بهینه‌سازی ساختارهای متخلخل بر پایه پلی‌پروپیلن فومارات/ هیدروکسی اتیل‌متاکریلات/ شیشه زیست‌فعال ساخته‌شده به روش زیست‌الهامی براساس استحکام مکانیکی و مورفولوژی سطحی

چکیده

این‌کار مربوط به بهینه‌سازی ساختارهای متخلخل بر پایه نانوکامپوزیت پلی‌پروپیلن فومارات/هیدروکسی اتیل متاکریلات/ نانوذرات شیشه زیست‌فعال است که با واکنش کاهش- اکسایش (پلیمریزاسیون رادیکال آزاد) در دمای اتاق شبکه‌ای شده‌اند. این ساختارها با غوطه‌وری نانوکامپوزیت‌های تهیه‌شده به مدت چهار هفته در محلول مشابه مایعات بدن ایجاد می‌شوند و بر‌اساس استحکام مکانیکی (استحکام فشاری) و مورفولوژی سطح (تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی) بهینه‌سازی می-شوند. در این بهینه‌سازی اثرات نسبت پلی‌پروپیلن فومارات/ هیما، میزان نانوذرات شیشه زیست‌فعال و درصد عامل جفت آغازگر بنزوئیل پروکساید و ان و ان دی‌متیل آنیلین، در ایجاد ساختارهای متخلخل و تغییرات استحکام مکانیکی، مشخص شد. درنهایت، بهترین فرمولاسیون نانوکامپوزیتی براساس عوامل مذکور نمونه‌ای که حاوی نسبت پلی‌پروپیلن فومارات/ هیما معادل 30/70، نانوذرات شیشه زیست‌فعال به میزان 20% وزنی و جفت آغازگر معادل 5/1% وزنی بود (SPHB.732/1.5)، به‌عنوان ساختار بهینه معرفی شد. این ساختار دارای مدول الاستیکی معادل MPa 7/57، حفراتی به‌هم‌پیوسته و به‌طور کامل باز به ابعاد حدود µm 200-100 و دارای سطحی پوشیده شده با میکروذرات هیدروکسی‌کربنات آپاتیت بود. ساختار SPHB.732/1.5 تهیه‌شده به روش غوطه‌وری در مایع شبیه‌سازی شده بدن، علاوه بر زیست‌فعال بودن، زیست‌تخریب‌پذیر است و بنابراین می‌تواند به‌عنوان داربست سلول‌های استخوانی مورد ارزیابی‌های بیشتر مانند مطالعات سلولی قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Porous Structures Based on Polypropylene Fumarate /Hydroxy Ethyl Metacrylate/ Bioactive Glass Prepared by Biomimetic Methods with Mechanical Strength and Surface Morphology Analyses

چکیده [English]

This work is related to optimize the porous structure nanocomposites based on polypropylene fumarate/ hydroxyethyl methacrylate/ bioactive glass nanoparticles (PPF/HEMA/NBG) which are cross-linked through the Reduction-Oxidation reaction (free radical polymerization) at the room temperature. The porous structures prepared by immersion of the nanocomposites in simulated body fluid (SBF) for 4 weeks. The samples were optimized based on the PPF/HEMA ratio, the NBG content and percentage of the benzoyl peroxide and dimethyl aniline pairs (BPO+DMA) with mechanical strength (compressive strength) and surface morphology (SEM images) analyses. Finally, the best structure based on mentioned factors, SPHB.732/1.5, which contains the PPF/HEMA ratio at 30/70, NBG content at 20 wt% and BPO+DMA pairs at 1.5 wt% was introduced as the optimum structure. This structure has an elastic modulus of 57.7 Mpa, interconnected-open porous architecture with the pore size approximately 100-200μm and the surface coated with hydroxycarbonate apatite microparticles (HCA). The SPHB.732/1.5 structure prepared by soaking in SBF not only is a bioactive component but also is a biodegradable material and hence can be used as a bone scaffold when more evaluate for this application.

کلیدواژه‌ها [English]

  • optimization
  • Bone scaffold
  • Biomimetic
  • Surface morphology
  • Mechanical Strength

1.  Yao CH, Tsai HM, Chen YS, Liu BS. Fabrication and evaluation of a new composite composed of tricalcium phosphate, gelatin, and Chinese medicine as a bone substitute. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 2005;75:277-88.

 

[2] Jones JR. Review of bioactive glass: from Hench to hybrids. Acta biomaterialia 2013;9:4457-86.

 

[3] Boccaccini AR, Erol M, Stark WJ, Mohn D, Hong Z, Mano JF. Polymer/bioactive glass nanocomposites for biomedical applications: a review. Composites Science and Technology 2010;70:1764-76.

 

[4] Shin H, Jo S, Mikos AG. Biomimetic materials for tissue engineering. Biomaterials 2003;24:4353-64.

 

[5] Rezwan K, Chen Q, Blaker J, Boccaccini AR. Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials 2006;27:3413-31.

 

[6] Kokubo T, Kim H-M, Kawashita M. Novel bioactive materials with different mechanical properties. Biomaterials 2003;24:2161-75.

 

[7] Jarcho M. Calcium phosphate ceramics as hard tissue prosthetics. Clinical orthopaedics and related research 1981;157:259-78.

 

[8] LeGeros RZ. Calcium phosphate-based osteoinductive materials. Chemical reviews 2008;108:4742-53.

 

[9] Loher S, Reboul V, Brunner TJ, Simonet M, Dora C, Neuenschwander P, et al. Improved degradation and bioactivity of amorphous aerosol derived tricalcium phosphate nanoparticles in poly (lactide-co-glycolide). Nanotechnology 2006;17:2054.

 

[10] Misra SK, Mohn D, Brunner TJ, Stark WJ, Philip SE, Roy I, et al. Comparison of nanoscale and microscale bioactive glass on the properties of P (3HB)/Bioglass composites. Biomaterials 2008;29:1750-61.