شماره مدرك
21184
شماره راهنما
18155
پديد آورنده
وحيدي دستجردي، سعيد
عنوان
ساخت و مشخصهيابي داربستهاي كامپوزيتي پليلاكتيك اسيد-ولاستونيت توليد شده به روش پرينت سهبعدي جهت كاربرد در بافت استخواني
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
پانزده،92ص
توصيفگر ها
پليلاكتيكاسيد , ولاستونيت , داربستهاي پرينت سهبعدي , زيستفعالي , زيستتخريبپذيري , مهندسي بافت استخوان
تاريخ ورود اطلاعات
1405/05/11
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/05/17
كد ايرانداك
23238761
چكيده فارسي
نقايص استخواني گسترده به دليل محدوديتهاي بازسازي طبيعي نيازمند داربستهاي زيستفعال با ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي مناسب هستند. يكي از هدفمندترين راهكارها، طراحي و ساخت داربستهاي زيستتخريبپذير و زيستفعال است كه هم خواص مكانيكي كافي داشته باشند و هم بتوانند سلولها را به چسبندگي، تكثير و تمايز هدايت كنند. در اين پژوهش با هدف توسعه يك داربست كامپوزيتي مناسب براي ترميم استخوان، داربستهاي بر پايه پليلاكتيكاسيد (PLA) و ولاستونيت به روش چاپ سهبعدي روبوكستينگ تهيه و در درصدهاي وزني مختلف (.،10، 20، 30 و 40 ولاستونيت) مورد بررسي قرار گرفتند. روش تحقيق شامل تهيه داربستها، آزمونهاي فيزيكي–شيميايي (XRD، FTIR، SEM–EDX، ICP)، آزمونهاي مكانيكي (فشار تكمحوره) و آزمونهاي زيستي (MTT، چسبندگي سلولي، غوطهوري در SBF و آزمون تخريب در PBS) بود. نتايج آزمون بررسي ريزساختاري نشان داد كه داربستهاي چاپشده داراي ساختار يكنواخت، منافذ باز و توزيع مناسب پركننده درون زمينه پليمري هستند. آزمون XRD حضور پيكهاي مشخص PLA را همراه با پيكهاي كريستالي ولاستونيت تأييد كرد و پس از غوطهوري در محلول SBF ظهور پيكهاي هيدروكسيآپاتيت بيانگر القاي زيستفعالي داربست بود. طيفهاي FTIR نيز علاوه بر باندهاي مشخص PLA، حضور گروههاي كلسيم-فسفاتي را پس از قرارگيري در محيط شبيهسازيشده بدن نشان دادند كه به رسوب كلسيم فسفات بر سطح داربستها مربوط بود. آزمون EDX بهطور كيفي تأييد كرد كه با افزايش زمان غوطهوري، نسبت Ca/P به مقادير نزديك به آپاتيت طبيعي استخوان ميل ميكند.از منظر خواص فيزيكي، نتايج اندازهگيري زاويه تماس آب نشان داد كه افزايش درصد ولاستونيت موجب بهبود آبدوستي و ترشوندگي سطحي داربستها ميشود. اين ويژگي مستقيماً بر تعامل پروتئينها و سلولها با سطح داربست اثر گذاشته و بستر مناسبي براي چسبندگي سلولي فراهم آورد. آزمون تخلخلسنجي نيز بيانگر آن بود كه با افزايش ولاستونيت تخلخل داربستها بيشتر شده و نفوذپذيري آنها ارتقا يافته است. خواص مكانيكي داربستها با آزمون فشار تكمحوره بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزودن ولاستونيت تا سطح 30 درصد موجب افزايش استحكام فشاري و مدول الاستيك ميشود. از ديدگاه زيستي، نتايج آزمون زيستتخريبپذيري در محلول PBS نشان داد كه داربستهاي حاوي ولاستونيت سرعت تخريب بالاتري نسبت به PLA خالص دارند، زيرا حضور ذرات معدني موجب تسهيل نفوذ آب و تسريع هيدروليز ميشود. آزمون زيستفعالي با غوطهوري در SBF نيز حاكي از آن بود كه داربستهاي حاوي ولاستونيت، بهويژه PLA-30WT، توانايي بالايي در القاي رسوب هيدروكسيآپاتيت و مصرف يونهاي Ca و P از محيط دارند. نتايج ICP بيانگر كاهش يونهاي كلسيم و فسفر در محلول SBF كه ناشي از تشكيل آپاتيت بر سطح داربستهاست. ارزيابي زيستسازگاري با آزمون MTT روي سلولهاي MG63 نشان داد كه تمامي داربستها فاقد سميت سلولي بوده و ميزان زندهماني سلولها بيش از 90 درصد باقي ماند. همچنين مشاهده شد كه حضور ولاستونيت نه تنها اثر منفي ندارد بلكه به دليل افزايش زيستفعالي، موجب ارتقاي تكثير سلولي ميشود. تصاوير ميكروسكوپي از آزمون چسبندگي سلولي نيز تأييد كرد كه سلولها روي داربست PLA-30WT چسبندگي بالايي نشان داده و مورفولوژي گستردهتري داشتند. در مجموع، تركيب PLA با ولاستونيت موجب بهبود ترشوندگي، افزايش زيستفعالي، ارتقاي رفتار سلولي و فراهم شدن شرايط براي تخريب كنترلشده شد. در نهايت PLA-30WT به دليل تعادل ميان استحكام مكانيكي، توانايي تشكيل آپاتيت، نرخ تخريب مناسب و زيستسازگاري بالا، بهعنوان نمونه بهينه معرفي ميشود. اين يافتهها نشان ميدهد كه داربستهاي كامپوزيتي PLA-WT جوهري مناسب براي چاپ داربستهاي سهبعدي مصرفي در مهندسي بافت استخوان ميباشد.
چكيده انگليسي
Abstract
Extensive bone defects, due to the limited capacity of natural regeneration, require bioactive scaffolds with appropriate physical and mechanical properties. A promising strategy involves the fabrication of biodegradable and bioactive scaffolds that provide sufficient strength while supporting cell adhesion, proliferation, and differentiation. In this study, composite scaffolds based on polylactic acid (PLA) and wollastonite (WT) were fabricated by 3D printing via robocasting and evaluated at different filler loadings (10, 20, 30, and 40 wt.%). The research included scaffold fabrication, physicochemical analyses (XRD, FTIR, SEM–EDX, ICP), uniaxial compression testing, and biological assessments (MTT assay, cell adhesion, SBF immersion, and PBS degradation). The printed scaffolds exhibited uniform architecture with interconnected pores and a homogeneous distribution of the ceramic phase. XRD confirmed the coexistence of PLA and wollastonite peaks, while new reflections of hydroxyapatite appeared after SBF immersion, indicating bioactivity. FTIR spectra and EDX analysis further demonstrated calcium phosphate deposition on scaffold surfaces, with Ca/P ratios approaching those of natural bone apatite. Contact angle measurements showed that increasing wollastonite content enhanced hydrophilicity, supporting protein adsorption and cell interaction, while porosity analysis revealed higher permeability with increasing filler content. Mechanical testing showed that incorporation of wollastonite improved compressive strength and elastic modulus, with PLA–30WT achieving the highest values. Degradation assays indicated that wollastonite accelerated hydrolysis by facilitating water penetration, leading to a controlled but faster degradation rate compared to neat PLA. SBF and ICP analyses confirmed that wollastonite-containing scaffolds, particularly PLA–30WT, effectively induced hydroxyapatite formation, accompanied by a decrease in Ca and P ion concentrations in the solution. Biological evaluations revealed excellent cytocompatibility. MTT assay on MG63 cells confirmed viability above 90% for all scaffolds, while wollastonite addition promoted enhanced cell proliferation. SEM imaging of adhesion tests further showed well-spread cell morphologies with strong attachment on PLA–30WT scaffolds. In summary, incorporation of wollastonite into PLA improved scaffold wettability, bioactivity, degradation behavior, and cellular responses. The PLA–30WT scaffold demonstrated the best balance of mechanical performance, bioactivity, and cytocompatibility, highlighting its strong potential for bone tissue engineering and regenerative medicine.
استاد راهنما
رحمت اله عمادي , عباس بهرامي
استاد داور
محمد خدائي , مهدي رفيعايي