ساخت و ارزيابي خواص مكانيكي و زيست ‌فعالي داربست نانوساختار هارديستونيت با استفاده از فضاساز

Fabrication and Evaluation of the Mechanical and Bioactivity Properties of a Nano Structure-hardystonite Scaffold by the Space Holder Method

در سه دهه اخير سراميك‌هاي پايه كلسيم- سيليكاتي به‌عنوان انتخاب مناسبي به‌دليل زيست‌فعالي، زيست‌سازگاري و توانايي تشكيل استخوان مناسب جهت كاربرد در مهندسي بافت مورد توجه واقع شده‌اند. در حال حاضر هارديستونيت به‌عنوان يكي از مواد سراميكي زيست‌سازگار و زيست‌فعال براي كاربردهاي پزشكي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين تحقيق، براي اولين بار پودر و داربست سه‌ بعدي هارديستونيت با تخلخل‌هاي باز به‌ترتيب با روش سنتز آلياژسازي مكانيكي و استفاده از فضاساز ساخته شدند. نانوهارديستونيت خالص با استفاده از 10 ساعت آسياكاري و سه ساعت عمليات حرارتي ثانويه در دماي 800 درجه سانتي‌گراد حاصل شد. اندازه بلورك‌هاي پودر و داربست هارديستونيت به‌ترتيب 2±28 و 1±79 نانومتر اندازه‌گيري شد. نتايج نشان مي‌دهد كه داربست‌هاي نانوساختار هارديستونيت به‌ترتيب با استحكام و مدول فشاري 02/0±35/0 و 21/0±49/10 مگاپاسكال، 1±81 درصد تخلخل و اندازه تخلخل در بازه 200-500 ميكرومتر پس از سه ساعت عمليات حرارتي در دماي 1250 درجه سانتي‌گراد، با موفقيت سنتز شد. در حين عمليات حرارتي نمك سديم كلريد(80 درصد وزني، 300-420 ميكرومتر)، به‌تدريج بخار شده و در داربست ايجاد تخلخل مي‌كند. به‌منظور ارزيابي توانايي تشكيل آپاتيت روي داربست‌ها، از آزمون مايع شبيه‌ساز بدن (SBF) استفاده شد. با توجه به نتايج، تشكيل لايه آپاتيت روي سطح داربست مي‌تواند به‌عنوان معياري از زيست‌فعالي درنظر گرفته شود.

In the recent three decades, Ca-Si-based ceramics have received great attention as an appropriate candidate for tissue engineering applications due to their remarkable bioactivity, biocompatibility, and good bone formation ability. Hardystonite is currently recognized as a bioactive and biocompatible bio-ceramic material for a range of medical applications. In the present study, for the first time, hardystonite powder and 3D hardystonite scaffold with interconnected porosity were produced using mechanical alloying synthesis and the space holder method, respectively. It was found that pure nano-crystalline hardystonite powder formation occurred following 10 h of milling and subsequent sintering at 800 C° for 3 h. The measured crystallite size of particles and the hardystonite scaffold was found to be 28 ± 2 and 79 ± 1 nm, respectively. The results also showed that nanostructured hardystonite scaffolds with the compressive strength and modulus of 0.35 ± 0.02 and 10.49 ± 0.21 MPa, the porosity of 81 ± 1% , and pores size range of 200–500 μm were successfully synthesized after sintering at 1250 °C for 3 h. During the sintering process, NaCl (80wt%, 300-420 µm), as the spacer agent, gradually evaporated from the system,producing porosity in the scaffold. Simulated body fluid (SBF) was used to evaluate the apatite formation ability of the scaffolds. The results showed that the formation of an apatite layer on the scaffold surface could be considered as a bioactivity criterion.