سنتز و بررسي خواص نانوپودرهاي هيدروكسي‌آپاتيت، فلويورهيدروكسي‌آپاتيت و فلويورآپاتيت تهيه شده به روش سل- ژل

سنتز و بررسي خواص نانوپودرهاي هيدروكسي‌آپاتيت، فلويورهيدروكسي‌آپاتيت و فلويورآپاتيت تهيه شده به روش سل- ژل

در اين پژوهش پودرهاي هيدروكسي‌آپاتيت (HA)، فلويورهيدروكسي‌آپاتيت (FHA) و فلويورآپاتيت (FA) در ابعاد نانومتري با روش سل- ژل سنتز شدند. اين پودرها قابليت استفاده بالقوه در ترميم استخوان و دندان را دارند. نيترات كلسيم آبدار [Ca(NO3)2,4H2O; MERK] و تري‌اتيل‌فسفيت [TEP,(C2H5O)3P; MERK)] به‌عنوان پيش‌ماده در اتانل استفاده شدند. براي دست‌يابي به مقدار استوكيومتري Ca/P برابر با 67/1، محلول TEP به صورت قطره قطره به محلول نيترات‌كلسيم آماده شده، اضافه شد. پس از پيرسازي و خشك‌نمودن نمونه‌ها، عمليات حرارتي در دماي °C550 انجام شد. آمونيوم فلورايد نيز به منظور تامين فلويور براي دست‌يابي به فلويورهيدروكسي‌آپاتيت و فلويورآپاتيت به محلول اضافه شد. تغييرات ساختاري، ريخت شناسي پودر، تغييرات شيميايي و آناليز فازي و همچنين رفتار In vitro پودر به وسيله طيف‌سنجي مادون قرمز (FTIR)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، آناليز پراش اشعه ايكس (XRD)، دستگاه زتاسايزر (DLS) و آزمايش كشت سلولي مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج مطالعات XRD و FTIR نشان‌دهنده ايجاد تركيبات آپاتيت در همه نمونه هاست. بر اساس نتايج XRD با افزايش مقدار پيش‌ماده دهنده فلويور درصد فاز فلويورآپاتيت، درجه بلورينگي و اندازه بلورك‌ها افزايش يافت. آزمايش FTIR نشان‌دهنده جانشين‌شدن F- در موقعيت‌هاي يون OH- و تشكيل فلويورهيدروكسي ‌آپاتيت يا فلويورآپاتيت خالص است. نتايج تحليل SEM نيز بيانگر اين است كه با افزايش ميزان فلويور، تمايل به توده‌اي شدن پودر بيشتر شده است. اندازه ذرات پودر اندازه‌گيري‌شده با دستگاه زتاسايزر در نمونه‌هاي مختلف پودر در محدوده nm100 تاnm 160 است. الگوي پراش به دست‌آمده در مطالعات TEM نشان مي‌دهد كه با افزايش يون فلورايد، درجه بلوري و اندازه بلورك‌ها تا اندازه‌اي افزايش داشته است. اندازه‌گيري مستقيم ابعاد بلورك‌ها در مشاهدات TEM، مقاديري در محدوده nm20 تا nm50 را نشان مي‌دهد. نمونه‌هاي داراي مقادير بيشتر فلويور‌آپاتيت، به افزايش تعداد سلول‌ها در آزمايش كشت سلول‌هاي فيبروبلاست منجر شدند. اين امر بيانگر اثر مثبت افزودن فلويور بر رشد سلول‌ها و زيست‌سازگاري پودر فلويورهيدروكسي ‌آپاتيت است.

In this study hydroxyapatite (HA), fluor-hydroxyapatite (FHA) and fluorapatite (FA) nanopowders synthesized by sol-gel route. Theses powders are used as biocompatible materials for bone replacement and teeth restoration. Ammonium fluoride (NH4F; MERK), calcium nitrate [Ca(NO3)2,4H2O; MERK] and triethyl phosphite [TEP, (C2H5O)3P; MERK)] were used as F, Ca and P precursors respectively. Triethyl phosphite was first hydrolyzed in ethanol with a small amount of distilled water. To prepare FHA and FA, an appropriate amount of the NH4F powder was added directly to TEP solution. The appropriate amounts of TEP solution was added dropwise to the calcium nitrate solution to yield a stoichiometric ratio of Ca/P=1.67. The resulted solution stirred for 1 h and aged at 25°C for 24 h and 40°C for 72h afterward. After oven drying at 80°C, the powder samples were heat-treated at 550°C for 1 h in air. Microstructural characteristics, powder morphology, chemical structure and phase analysis and in vitro study were performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infra-Red (FTIR), Zetasizer instrument and cell culture method. Fluoride-substituted hydroxyapatite powders (FHA) and Fluorapatite (FA) were successfully fabricated via a sol–gel technique with the incorporation of different levels of fluoride ions. Nearly complete substitution of the OH¯ by F¯ occurred with heat treatment, which was confirmed by FTIR analysis. The particle size distribution of powders evaluated by a zeta-sizer instrument was 100-160nm. The XRD results showed that the crystal size of powders is 20-50nm. The phase stability and crystallinity were different depending on the level of fluoride substitution. Moreover, the crystallinity and crystallite size of the powders increased with fluoride substitution. These improvements in the crystallization and phase stability of the apatite structure, resulting from the fluoride substitution via the sol– gel process, suggest enhanced performance of the FHA powders. The cellular response to the HA, FHA and FA powder was assessed by an in vitro culture method using fibroblastic L929 cells. After culturing for 3 days, the results showed that the number of cells increased with increasing fluoride substitution.