، ایمپلنت متخلخل و محل برخورد استخوان و ایمپلنت با روش EDS مورد ارزیابی قرار می گیرد.

3- نتایج 3-1- آنالیز متالوگرافی در ریز ساختار نمونه تیتانیومی چگال هیچگونه تخلخلی مشاهده نمی شود.

در نمونه تیتانیومی متخلخل که با روش متالوژی پودر آماده شده است، منافذ سه بعدی به هم پیوسته مشاهده می شود(شکل 2).

اندازه متوسط منافذ 210 480 و مجموع تخلخل نمونه در حدود % 4/2 36 است.

شکل 3 این تخلخل هایی به هم پیوسته را نشان می دهد.

3-2- ارزیابی بافت شناسی نتیجه عمل جراحی همه حیوانات رضایت بخش بود و هیچگونه التهاب و عفونت بعد از عمل جراحی مشاهده نشد.

حضور بافت احاطه کننده در اطراف ایمپلنت مورد ارزیابی قرار گرفت و هر گونه بی نظمی در این محل ثبت شد.

شکل 4 محل تقاطع ایمپلنت و استخوان را بعد از یک هفته قرار دادن ایمپلنت نشان می دهد.

همان گونه که مشاهده استخوان رشد کمی داشته و هنوز تماسی بین استخوان ایمپلنت ظاهر نشده است.

این قضیه هم برای نمونه چگالی و هم برای نمونه متخلخل صادق است.

در این مرحله یک فاصله بین استخوان و ایمپلنت قابل مشاهده است.

شکل 5 محل تقاطع استخوان و ایمپلنت را در نمونه متخلخل 4 هفته پس از قرار دادن ایمپلنت نشان می دهد.

همان طور که مشاهده می شود در این مرحله استخوان در داخل تخلخلهای ایمپلنت رشد کرده ولی آن ها را به طور کامل پر نکرده است و منافذ بزرگ هنوز کاملا پر نشده اند در حالی که منافذ ریز در این مرحله کاملا پر شده اند.(شکل 7) منافذ بزرگ بعد از 8 هفته به طور کامل توسط استخوان پر می شوند(شکل 8).

بعد از چهار هفته استخوان بر روی سطح نمونه تیتانیومی چگال رسوب می دهد.(شکل 6).

3-3- آنالیز EDS: آنالیز EDS برای مشخص کردن ترکیب شیمیایی نمونه در محل تقاطع استخوان و ایمپلنت به کار می رود.

ارزیابی یک هفته بعد از ایمپلنت گذاری نشان می دهد که یک فاصله بین ایمپلنت و استخوان وجود دارد.

در این مرحله آنالیز EDS در محل برخورد استخوان و ایمپلنت مقداری کربن را نشان می دهد که به علت رزین پلی استر استفاده شده در مرحله آماده سازی نمونه است.

بعد از چهار و هشت هفته بعد از ایمپلنت گذاری آنالیز EDS نشان می دهد که کلسیم(a)، فسفات(p) و تیتانیوم عناصر اصلی در محل برخورد استخوان و ایمپلنت هستند(شکل 9).