شماره مدرك
21030
شماره راهنما
18045
پديد آورنده
معيني پور، فرنوش
عنوان
طراحي، ساخت و مشخصه يابي پوشش نانوكامپوزيتي كراتين - شبكه آلي فلزي جهت رهايش كنترل شده عوامل ضدالتهاب بر زيرلايه منيزيمي جهت كاربرد كاشتني استخوان
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
بيومواد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده،93ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
بيومواد زيست تخريب پذير , كراتين , چارچوبهاي آلي فلزي , پوشش كامپوزيتي , خودترميم شوندگي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/19
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/20
كد ايرانداك
23158810
چكيده فارسي
امروزه تعداد بيماران نيازمند به كاشتنيهاي زيست پزشكي براي ترميم اعضا و رفع نواقص استخواني بدن رو به افزايش است. در اين راستا، استفاده از ايمپلنتهاي زيستتخريبپذير بر پايه منيزيم جهت درمان اين بيماريها در حال گسترش است. با اينحال، ماهيت شيميايي فعال آلياژ منيزيم موجب تخريب سريع آن در محيط فيزيولوژيكي ميشود كه اين امر به نارسايي زودرس ايمپلنت و محدوديت در كاربردهاي باليني منجر خواهد شد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصهيابي پوشش نانوكامپوزيتي كراتين/ذرات شبكه آلي فلزي زيستي بر آلياژ پايه منيزيم AZ91 بهمنظور بهبود رفتار خوردگي، زيست فعالي و زيستسازگاري آن است. در اين راستا، كراتين از پر كبوتر استخراج شد و نتايج آزمون برادفورد، بيورت، طيف سنجي فروسرخ با تبديل فوريه و پراش پرتوي ايكس نشان داد استخراج كراتين با موفقيت انجام گرفتهاست. در ادامه، سنتز ذرات شبكه آلي فلزي زيستي به روش سولوترمال زير نقطه بحراني با استفاده از كوركومين و مس با موفقيت انجام شد. در ادامه، پس از اصلاح سطح زيرلايه به روش قليايي، پوشش كامپوزيتي كراتين/ذرات شبكه آلي فلزي زيستي بر روي زيرلايه قليايي شده با استفاده از روش الكترواسپري در سه زمان مختلف(2،1و 3 ساعت) انجام گرفت. به منظور ارزيابي و بهينهسازي پوششها، آزمونهاي پراش پرتو ايكس، زبري، ترشوندگي، ميكروسكوپالكترونيروبشي، آزمونهاي الكتروشيميايي، زيست فعالي و كشت سلول انجام گرفت. نتايج نشان داد با افزايش زمان پوششدهي، زبري به طور قابل توجهي از4/1 ±26/12 ميكرومتر براي زيرلايه قليايي شده (M ) به 9/1 ±13/5 ميكرومتر براي نمونه 3 ساعت پوششدهي(M-(K/MOF)3) كاهش يافت. همچنين با افزايش زمان پوششدهي، زاويه تماس از حدود 1/2 ± 56 درجه به 1/1 ± 87 درجه تغيير يافت. بررسيهاي الكتروشيميايي نيز نشان دادند كه پوشش كامپوزيتي كراتين/ چارچوب آلي فلزي زيستي با تأثير بر سينتيك واكنشهاي الكتروشيميايي و افزايش قابل توجه مقاومت در برابر خوردگي، سرعت انحلال فلز را به طور قابل توجهي كاهش داد. به عنوان مثال، با بررسي رفتار خوردگي نتايج نشان داد كه چگالي جريان خوردگي از96/8 ميكروآمپر بر سانتيمتر مربع در نمونه بدون پوشش به مقدار 25/0 ميكروآمپر بر سانتيمتر مربع در نمونه 2 ساعت پوششدهي) M-(K/MOF)2 ( كاهش يافت. طبق نتايج، فعاليت آنتياكسيداني در نمونههاي M-(K/MOF)2 و M-(K/MOF)3 نسبت به M-(K/MOF)1 و M-K2 افزايش يافت و نمونه M-(K/MOF)2 توانست طي 24 ساعت حدود 7/1±77 درصد راديكالهاي آزاد را مهار كند. همچنين، نتايج زيستفعالي نشان داد كه پوششهاي نانوكامپوزيتي M-(K/MOF) پس از 14 روز غوطهوري در محلول شبيه ساز بدن قادر به تشكيل لايه هيدروكسيآپاتيت بودند. همچنين، نمودارهاي نايكوئيست حاكي از آن بود كه پوشش نانوكامپوزيتي كراتين/نانوذرات شبكه آلي فلزي بهواسطه ايجاد پيوندهاي عرضي كراتين در شرايط قليايي و حضور چارچوب آليفلزي زيستي، خاصيت خودترميمشوندگي از خود نشان ميدهد. ارزيابي برهمكنش سلولهاي MG63 با پوششهاي كامپوزيتي نشان داد كه نه تنها پوششهاي كامپوزيتي هيچ گونه اثر سمي بر سلولها ندارند، بلكه باعث افزايش رشد و تكثير سلولي شدهاند. بهطوريكه نمونه M-(K/MOF)2 در روز پنجم 3/6±236 درصدكنترل زندهماني سلول داشت. همچنين افزايش قابلتوجه فعاليت آلكالين فسفاتاز و رسوب كلسيم تاييدكننده تسريع فعاليت استخوان¬زايي در حضور اين پوشش بود. براساس اين يافتهها، پوشش كامپوزيتي كراتين/ چارچوب آلي فلزي زيستي به دليل بهبود مقاومت خوردگي، افزايش زيست فعالي، خاصيت خودترميمي و رشد سلولي، پتانسيل بالايي براي كاربرد در ايمپلنتهاي استخواني دارد.
چكيده انگليسي
Nowadays, the number of patients requiring biomedical implants for organ repair and bone defects is increasing. In this regard, the use of biodegradable magnesium-based implants to treat these diseases is expanding. However, the chemically active nature of magnesium alloy causes its rapid degradation in the physiological environment, which will lead to premature implant failure and limitations in clinical applications. The aim of the present study is to fabricate and characterize a nanocomposite coating of keratin/ bio-MOF on AZ91 magnesium-based alloy in order to improve its corrosion behavior, bioactivity, and biocompatibility. In this regard, keratin was extracted from pigeon feathers, and the results of Bradford, Biuret, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray diffraction showed that keratin extraction was successful. Subsequently, the synthesis of bio-MOF particles by the subcritical point sol-thermal method using curcumin and copper was successfully performed. Next, after modifying the substrate surface by alkaline method, keratin/bio-MOF composite coating was performed on the alkalized substrate using electrospray method at three different times (2, 1 and 3 hours). In order to evaluate and optimize the coatings, X-ray diffraction, roughness, wettability, scanning electron microscopy, electrochemical tests, bioactivity and cell culture were performed. The results showed that with increasing the coating time, the roughness significantly decreased from 12.26 ± 1.4 μm for the alkalized substrate (Mg (OH)₂) to 13.5 ± 1.9 μm for the 3-hour coated sample (M-(K/MOF)3). Also, with increasing the coating time, the contact angle changed from about 56 ± 1.2 degrees to 87 ± 1.1 degrees. Electrochemical studies also showed that the keratin/bio-MOF composite coating significantly reduced the rate of metal dissolution by affecting the kinetics of electrochemical reactions and significantly increasing corrosion resistance. For example, by examining the corrosion behavior, the results showed that the corrosion current density decreased from 8.96 μA/cm2 in the uncoated sample to 0.25 μA/cm2 in the 2-hour coated sample (M-(K/MOF)2). According to the results, the antioxidant activity in the M-(K/MOF)2 and M-(K/MOF)3 samples increased compared to M-(K/MOF)1 and M-K2, and the M-(K/MOF)2 sample was able to inhibit about 77±1.7% of free radicals within 24 hours. Also, the bioactivity results indicated the highest calcium and phosphorus deposition in this sample after 14 days of immersion, resulting in its excellent bioactivity. Also, the Nyquist plots indicated that the keratin/metal organic network nanocomposite coating, due to the crosslinking of keratin under alkaline conditions and the presence of the bioorganic framework, had the property of Self-healing. evaluation of the interaction of MG63 cells with composite coatings showed that not only did the composite coatings not have any toxic effects on the cells, but they also increased cell growth and proliferation. So that the M-(K/MOF)2 sample had 236±6.3% cell viability control on the fifth day. Also, a significant increase in alkaline phosphatase activity and calcium deposition confirmed the acceleration of osteogenic activity in the presence of this coating. Based on these findings, the keratin/bio-MOF composite coating has high potential for application in bone implants due to improved corrosion resistance, increased bioactivity, self-healing properties, and cell growth.
استاد راهنما
مهشيد خرازيهاي اصفهاني , مسعود عطاپور
استاد مشاور
زهرا قاسمي
استاد داور
مهران نحوي , عليرضا علافچيان