شماره مدرك
21295
شماره راهنما
2531 دكتري
پديد آورنده
دهقان، فاطمه
عنوان
ساخت و مشخصهيابي داربستهاي نانوكامپوزيتي پليكاپرولاكتون/ديوپسيد-آهن/ گرافن كوانتوم دات-كلر بهمنظوركاربرد همزمان مهندسي بافت استخوان و گرمادرماني
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
نانومواد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
يازده، 166ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
گرمادرماني , بيوسراميك , ديوپسيد , داربست , مهندسي بافت , پرينت سهبعدي , فوتوترمال , پليكاپرولاكتون
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/12
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي نانوفناوري
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/15
كد ايرانداك
23243924
چكيده فارسي
نقايص استخواني ناشي از برداشت جراحي تومور، دو چالش باليني اساسي را بههمراه دارند: احتمال باقيماندن سلولهاي سرطاني ميكروسكوپي و اختلال در فرآيند بازسازي طبيعي استخوان. براي رفع اين چالشها، داربستهاي نانوكامپوزيتي چندمنظوره بر پايه پليكاپرولاكتون/ديوپسيد–آهن/گرافن كوانتومدات–كلر (PCL/Fe-DIO/Cl-GQD) با هدف كاربرد همزمان در مهندسي بافت استخوان و گرمادرماني فوتوترمال طراحي و ساخته شدند. نانوپودرهاي ديوپسيد و ديوپسيد دوپشده با آهن (Fe05/0 ،Fe15/0و Fe25/0مول درصد) به روش سل–ژل سنتز شدند. آناليز XRD تشكيل فاز خالص ديوپسيد را تأييد كرد و اندازه كريستاليت با افزايش درصد آهن از 24/1nm در DIO خالص به 18/4nm كاهش يافت كه نشاندهنده جانشيني كنترلشده در شبكه بلوري است. تركيب 0.15ّFe-DIO بهترين عملكرد كلي را نشان داد؛ با مغناطش اشباع 1/92emu/g و توان اتلاف ويژه (SAR) برابر 55/8W/g كه آن را به كانديد اصلي براي هايپرترمياي مغناطيسي تبديل ميكند. زيستپذيري سلولي پس از 96 ساعت در محدوده 82–85% باقي ماند كه زيستسازگاري قابلقبول اين تركيب را تأييد ميكند. داربستهاي سهبعدي حاوي 20، 40 و 60 درصد وزني پودر سراميكي در زمينه PCL به روش چاپ سهبعدي روبوكستينگ ساخته شدند. تركيب (0.15ّFe-DIO) %40- P بهعنوان تركيب بهينه انتخاب شد؛ اين داربست استحكام فشاري تقريبا 90MPa بيش از 200% بالاتر از PCL خالص ، مدول يانگ حدود MPa 105، تخلخل بههمپيوسته 70%، و اندازه منافذ 580 تا µm 680 را نشان داد كه در محدوده بهينه براي نفوذ سلولي و رگزايي قرار دارد. نقاط كوانتومدات گرافن–كلر (Cl-GQD) با اندازه ميانگين nm 7/53 ± 2/77سنتز و پس از اصلاح سطحي (آمينوليز و هيدروليز قليايي) بر سطح داربستها تثبيت شدند، زاويه تماس را به °1 ± 38 رساندند و رفتار تخريب را از حالت تودهاي به تخريب تدريجي سطحي تبديل كردند. ارزيابي زيستفعالي در محلول SBF توان بالاي تشكيل لايه آپاتيتي در داربست نهايي را تأييد كرد و رهايش كنترلشده يونهاي Si و Fe بهترتيب در حدود mg/L 8/3± 0.3 وmg/L 0/38 ± 0/05 حفظ شد. تحت تابش ليزر NIR با طول موج nm 808 ، دماي داربست در مدت 300 ثانيه به بيش از °C 52 رسيد. درمان فوتوترمال زندهماني سلولهاي استئوساركوما 63 MG-را به كمتر از 8/42% كاهش داد، در مقايسه با 71/3% در غياب تابش، و تصاوير ميكروسكوپ كانفوكال غلبه سلولهاي مرده را در گروه تحت تابش تأييد كرد. داربست P-40%(0.15Fe-DIO)/AM/HD/Cl-GQD با تركيب يكپارچگي مكانيكي، زيستفعالي قوي، تخريبپذيري كنترلشده، و پاسخ فوتوترمال مؤثر بهعنوان يك سامانه چندمنظوره براي بازسازي نقص استخواني و حذف موضعي سلولهاي سرطاني باقيمانده پس از جراحي برداشت تومور پيشنهاد ميشود.
چكيده انگليسي
Bone defects resulting from surgical tumor resection present a dual clinical challenge: the risk of residual microscopic cancer cells and disruption of natural bone regeneration. To address this, multifunctional nanocomposite scaffolds based on polycaprolactone/iron-doped diopside/chlorine-doped graphene quantum dots (PCL/Fe-DIO/Cl-GQD) were designed and fabricated for simultaneous bone tissue engineering and photothermal cancer therapy. Diopside and iron-doped diopside nanopowders (0.05, 0.15, and 0.25 mol% Fe) were synthesized via the sol-gel method. XRD analysis confirmed pure diopside phase formation, with crystallite size decreasing from 24.1 nm in pure DIO to 18.4 nm at the highest Fe content, indicating controlled lattice substitution. The 0.15Fe-DIO composition showed the best overall performance, with a saturation magnetization of 1.92 emu/g and a specific absorption rate (SAR) of 55.8 W/g, making it the primary candidate for magnetic hyperthermia. Cell viability remained at 82–85% after 96 hours, confirming acceptable cytocompatibility. Three-dimensional scaffolds containing 20, 40, and 60 wt% ceramic powder in a PCL matrix were fabricated by robocasting. The P-40%(0.15Fe-DIO) composition was selected as optimal, exhibiting a compressive strength of 90 MPa — over 200% higher than pure PCL — a Youngʹs modulus of ~105 MPa, interconnected porosity of 70%, and pore sizes of 580–680 µm, well within the range required for cell infiltration and vascularization. Cl-GQDs (mean size: 7.53 ± 2.77 nm) were subsequently synthesized and immobilized onto aminolysis/hydrolysis-functionalized scaffold surfaces, reducing the water contact angle to 38 ± 1° and shifting degradation from bulk erosion to controlled surface degradation. Bioactivity testing in simulated body fluid confirmed strong apatite-forming ability in the final scaffold, with controlled Si and Fe ion release maintained at 8.3 ± 0.3 and 0.38 ± 0.05 mg/L, respectively. Under 808 nm NIR laser irradiation, scaffold temperature exceeded 52°C within 300 seconds. Photothermal treatment reduced MG-63 osteosarcoma cell viability to below 42/8%, compared to 71.3% without irradiation, with confocal microscopy confirming predominant cell death in the irradiated group. The P-40%(0.15Fe-DIO)/AM/HD/Cl-GQD scaffold — combining mechanical integrity, strong bioactivity, controlled biodegradation, and effective photothermal response — is proposed as a multifunctional platform for bone defect regeneration and localized elimination of residual tumor cells following resection surgery.
استاد راهنما
مهدي احمديان , رحمت اله عمادي
استاد مشاور
زهرا سبحاني , فريبرز توانگريان
استاد داور
سعيد كرباسي , عليرضا علافچيان , محمد خدايي