توصيفگر ها :
منيزيم , هيدروكسي آپاتيت , پلي دوپامين , تحريك پاسخ سيستم ايمني , پين , كاشتني هاي ارتوپدي
چكيده فارسي :
امروزه به علت مشكلات كاشتني¬هاي دائمي ارتوپدي نظير نياز به عمل¬هاي جراحي ثانويه، عفونت و التهاب¬هاي طولاني، كاشتني¬هاي تخريب¬پذير بر پايه منيزيم و آلياژهاي آن توسعه يافته¬اند. با وجود آن، جهت رفع چالش¬هايي نظير نرخ بالاي تخريب، سرعت پايين اتصال با بافت و نياز به تسريع رشد و بازسازي استخوان در اطراف آن، در اين پژوهش اصلاح سطح با كمك پوشش كامپوزيتي اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي/ هيدروكسي¬آپاتيت-پلي¬دوپامين پيشنهاد شد. ابتدا پوشش اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي با بررسي اثر پارامترهاي فركانس (5/0، 8/0 و 1 كيلوهرتز)، زمان پوشش¬دهي (5، 10 و 20 دقيقه) و سيكل¬هاي كاري (40-50، 20-50 و 40-70)، بر ميزان و اندازه تخلخل¬ها بررسي و نمونه ساخته شده با فركانس 8/0، زمان پوشش¬دهي 10 دقيقه و سيكل كاري 40-50 با تخلخل 5 و 3 ميكرومتر بهعنوان نمونه بهينه انتخاب شد. از طرفي استفاده از پوشش¬هاي زيست¬فعال با مورفولوژي كنترل شده، پاسخ سيستم ايمني بدن به كاشتني را به گونه¬اي كنترل مي¬نمايد كه به بهبود استخوان¬سازي منجر خواهد شد؛ لذا پوشش هيدروكسي آپاتيت با مورفولوژي كنترل شده و صفحه¬اي با روش غوطه¬وري داغ روي پوشش بهينه حاصل از اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي نشانده شد و خواص آن با نمونه با پوشش هيدروكسي آپاتيت با مورفولوژي تصادفي مقايسه شد. نتايج، حاكي از بهبود عملكرد محافظت از خوردگي به ميزان 20 برابر و بهبود استحكام چسبندگي است. در ادامه، به علت عدم امكان دستيابي به پوشش هيدروكسي¬آپاتيت و پلي¬دوپامين بهعنوان به طور هم¬زمان با روش غوطهوري داغ، روش رسوب¬دهي الكتريكي ايجاد و بررسي شد. جهت بهينه¬سازي و كنترل مورفولوژي پوشش هيدروكسي¬آپاتيت درعينحال كنترل تركيب پوشش و مقاومت به خوردگي، زمان¬هاي پوشش¬دهي 10، 20 و 30 دقيقه و غلظت¬هاي دوپامين هيدروكلرايد 1، 5/2 و 5 ميلي¬گرم بر ميلي¬ليتر بررسي شد و نمونه بهينه در زمان پوشش¬دهي 20 دقيقه و غلظت دوپامين 1 ميلي¬گرم بر ميلي¬ليتر به دست آمد. مقاومت لايه خودترميمشونده در محلول بافر فسفاتي در 37 درجه در اين نمونه در روز 21 نسبت به در روز 1 افزايشي 195 برابري داشت. همچنين ميزان آزادسازي هيدروژن پس از 7 روز در اين نمونه در مقايسه با نمونه بدون پوشش به ميزان 85 درصد و در مقايسه با پوشش اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي به ميزان 37 درصد كاهش يافت. نتايج، بهبود معني¬دار زيست¬فعالي و مقاومت چسبندگي پوشش به علت حضور پلي¬دوپامين با گروه¬هاي عاملي هيدروكسيل و آمين و زيست چسبي مناسب نسبت به نمونه داراي هيدروكسي¬آپاتيت بهتنهايي را در برداشت. در مجموع پوشش اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي/ هيدروكسي¬آپاتيت-پلي¬دوپامين منجر به خودترميم¬شوندگي، كنترل نرخ تخريب و آزادسازي هيدروژني و در عين حال بهبود استخوان¬سازي شد. از طرفي نتايج چسبندگي سلولي و زنده¬ماني سلولي در روز سوم مربوط به نمونه با پوشش اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي/ هيدروكسي¬آپاتيت-پلي¬دوپامين، حاكي از اختلاف معنادار و زنده¬ماني تا 158% نسبت به نمونه¬هاي با پوشش اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي/ هيدروكسي¬آپاتيت و اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي و زيرلايه به علت تقليد زيستي مورفولوژي آپاتيت¬ زيستي و حضور گروه¬هاي عاملي آمين و كربوكسيل است. از طرفي نتايج بررسي پاسخ سيستم ايمني بيانگر افزايش بيان ژن¬هاي ضدالتهابي BMP2 و TGF-β و تبديل بيشتر ماكروفاژهاي نوع 1 به نوع 2 به دنبال بهره¬گيري از كنترل مورفولوژي و افزودن پلي¬دوپامين به تركيب پوشش است قابليت پوشش اكسيداسيون پلاسماي الكتروليتي/ هيدروكسي¬آپاتيت-پلي¬دوپامين براي كنترل پاسخ سيستم ايمني در كنار خواص خودترميم¬شوندگي اين پوشش را بهعنوان گزينه¬اي براي پوشش كاشتني¬هاي ستون فقرات مناسب مي¬سازد.
چكيده انگليسي :
Degradable implants based on magnesium and its alloys have been developed due to the problems of permanent orthopedic implants, such as the necessary of secondary surgeries, infection and prolonged inflammation. WE43 alloy has been evaluated as a suitable alloy for orthopedic implants due to its favorable and high mechanical corrosion properties. Over current research, plasma electrolytic oxidation /hydroxyapatite/poly Dopamine composite coating was suggested to modify surface , in order to solve the challenges such as the high rate of degradation, the low oesteointegration with and need to accelerate the growth and regeneration of bone around implant. First, plasma electrolytic oxidation coating deposited on the surface by different working parameter to discover the effect of frequency parameters (0.5, 0.8 and 1 kHz), coating time (5, 10 and 20 minutes) and working cycles (40-50, 50-20 and 40 70-70), on morphology, number and size of porosity. The optimize was contain frequency 0.8 KHz, time 10 minutes and duty cycle 40-50 with porosity 5.35± 0.2 and 15.31 ± 3. 0.0 μm. On the other hand, applying a bioactive coatings with controlled morphology resulted in osteoimunomodulation and led to improved ossteogenration. Therefore, the hydroxyapatite coating with a controlled plate-like morphology and random morphology Hydroxy apatite deposited on plasma electrolytic oxidation usng hot dip method, to discover the role of morphology on biological and physical properties. The results indicated an improvement in corrosion resistance by 20 times and an improvement in adhesion resistance in the case of plate-like morphology compare to randome like Hydroxy apatite. In the following, due to the impossibility of simultaneously obtaining hydroxyapatite and polydopamine coating as a secondary layer by hot dip method, the electrical deposition method was investigated. In order to optimize and control the morphology of the hydroxyapatite coating and composition, workiing parmeters such as deposition time (10, 20 and 30 minutes) and dopamine hydrochloride concentration (1, 2.5 and 5 mg/ml liter) was investingatied. The optimize samples sample was obtained at 20 minutes coating time and 1 mg/ml dopamine concentration. The resistance of the self-healing layer in this sample increased by 195 times on day 21 compared to day 1. Also, the lowest amount of hydrogen release after 7 days (about 5 ml/cm2) is related to this sample, which is 85% compared to the uncoated sample and 37% compared to the plasma electrolytic oxidation coated sample. Moreover, the results showed a significant improvement in the bioactivity and adhesion strength of the coating compared to the plasma electrolytic oxidation/ hydroxyapatite coated sample. All in all, plasma electrolytic oxidation /hydroxyapatite/polydopamine coating led to self-healing, control of degradation and hydrogen evolution rate. On the other hand, the results of cell adhesion and cell viability on the 3rd day related to the plasma electrolytic oxidation coating/hydroxyapatite/polydopamine coated sampele revealed , a significant difference and improved in viability up to 158% control compared to the samples with the plasma electrolytic oxidation /hydroxyapatite coated samples the electrolytic plasma oxidation coating. Furthermore, discovering the macrophage cell behavior over different samples indicated an increase in the expression of anti-inflammatory genes BMP2 and TGF-β and fast modulating of type 1 macrophages to type 2 following by controlling the morphology and composition by using. The plasma electrolytic oxidation/ hydroxyapatite/polydopamine led to osteoimmunomodulating properties along with the self-healing properties makes this coating suitable as a candidate for spinal implants.