شماره راهنما :
2383 دكتري
عنوان :
تحليل پارامترهاي مؤثر بر خواص مكانيكي و زيستتخريبپذيري داربستهاي استخواني از جنس روي خالص ساختهشده به روش ساخت افزودني ذوب گزينشي با ليزر
گرايش تحصيلي :
ساخت و توليد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
يازده، 107ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
ساخت افزودني , ذوب گزينشي با ليزر , زيست تخريب پذير , زيست سازگار , خوردگي , درون كاشت , داربست استخواني , مدول الاستيك
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/07/08
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/07/12
چكيده فارسي :
داربستهاي استخواني ساختهشده از جنس روي به روش ذوب گزينشي با ليزر (SLM)، بهدليل خواص زيستتخريبپذيري و زيستسازگاري قابلقبول اين فلز، كانديدايي مناسب براي ترميم بافتهاي استخواني ميباشد. با اين وجود، به دليل خواص مكانيكي پايين فلز روي، جهت استفاده از آن در ساخت درون¬كاشت¬ها، طراحي داربست با استحكام بالا ضروري است. در اين پژوهش، ابتدا پارامترهاي بهينه، جهت فرايند ذوب گزينشي با ليزر، براي پودر روي خالص بهصورت فاكتوريل كامل تعيين شد. سپس، پنج سلول واحد شامل Gyroid، Primitive و I-WP ، Diamond و Fischer Koch S از خانواده TPMS، در سه ضخامت ديواره، جهت طراحي داربستهاي استخواني با هدف افزايش خواص مكانيكي استفاده گرديد. اين سلول¬ها از نظر زيست¬تخريب¬پذيري و زيست¬سازگاري و همچنين خواص مكانيكي شامل استحكام تسليم فشاري و مدول الاستيك، مورد آزمايش قرار گرفته و مقايسه شدند. در اندازه¬گيري و مقايسه¬ي نرخ زيست تخريب¬پذيري سلول¬هاي مذكور، چنين مشاهده شد كه نرخ تخريب براي داربست با سلول¬هاي واحد Primitive و I-WP 15/0 ميليمتر درسال بوده كه از نرخ تخريب 14/0 ميليمتر در سال، براي داربست با سلول-هاي واحد Gyroid، Diamond و Fischer Koch S كمي بيشتر مي¬باشد. همچنين، نرخ كاهش وزن تمامي داربست¬ها در بازه 2-4 ميلي¬گرم در روز بوده كه دامنه نوسان گسترده اي را نشان نمي¬دهد. در ادامه براي مقايسه نرخ زيست¬سازگاري سلول¬ها، داربستها از نقطهنظر كشت سلولي و آزمايش سميت ارزيابي شدند. بر اساس مقايسه چسبندگي سلول استخواني به سطح داربست و همچنين آزمايش سميت، داربست با سلول واحد Fischer Koch S با ضخامت ديواره 500 ميكرومتر، هندسه مناسب براي سلول استخواني مورد مطالعه انتخاب شد كه علت آن، تشكيل مطلوب لايههاي سلولي در حفرههاي طراحي شده¬ي داربست بود. همچنين، درصد زنده¬ماني سلول بعد پنج روز انكوبه شدن در بازه 70 تا 110 درصد بوده كه بهترين ساختار از اين نقطه¬نظر، داربست با سلول واحد Fischer Koch S مي¬باشد. همچنين تشكيل آپاتيت مشابه استخوان روي سطوح داربست، زيست¬فعالي داربست¬هاي مورد مطالعه را تاييد نمود. با مقايسه خواص مكانيكي سلول¬هاي مورد نظر، سلولهاي I-WP و Primitive به ترتيب بالاترين MPa 2/1 ± 1/36 و MPa 4/1 ± 5/33 استحكام تسليم فشاري را نشان دادند. كاهش استحكام تسليم فشاري براي داربست با دو سلول واحد ياد شده، پس از هشت هفته خوردگي، در محيط زيستفعال كمتر از MPa 3 اندازهگيري شد. با توجه به نتايج حاصل از زيستتخريبپذيري، زيستسازگاري و ارزيابيهاي مكانيكي، سلولهاي واحد I-WP و Primitive با ضخامت ديواره 500 ميكرومتر، بهعنوان گزينههاي مناسب براي كاربرد در مهندسي بافت استخوان انتخاب شدند.
چكيده انگليسي :
Zinc is a promising material for biodegradable scaffolds due to its biocompatible nature and suitable degradation rate. However, its low mechanical strength limits its use in load-bearing applications. This study aims to address this challenge by optimizing the process parameters of pure zinc using laser-based powder bed fusion and designing zinc scaffolds with tailored structures. Scaffolds based on five different unit cell types (Diamond, Gyroid, Primitive, Fischer-Kock S, and I-WP) were designed and fabricated using the optimized process parameters. The resulting scaffolds were evaluated for mechanical properties, biodegradation behavior, and biocompatibility. Results show that I-WP and Primitive scaffolds exhibited superior mechanical properties with compressive yield strengths of 36.1 ± 1.2 MPa and 33.5 ± 1.4 MPa, respectively. While all scaffolds displayed a degradation rate within the range of 0.14-0.15 mm/year, the I-WP and primitive design exhibited a slightly higher degradation rate (0.15 mm/year) compared to the the Gyroid, Diamond, and Fischer Koch S scaffolds (0.14 mm/year). Zinc itself demonstrated excellent cytocompatibility, as evidenced by in vitro MTT assay and cell morphology studies. Unit cell morphology also could accelerate proliferation, where MG-63 cells formed bridges between the unit cell walls in Fischer Koch S scaffolds. Considering the targeted application (mandible or jawbone healing) and evaluating all findings, scaffolds with I-WP and Primitive designs and wall thicknesses of 500 micrometers (S01) emerged as the most promising candidates in mandible healing injuries.
استاد راهنما :
محسن بدرسماي , احسان فروزمهر
استاد مشاور :
مهشيد خرازيهاي اصفهاني
استاد داور :
فرزام فرهمند , علي مالكي , مهدي كاروان
