Pubmed
PII
DOI
ISNET
IRANMEDEX
MAGIRAN
SID
jalali
1400
12
10
gregorian
2022
3
1
29
4
online
1
fulltext
Pubmed
PII
DOI
ISNET
IRANMEDEX
MAGIRAN
SID
بررسی خواص الکتریکی نانوصفحات گرافن به کار رفته در نانوساختارهای کامپوزیتی زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید - پلی کاپرولاکتون تقویت شده با نانوذرات هیدروکسی آپاتیت جهت کاربرد در جراحی بافت استخوان
Investigation of electrical properties of graphene nanosheets used in biodegradable composite nanostructures based on polylactic acid-polycaprolactone reinforced with Hydroxyapatite nanoparticles for use in bone tissue surgery
زمینه و هدف: آسیبهای وارده به بافت سخت باعث نیاز بیمار به استفاده از کاشتنیهای فلزی میگردد. کاشتنی¬های موجود جهت استفاده در بافت¬های استخوانی که به دلیل جراحات ناشی از تروما و صدمات استخوانی در بدن کاشته میشوند نیاز به جراحی دوم جهت خروج ایمپلنت از بدن بعد از ترمیم بافت آسیب دیده دارند. با استفاده از کاشتنیهای زیست تخریبپذیر، جراحی ثانویه حذف میشود که برای بیمار بسیار سودمند است. لذا هدف از انجام این پژوهش طراحی کاشتنی زیست تخریب پذیرمناسب برای بافت استخوانی بوده است که علاوه بر دارا بودن ویژگی زیست تخریب پذیری مقاومت مکانیکی کافی برای استفاده در بافت سخت را نیز داشته باشد. در این مطالعه خواص مکانیکی، مورفولوژی سطح، ویژگی¬های الکتریکی، میزان ترشوندگی سطح و میزان زیست فعالی مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت به داربستی دست یافته شد که مناسب استفاده در جراحی بافت استخوان بود.
مواد و روشها: این مطالعه به صورت یک مطالعه پژوهشی انجام شد، ۵ نمونه مختلف ساخته شد و مورد بررسی قرار گرفت. ساخت نانوکامپوزیت¬ها توسط روش محلولی صورت گرفت. جهت بررسی خواص مکانیکی از نمونه¬ها آزمون کشش گرفته شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مدل (EMITECH-K450X) جهت بررسی مورفولوژی سطح نانوکامپوزیت¬ها و بررسی میزان زیست فعالی قبل و بعد از غوطه¬وری در محلول SBF استفاده شد. آزمون هدایت الکتریکی به روش چهار پروب برای بررسی هدایت الکتریکی نمونه¬ها انجام شد و میزان ترشوندگی سطح با اندازه گیری زاویه تماس آب مورد بررسی قرار گرفت. داده¬ها به صورت میانگین ± انحراف معیار (MEAN±SD) به دست آمده و برای تحلیل آماری از نرم افزار SPSS (ویرایش 16) استفاده گردید و از آزمون آماری واریانس یک طرفه (ANOVA) استفاده شد، سطح معنی¬دار بودن اختلافات با 005/0>P محاسبه گردید.
یافتهها: مشخص شد که نانوکامپوزیت حاوی 1% گرافن دارای مدول یانگ 426/169±5/۱۵۴۰ مگاپاسکال و نمونه خالص دارای مدول یانگ 342/215±81/۱۱۹۴ مگاپاسکال بود. میزان افزایش طول تا شکست نانوساختار حاوی ۱% گرافن 732/۰±۲/۵% و برای نمونه خالص 944/0±8/۳% بود. بهبود میزان افزایش طول تا شکست ناشی از حضور پلیکاپرولاکتون در ماتریس پلیمری است. همچنین میزان هدایت الکتریکی از S/M 0008/0±00158/۰ برای نمونه فاقد گرافن به S/M 0021/0±0092/۰ برای نمونه حاوی ۱% گرافن رسید که نشان میدهد صفحات گرافن به خوبی در زمینه پلیمر باز شدهاند و کانالهای هدایت الکتریکی را ایجاد کردهاند. همچنین میزان ترشوندگی سطح نانوساختار حاوی ۱٪ گرافن نسبت به ماتریس پلیمری بیشتر بود و از 88 درجه به 84 درجه رسید. رشد بلورهای آپاتیت بر سطح نانوکامپوزیت¬ها نشان از زیست فعالی نانوکامپوزیت¬ها دارد.
نتیجهگیـری: یافته¬های این پژوهش نشان داد که حضور نانو ذرات گرافن علاوه بر بهبود خواص مکانیکی ماتریس زمینه باعث بهبود هدایت الکتریکی و همچنین بهبود آبدوستی سطح شده است. با توجه به مدول یانگ نانوساختار بهینه این نانوکامپوزیت برای کاربرد در جراحی بافت استخوان اسفنجی مناسب است و می¬تواند جایگزین مناسبی به عنوان پیچ و پلاک زیست تخریب¬پذیر و داربست برای مهندسی بافت استخوان ¬باشد.
Introduction & Objective: Metal implants are used when bone tissue is damaged. Implants available for use in bone tissue that are implanted in the body due to trauma injuries and bone injuries require a second surgery to remove the implant from the body after repairing the damaged tissue. Therefore, the purpose of this study is to design a biodegradable implant suitable for bone tissue that, in addition to having biodegradability, has sufficient mechanical strength to be used in hard tissue. In this study, mechanical properties, surface morphology, electrical properties, surface wettability and bioactivity were investigated. Finally, a scaffold was found that was suitable for use in bone tissue surgery.
Materials & Methods: In this study, nano composites were fabricated by solution casting. Tensile test was taken from the samples to evaluate the mechanical properties. Field emission scanning electron microscopy was used to examine the surface morphology of the nanocomposites and to evaluate the bioactivity before and after immersion in SBF solution. The electrical conductivity test was performed by four probes to check the electrical conductivity of the samples and the surface wettability was measured by measuring the contact angle of water. Data were obtained as mean standard deviation (MEAN ± SD) and for statistical analysis SPSS software (version 16) was used and one-way analysis of variance (ANOVA) was used, the level of significant differences with (P < 0.005) was calculated.
Results: It was found that the nanocomposite contained 1% graphene with a Young's modulus of
1540.5 ± 169.426MPa and the pure sample had a Young's modulus of 1194.81±215.342MPa. The rate of elongation at break of the nanostructure contained 1% graphene was 5.1±0.816%. This value was 3.8±0.944% for the pure sample. The improvement in elongation at break is due to the presence of polycaprolactone in the polymer matrix. Also, the electrical conductivity increased from 0.00158±0.0008 S / M for the graphene-free sample to 0.0092±0.0021 S / M for the sample containing 1% Graphene, which indicates that the graphene plates have opened well in the polymer field and have created electrical conduction channels. Also, the wettability of the nanostructured surface containing 1% graphene was higher than that of the polymer matrix and increased from 88° to 84°. The growth of apatite crystals on the surface of nanocomposites indicates the bioactivity of nanocomposites.
Conclusions: Findings of this study showed that the presence of graphene nanoparticles in addition to improving the mechanical properties of the matrix has improved the electrical conductivity and also improved the hy<font>drop</font>hilicity of the surface. The findings of this study showed that the optimal nanocomposite is suitable for use in spongy bone tissue surgery. Due to the Young's modulus of optimal nanostructure, this nanocomposite is suitable for use in spongy bone tissue surgery and can be a suitable alternative as biodegradable screws and plates and scaffolds for bone tissue engineering.
نانوکامپوزیت های زیست تخریب پذیر، گرافن، هیدروکسی آپاتیت، هدایت الکتریکی، پیچ زیست تخریب پذیر
Biodegradable Nanocomposites, Graphene, Hydroxyapatite, Electrical Conductivity, Biodegradable Screw
63
78
فرناز
دهقانی فیروزآبادی
No
دکتر احمد
رمضانی سعادت آبادی
ramazani@sharif.edu
No
دکتر آزاده
آصف نژاد
No
دکتر علی
عبداللهی
No