استفاده از روش رویه پاسخ در ساخت داربست بهینه کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت/ دیوپساید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی متالورژی و مواد، گروه مهندسی مواد، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران.

2 استاد، گروه بیومتریال و مهندسی بافت، دانشکده فناوری‌های نوین پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران.

3 دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران.

4 دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، واحد مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.

چکیده

روش رویه پاسخ، مجموعه‌ای از تکنیک­های آماری برای طراحی آزمایشات، مدل‌سازی و بررسی اثر فاکتورها بر نتایج و در نهایت بهینه‌سازی فرآیند است. در این تحقیق جهت انتخاب داربست بهینه کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت و دیوپساید، از روش طراحی آزمایش مرکب مرکزی استفاده شده است. این روش با در نظر گرفتن محدوده مشخص برای سه فاکتور مؤثر (درصد هیدروکسی آپاتیت، درصد روانساز و دمای عملیات حرارتی) و تعیین پاسخ مناسب که میزان تخلخل داربست‌ها است، ۲۰ حالت پیشنهادی برای ساخت داربست کامپوزیتی را ارائه داده که پس از ساخت و تعیین درصد تخلخل، حالت بهینه برای ساخت داربست کامپوزیتی، ۵۷/۷۷ درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت، (۴۳/۲۲ درصد وزنی دیوپساید) ۶۴/۰ درصد وزنی روانساز (سدیم تری پلی فسفات) و دمای عملیات حرارتی ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد انتخاب گردید. برای تائید قدرت پیش‌بینی مدل‌ به‌دست‌آمده آزمایش‌هایی تحت شرایط بهینه معرفی شده توسط روش طراحی مرکب مرکزی انجام گرفت و نتایج تخلخل سنجی به روش ارشمیدس نشان داد که ۰۹۴/۰ درصد اختلاف بین پاسخ (تخلخل) به‌دست‌آمده و پیش‌بینی شده توسط مدل وجود دارد. همچنین نتایج XRD، FTIR و SEM تأییدکننده این است که نمونه داربست ساخته شده با روش رویهپاسخ یک نمونه ایده­آل جهت استفاده در مهندسی بافت استخوان است. به‌طورکلی با توجه به نتایج این تحقیق، روش رویه پاسخ می‌تواند، ابزاری سودمند برای بهینه‌سازی داربست‌های کامپوزیتی در مهندسی بافت باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] W. Suchanek & M. Yoshimura, "Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants", Journal of Materials Research, vol. 13, no. 1,  pp. 94-117, 1998.
 
[2] S, Teixeira, M. Rodriguez, P. Pena, A. De Aza, S. De Aza, M. Ferraz & F. Monteiro, "Physical characterization of hydroxyapatite porous scaffolds for tissue engineering", Materials Science and Engineering: C, vol. 29, no. 5, pp. 1510-1514, 2009.
 
[3] ن. رفیعی و ا. کرمیان، "بررسی زیست فعالی نانو کامپوزیت آپاتیت طبیعی- دیوپساید متراکم سازی شده به روش زینترینگ دومرحله‌ای جهت مصارف پزشکی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2،  ۱۳۹۵.
 
[4] T. Nonami, "Developmental study of diopside for use as implant material", MRS Online Proceedings Library Archive, vol. 252, 1991.
 
[5] M. Fathi & M. Kharaziha, "Mechanochemical synthesis and characterization of nanostructure forsterite bioceramics", International Journal of Modern Physics B, vol. 22, no. 18,19,  pp. 3082-3091, 2008.
 
[6] X. Ren, Q. Tuo, K. Tian, G. Huang, J. Li, T. Xu, X. Lv, J. Wu, Z. Chen & J. Weng, "Enhancement of osteogenesis using a novel porous hydroxyapatite scaffold in vivo and vitro", Ceramics International, vol. 44, no. 17, pp. 21656-21665, 2018.
 
[7] س. راهوی، ا. منشی، ر.ا. عمادی و م. فتحی، "بررسی و مشخصه یابی هیدروکسی آپاتیت نانوکریستال مشتق از استخوان انسان"، اولین همایش ملی نانومواد و نانو تکنولوژی، شاهرود، سیویلیکا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود، ۱۳۹۰.
 
[8] M. Zhang, C. Liu, J. Sun & X. Zhang, "Hydroxyapatite/diopside ceramic composites and their behaviour in simulated body fluid", Ceramics International, vol. 37, no. 6, pp. 2025-2029, 2011.
 
[9] S. Sadeghzade & R. Emadi, "Improving the mechanical and bioactivity of hydroxyapatite porous scaffold ceramic with diopside/forstrite ceramic coating", Nanomedicine Journal, vol. 6, no. 1, pp. 50-54, 2019.
 
[10] م. فروغی، ب.ن. تبریزی، س. کرباسی و ر. ابراهیمی کهریزسنگی، "مقایسه ساختاری هیدروکسی آپاتیت نانو کریستال طبیعی و سنتز شده". هفدهمین کنفرانس مهندسی پزشکی ایران، اصفهان، انجمن مهندسی پزشکی ایران، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، ۱۳۸۹.
 
[11] A. Kazemi, M. Abdellahi, A. Khajeh-Sharafabadi, A, Khandan & N. Ozada, "Study of in vitro bioactivity and mechanical properties of diopside nano-bioceramic synthesized by a facile method using eggshell as raw material", Materials Science and Engineering: C, vol. 71 pp. 604-610, 2017.
 
[12] T. Nonami, "In vivo and in vitro testing of diopside for biomaterial", Journal of the Society of Materials Engineering for Resources of Japan, vol. 8, no. 2, pp. 12-18, 1996.
 
[13] R. Hodgskinson & J. Currey, "The effect of variation in structure on the Young's modulus of cancellous bone: a comparison of human and non-human material", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, vol. 204, no, 2, pp. 115-121, 1990.
 
[14] H. R. Ramay & M. Zhang, "Preparation of porous hydroxyapatite scaffolds by combination of the gel-casting and polymer sponge methods", Biomaterials, vol. 24, no. 19, pp. 3293-3302, 2003.
 
[15] E. Saiz, L. Gremillard, G. Menendez, P. Miranda, K. Gryn A. P. Tomsia, "Preparation of porous hydroxyapatite scaffolds", Materials Science and Engineering: C, vol. 27, no. 3, pp. 546-550, 2007.
 
[16] F. Scalera, F. Gervaso, K. Sanosh, A. Sannino & A. Licciulli, "Influence of the calcination temperature on morphological and mechanical properties of highly porous hydroxyapatite scaffolds", Ceramics International, vol. 39, no. 5, pp. 4839-4846, 2013.
 
[17] J. Ko, N. K. Mohtaram, F. Ahmed, A. Montgomery, M. Carlson, P. C. Lee, S. M. Willerth & M. B. Jun, "Fabrication of poly (ϵ-caprolactone) microfiber scaffolds with varying topography and mechanical properties for stem cell-based tissue engineering applications", Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, vol. 25, no. 1, pp. 1-17, 2014.