دانلود تحقیق هیدروکسی آپاتیت و شیشه های پایه سیلیکاتی

چکیده: مواد بدست آمده بوسیله عملیات حرارتی و مخلوط کردن HA( هیدروکسی آپاتیت) و شیشه های پایه سیلیکاتی از نوع در این تحقیق بوده است.

تاثیر مقدار شیشه روی تخلخل ،ریز ساختار و روی جزء اصلی سازنده ماده نهایی بررسی شده است.

تاثیر این فاکتورها روی رفتار زیستی در محیط invitro) مواد بدست آمده هم تحقیق شده است.

یک آزمایش زیست سازگاری در invitro با سلول های شبیه سلول های استخوان ساز انجام شده است.

افزایش شیشه به HA تغییراتی را در واکنش های حالت جامد ایجاد می‌کند که محصول از HA به فاز تغییر شکل می یابد وساختمان سیلیکون شامل فازهای (pseudowollastonite silicocarnotite) می‌باشد.

در این مخلوط افزایش میزان خلل و فرج و روزنه های ریز وریز ساختار ناهمگن با ماده اولیه مقایسه شده است.

مقدار شیشه های sol-gel افزایش یافت و اثرات قبلی بزرگتر بودند.

این مواد وقتی در مایعات بدن خیس می خورند روی سطح آنها ساختار آپانیت لایه ای ایجادمیشود که این عمل در نمونه ای که مقدار شیشه بیشتری دارد با سرعت بیشتر انجام می‌شود.

ساختمان این لایه جدید در مناطقی که اولویت دارند در هردو نمونه آغاز می‌شود و به واکنش های متفاوت فازهای کریستالی تغییر شکل یافته بستگی دارد.

یک اثر متقابل بین HA و شیشه مشاهده شده است که نشان می دهد که در مخلوط رفتار زیستی سریع تر از حالتی است که به تنهایی HA و یا شیشه داشته باشیم.

مواد بدست آمده باعث میشوند که سلول های شبیه سلول های استخوان ساز چسبندگی خوب وتوسعه وتکثیر زیاد داشته باشد وهیچ اثر سمی در این رابطه مشاهده نشده است.

مقدمه: مواد کلسیم فسفاتی و هیدروکسی آپاتیت به خاطر تشابه شان از نظر ترکیب شیمیایی با بافت استخوانی و زیست سازگاری آنها و ایجاد نکردن تورم و واکنش التهاب زا واستعدادشان در تولید سلول های استخوانی به طور ویژه ای برای قرار گرفتن به صورت کاشتی در استخوان ایده آل به نظر می رسند.

هیدروکسی آپاتیت اجازه ایجاد یک واکنش بیولوژیکی ویژه را د رفصل مشترک بافت وکاشتنی می دهد که باعث هدایت تغییر و دگرگونی پیوند بین استخوان وموادزیستی می‌شود.

مواد دیگر مانند شیشه های پایه سیلیکاتی رفتار زیستی بهتری را نسبت به کلسیم فسفات ها نشان می دهد.

به عنوان مثال واکنش های زیستی در شیشه های پایه سیلیکاتی در چند دقیقه رخ می دهد در حالیکه همین واکنش ها در HA چندین روز طول می کشد.

یک مشخصه خیلی مهم از شیشه های پایه سیلیکاتی این است که که یک کنترل ژنتیکی روی واکنش سلول های استخوان ساز از خود نشان می دهند.

سرعت رفتارهای زیستی شیشه های پایه سیلیکاتی وابسته به نقش Sio2 یا سیلیکون در واکنش های سطح آنها و از این رو روی رفتار in viro , in vitro آنها است.

واکنش های سطحی که در شیشه های زیستی رخ می دهد اجازه می دهد که کریستالیزشین های بعدی از کریستال های آپاتیت چسبندگی سلولی و دگرگونی کلاژن ایجاد می‌شود.

سیلیلکون نقش ضروری در توسعه اسکلت دارد.نخستین نشانه از نقش فیزیولوژیکی توسط carlisle گزارش شده است که نشان می دهد که سیلیکون در مراحل اول استخوان سازی درگیر بوده است.

Milne , schwarz مطالعات مشابهی انجام دادند که کمبود سیلیکون در موش ها باعث تغییر شکل جمجمه آنها می‌شود.

بعضی از کلسیم فسفات ها مانند بر خلاف HA معمولا جز مواد قابل جذب طبقه بندی می‌شوند.

و آنها طوری طراحی شده اند که بعد از مدتی به تدریج محو می‌شوند.

و به وسیله بافت میزبان جایگزین می‌شوند.

چندین تن از مولفین نشان داده اند که ترکیب شکل گرفته بوسیله زینترینگ از HA با مقدار کمی از شیشه که به آن اضافه شده (که یا فسفات و یا پایه سیلیکاهست) باعث می‌شود که محصول نهایی تغییر شکل بدهد و از HA به تبدیل می‌شود که این فرایند به ترکیب شیشه وعملیات حرارتی بستگی دارد.

به علاوه ترکیبات پایه فسفاتی ممکن است پیشرفت زیادی از خواص مکانیکی ورفتار زیستی در مقایسه با HA خالص از خود نشان دهند.

برای اینکه سیلیکون در دگرگونی استخوان اهمیت دارد واینکه احتمال تولید فاز محلول کلسیم فسفات وجود دارد.

این خیلی جالب است که رفتار زیستی HA و شیشه های پایه سیلیکاتی را بررسی کنیم.

اگر چه تعدادی از مقالات که منتشر شده در این ارتباط بوده است.

در این تحقیق: مخلوط HA و شیشه های پایه سیلیکاتی که آن را از این پس 55s می نامیم که برای روش sol-gel آماده شده بود.

در 1300c زینتر شده است.

وتاثیر مقدار شیشه ( که 5و20 درصد وزنی بود) روی میزان تخلخل و ریزساختار وفازهای جز اصلی از مواد نهایی مطالعه شده است.

تاثیر این فاکتورها روی رفتار زیستی در محیط in vitro از مواد بدست آمده تحقیق شده است و به علاوه در محیط in vitor زیست سازگاری این مواد ارزیابی شده است.

2) آزمایشات: 1-2) آماده سازی ومشخصات نمونه ها: پودر 55s بوسیله روش sol-gel آماده می‌شود.

Triethyl phosphate &.Tetraethyl or thosilicate & calcium nitrato tetrahydrate در اکسید مواد اولیه استفاده شده اند.

سنتزها در جای دیگر شرح داده شده اند.

ژل های خیس شده آسیاب شده والک شدند وذرات آنها شکسته شده به صورت حلقه واندازه آن ها بین 32 تا 63 میکرومتر می‌باشد انتخاب می‌شوند.

و بعد از آن ژل حرارت می بیند در دمای 700 cبه مدت 3 ساعت (55s-700) HA از واکنش بین و محلول بدست می آید که قبلا گزارش شده است.

HA بدست آمده در به مدت 1 ساعت خشک می‌شود و پس از آن به صورت خشک برای 20 ساعت آسیاب می‌شود(HA-1200) (55s-700) , (HA-1200) به صورت خشک در یک مخلوط کن به مدت 24 ساعت مخلوط می‌شوند.

مخلوط شامل 5و20 درصد وزنی از (55s-700) ] نمونه های M 80-20 , M95-5به ترتیب [ آماده می‌شوند.

قرص ها با 13 میلی متر قطر و 2 میلی متر ارتفاع) از 5/0 گرم از پودر مخلوط بدست می آیند.

وتحت نیروی تک محوری 55 مگاپاسکال وفشار ایزواستاتیک 150 مگا پاسکال قرار می گیرند بعد از آن قرص ها تا دمای حرارت می بینند(5درجه بر دقیقه) به مدت 3 سال وبعد از آن به مدت 24 ساعت تادمای حرارت می بیند (5 درجه بر دقیقه) پودرهای نارس ونمونه های تولید شده XRD می‌شوند.

و با SEM کوپل شده و با EDS مورد بررسی قرار می گیرند.

در XRD رنج اشعه از 5 تا 120 در جه است وهر step آن 02/0 درجه وزمان هر step 10 ثانیه می‌باشد.

تعیین عناصر موجود در نمونه ها به وسیله روش Rietveld انجام می‌شود( با استفاده ازنرم افزار philips xpert 2-2) آزمایش رفتار زیستی in vitro در مایعات بدن شبیه سازی شده SBF simulated body fluid آزمایش in vitro با خیساندن دیسک ها روی حمایت کننده های عمودی در یک چهارچوب پلاتین در مایعات بدن شبیه سازی شده انجام شد.PH=7/3) و دما ) ژئومتری سطح در حجم محلول بوده است.

نمونه ها خیس خورده اند به مدت 3 سال ،1 روزه،3 روز ،5 روز و 7 روز در SBF.

هر دو تغییر غلظت یون ها SBF و سطح نمونه ها بررسی شده است وغلظت اندازه گیری شد.

تغییر شکل لایه های آپاتیت گونه سطح قرص ها با SEM ,EDS,XRD بررسی شده است.

3-2) آزمایش زیست سازگاری in vitro کشت سلولی وتکثیر وآزمایش سمیت شناسی در تحقیق زیست سازگاری مواد بدست آمده انجام شده.

یک خط از سلول های شبیه سلول های استخوان ساز که علامت گذاری شده استفاده می‌شود 4 نمونه در هر آزمایش استفاده می‌شوند.

که به وسیله هوای خشک به مدت 24 ساعت استریل شده اند.

شامل 2mm گلوتامین پنی سیلین و 100mg/ml culture medium آنتی بیوتیک به فرمول و 10% حجمی foetal calf است culturing در دمای واتمسفر نم دار شامل %95 هوا و 5% (شرایط استاندارد) نگهداری می‌شود.

سلول های روی سطح مواد در 24 صفحه کشت سلولی ریخته شده اند ودانسیتنه سلول ها در آزمایش تکثیر و در آزمایش سمیت شناسی بوده است.

این آزمایشات با محلول اسید آسکوربیک تازه آماده شده (10mm) انجام شده و در شرایط استاندارد نگهداری می‌شود.

Culture medium بعد از سه روز تجدید شده وتازه می‌شود.

رفتار الصاقی وانتشاری سلولهای استخوان ساز رویسطح نمونه ها ومورفولوژی سلول ها به وسیله SEM در 1 ساعت، 6ساعت و 1 روز و 3 روز آنالیز می‌شود.

کاهش معرفی MTT نشان دهنده تکثیر سلولی است.

لاکتات دهید روژناز (LDH) از سلول های استخوان سازی در culture medium آزاد می‌شود که نشان دهنده سمیت مواد است.

اندازه گیری پس از 3 روز انجام گرفته بود.

برای تعیین LDH از بچه گربه های تجاری در دسترس استفاده شد.

برای اینکه مقدار (LDH) در سلول های تجزیه شده تخمین زده شود مقدار LDH وقتی که همه سلول ها تجزیه می‌شوند.

تعیین شد.

برای این هدف سلول های ریخته شده طی 3 بار فرآیندdefrost –Freeze نابود شده و LDH در بالای آن شرح داده شده است.

مطالعه آماری به وسیله انحراف از معیار( واریانس) انجام شد.

تست Scheffe برای ارزیابی اختلاف آماری در میان گروه ها انجام شده بود.

در همه ارزیابی های آماری مطرح بود که آماری معنی دار است.

3)نتایج: 1-3) پودر وخواص نمونه: نمودار XRD پودر هیدروکسی آپاتیت که در دمای زینتر شده و یکی از شیشه ها که در زینتر شده در شکل 1 مشخص است.

در HA-1200 ماکزیمم پراش در فاز HA بوده است به علاوه 2 پراش هم در cao مشاهده شده است.

اطلاعات cao ناشی از تجزیه کربنات نارس هیدروکسی آپاتیت بوده است.

شکل XRD پودر 55S که در عملیات حرارتی شده خواص یک ماده آمورف را نشان میدهد اما قسمت پهن در 32 نشان دهنده کریستالی شدن مقدار کمی از هسته های فاز آپاتیت است.

شکل 55S,HA,XRD 1-(b) و مخلوط آنها را بعد از زینترینگ در برای مدت 24 ساعت را نشان می دهد.(HA-1300,55S-1300 , M95-5 , M 80-20) .

پودر HA خشک شده در یک ماکزیمم پراش در TTCP, HA نشان می دهد در حالیکه ماکزیمم cao نشان داده نشده است.

اما در مخلوط HA/glass فاز TTcp کشف نشده ولی ظاهر شده اند.

در نمونه M 80-20 یک افزایش قابل توجه از این فازها مشاهده می‌شود بیشترین مقدار را دارد.

به علاوه کریستال های در نمونه m95-5 مشاهده می‌شوند.

در حالیکه این فاز در نمونه m 80-20 دیده نمی شود ولی در عوض pseudowollastonite در M 80-20 وجود دارد..

در پودر در فاز کریستالی شناخته شده اند.

شکل 2 سطح میکروگراف از مخلوط حرارت داده شده در و به علاوه توزیع عناصر را که بوسیله EDS تعیین شده را نمایش می دهند.

در کل عناصر کاملا توزیع مشابه ای دارند اگر چه مناطق کوچک ومجزایی با مقدار متفاوت phosphorous , silicon دیده می‌شوند.

در شکل 4-2 نشان می دهد که در سطح نمونه ها به طور عادی مواد زینتر شده یافت می‌شود.

به طور کلی مورفولوژی در سطح همه مواد شبیه به هم است اما بعضی قسمتهای خاص با مورفولوژی وترکیب مختلف دیده می‌شوند.

در ناحیه نمونه M 95-5 (شکل 3، zone 2,od) مقدار si خیلی بیشتر از مقدار قابی مانده در سطح در zone 1 است.

نسبت p,ca,si و نتیجه XRD نشان میدهد که سطوحی که در اقلیت هستند غنی از SicA هستند.

در نمونه M 80-20 علاوه بر یک ناحیه اکثریت دو مورفولوژی هم مشاهده می‌شود.

(شکل 4 و od) یکی از آنها (zone 3) که ظاهر زبری دارد.

فقط شامل ca, si است در حالیکه در ناحیه دیگری که ظاهر نرمی دارد .(zone 2) فقط ca , p وجود دارند.

مطابق نتایج XRD این مناطق باید به ترتیب با فاز فاز کلسیم فسفات با هم مرتبط باشند.

در شکل 5 سطح شکست که عکس برداری شده (توسط SEM) و نمودارهای Hg وارد شده و توزیع سایز تخلخل های نمونه 55S-1300, HA –1300 با نمونه های M 80-20 , M 95-5 چگال است وقسمتهای دیگر حاوی تخلخل های زیاد است.

نمونه M 80-20دارای ریز ساختار متخلخل است که کاملا با 55S-1300 , HA –1300 متفاوت می‌باشد.

حجم و سایز تخلخل ها در هر دو نمونه مخلوط ساخته شده زیاد وبیشترین اختلاف بین M 80-20 , HA-1300 است این افزایش تخلخل برای نمونه مخلوط از هیدروکسی آپاتیت و شیشه sol –gelبیشتر از حد انتظار تئوریک است.

2-3) آزمایش رفتار زیستی in vitro در SBF شکل 6 تغییرات غلظت نسبت به زمان خیس خوردن در SBF نشان می دهد.

هر دو نمونه یک افزایش سریع از غلظت را در یک روز اول غوطه وری نشان میدهند.

با افزایش زمان غوطه وری بعد از یک روز غلظت کاهش و PH ثابت می‌شود.

تغییرات غلظت در نمونه M 80-20از نمونه M 95-5 بیشتر است.

سطح میکرگراف از نمونه M 80-20 ,M 95-5 قبل وبعد از غوطه وری در SBF به ترتیب در شکل 3 و 4 نشان داده شده اند.

یک لایه جدید سطح هر دو نمونه را بعد از غوطه وری در SBF می پوشاند.

ولی مقداری اختلاف در نحوه رشد این لایه روی نمونه های وجود دارد در نمونه M 95-5 تا 3 روز غوطه وری هیچ گونه تغییری مشاهده نشده است.

در این زمان تقریبا تمام سطح بوسیله لایه جدیدی که توسط ترکیب ذرات کروی( که از 100 ها توده سوزنی شکل کوچک تشکیل شده است )پوشیده شده است.

آنالیز EDS نشان می دهد که ترکیب این لایه از Na , cl , mg , p,ca بوده است در حالیکه در منقطه ای که پوشش داده نشده عناصر si , p,ca کشف شده اند.

با گذشت زمان لایه ها رشد کرده اما قسمتهایی که پوشیده نشده اند در روز هفتم همان ترکیبی را دارند که در روز سوم داشته اند.

در نمونه M 80-20 تغییرات شکل لایه سریع تر از نمونه M 95-5 رخ می دهد.

در این نمونه ساختمان کریستالی کوچکی بعد از 3 ساعت خیس خوردن مشاهده شده است.

EDS نشان داد که این کریستال ها تصویر مناطقی با بیشترین مقدار Si بوده اند.بعد از یک روز خیس خوردن یک لایه مرکب از کریستال هایی به شکل کره مشاهده شد اما این لایه کل سطح را پوشش نداده است.

قسمتهایی که پوشش نداشتند شامل si , p , ca بودند اما مقدار si کمتراز مناطق پوشش دار بود.

لایه وسایر کریستال ها با گذر زمان غوطه ور رشد می کردند بعد از 7 روز ناحیه کوچکی که پوشش نداشت باقی مانده اما ترکیب متفاوتی با لایه مشابه در نمونه M 95-5 داشت در این مورد silicon نبود در حالیکه در نمونه M 95-5 این ناحلیه بیشترین مقدار si را داشت.

در شکل 7 سطح مقطع نمونه های M 95-5 , M 80-20 را بعد از 7 روز غوطه وری در SBF نشان میدهد ضخامت لایه تشکیل شده در هر دو نمونه شبیه به هم وبرابر (سه میکرومتر) است.

3-3) آزمایش زیست سازگاری در محیط in vitro شکل 11 تصویر میکروگراف سطح نمونه ها را بعد از زمان های متفاوت از ریختن سلول ها نشان میدهد.

بعداز یک ساعت سلول ها به مقدار اندکی گسترش پیدا کرده نمایان می‌شوند.

با گذر زمان آزمایش یک افزایش قابل توجه ای در گسترش سلول ها دیده می‌شود.

بعد از 6 ساعت سلول ها به صورت دوکی شکل و با تعداد بسیار زیاد نمایان می‌شوند.

بعد از یک روز از ریختن سلول ها شکل سلول ها به صورت چندوجهی گسترش می یابد که نشان دهنده مرحله میتوز است این حقیقت در نمونه M 80-20 مشهودتر است و بعد از 3 روز سلول ها به رشد خود ادامه می دهند و به صورت چند لایه به هم متصل می‌شوند.

که این لایه ها در نمونه M 95-5 فشرده تر و ضخیم تر از نمونه M 80-20است نتیجه آزمایش تکثیر ( شکل 12(a) ) نشان داد که سلول های استخوان ساز با گذر زمان افزایش می یابد.

رفتار هر دونمونه آمار تقریبا یکسانی را با نمونه control نشان میدهد.

نتیجه آزمون سمیت شناسی بعد از 3 روز (شکل (12(b) نشان داد که فعالیت LDH به صورت آماری در نمونه M 95-5 از نمونه M 80-20 ونمونه کنترل کمتر بوده است.

آزمایش مقدار LDH رها شده وقتی که همه سلول ها تجزیه می‌شوند.

5تا6 برابر بیشتر از نمونه control و M 80-20 , M 95-5 بوده است.

این نتیجه نشان داد که هیچ اثر سمی برای سلول ها وجود ندارد.

4) conclusions (نتایج): موادزیست سازگار in vitro از که بوسیله فرآیند زینترینگ در دمای و از مخلوط HA و 5% یا 20% وزنی از شیشه پایه سیلیکاتی تشکیل شده بودند.

واکنش بین شیشه و HA فاز Tcp و فازهای شامل si ایجاد می‌کند به علاوه تخلخل وسایز حفرات وغیره یکنواختی ریز ساختار را افزایش می دهد( که با مقدار شیشه رابطه دارد) اثرات متقابل بین galss , HA در مخلوط باعث تسریع شدن رفتار زیستی می‌شود از خود HA و glass نرخ تغییر شکل لایه در هر نمومنه متفاوت بوده و با فاز اصلی تشکیل دهنده ماده رابطه داشت.

با تغییر مقدار galss در مخلوط میزان تخلخل- قابلیت حل ورفتار زیستی می تواند مناسب با نیازهای پزشکی تغییر یابد.