هيدروكسي آپاتيت (Hydroxy apatite (HAP) فاز معدني تشكيل دهنده بافت ساخت بدن انسان يعني استخوان و دندان است. مهم ترين خاصيت HAP خواص زيستي آن است. HAP داراي خواص مهمي مانند زيست سازگاري بيواكتيويتي (Bioactivity) و استئوكانداكتيويتي (osteoconductivity) مي باشد. بيواكتيويتي عبارت است از توانايي برقراري پيوند مستقيم شيميايي با سلول هاي بدن. استئوكانداكتيويتي ، قابليت هدايت رشد استخواني است. به عبارتي اين ماده توانايي آن را دارد كه وقتي در محيط بدن قرار مي گيرد ، بازسازي بافت استخوان از دست رفته را تسهيل و تشويق كند. در شكل 1، شماتيكي از ساختار يك استخوان بلند آورده شده است. همانطور كه ديده مي شود، بلورهاي ميله اي شكل HAP داراي طول 40- 20 نانومتر و به شكل بلورهاي كشيده و جهت دار مي باشند كه در زمينه اي از فيبرهاي كلاژني قرار دارند. اين فيبرهاي حاوي فاز معدني، به صورت صفحات لايه لايه اي (7-3 ميكرومتر) هم مركز، در طول استئون هاي استوانه اي قرار دارند. در نتيجه براي تقليد از ساختار طبيعي استخوان، براي جايگزيني بافتي كه بر اثر بيماري يا صدمه آسيب ديده است، لازم است توانايي ساخت ماده سنتزي با تركيب شيميايي، موفولوژي و اندازه ذرات مشابه با بافت طبيعي وجود داشته باشد. در اين اختراع ماده سنتزي با ابعاد، مورفولوژي و تركيب مشابه بافت سخت بدن، توليد شده است. براي سنتز اين ماده با خصوصيات مذكور، از واكنش دهي محلول آبي نمك آمونيوم هيدورژن فسفات به همراه ستيل تري متيل آمونيوم برمايد با محلول كلسيم نيترات آبي حاوي پلي اتيلن گليكول و انتقال مجموعه به محفظه فولاد زنگ نزن با آستر تفلوني در دماي 120 درجه سانتي گراد به مدت 22 ساعت استفاده گرديد.

هيدروكس آپاتيت، قسمت اصلي فاز غير آلي بافت سخت بدن انسان (استخوان ها و دندان) را تشكيل مي دهد. اين ماده معدني از خانواده كلسيم فسفات ها است كه پايدارترين عضو اين خانواده در دما و PH طبيعي بدن مي باشد، ماده سنتزي آپاتيت با فرمول شيميايي Ca10(PO4)6(OH)2 داراي ساختار بلوري هگزاگونال است و به دليل تطابق زيستي كامل با محيط بدن و داشتن خاصيت هدايت رشد بافت استخوان (Osteoconductivity)، كاربردهاي بسيار متنوعي در مصارف پزشكي و دندانپزشكي دارد. اندازه بلورهاي آپاتيت كه به طور طبيعي در بدن وجود دارد، در حدود 20 در 4 نانومتر (در عاج دندان و استخوان) و 130 در 30 نانومتر (در ميناي دندان ) است. از اين ماده، هم به عنوان فاز دوم در ساخت كامپوزيت هاي زمينه پليمري جهت استفاده در مهندسي بافت استخوان و هم به عنوان ماده اوليه براي ساخت قطعات بيوسراميك متراكم يا متخلخل استفاده مي شود. در كاربرد نوع اول، اندازه ذرات تعيين كننده نوع و ابعاد فصل مشترك بين زمينه و فاز دوم است و در كاربرد دوم، اندازه ذرات ، نقش تعيين كننده اي در بهبود رفتار سينتر آپاتيت دارد (مشكلات سينتر كردن يكي از موارد محدود كننده اين ماده مي باشد زيرا، تعيين محدوده اي كه قطعه در آن سينتر شود ولي از نظر فازي تك فاز باقي بماند بسيار مشكل است). در نتيجه، تهيه آپاتيتي با ذرات نانومتري، به علت افزايش نسبت سطح به حجم، سينترپذيري پودر حاصل را به طور قابل ملاحظه اي بهبود مي بخشد و در ضمن به آپاتيت فيزيولوژيك شباهت بيشتري پيدا مي كند. نكته ديگري كه در مورد آپاتيت حائز اهميت است، ميزان استوكيومتري بودن آن است. ساختار هيدروكسي آپاتيت داراي اين قابليت است كه در آن يونهاي HPO4جايگزين PO4 شود، يا يونهاي نظير CO3 و F و Mg2 جاي يونهاي هيدروكسيل با كلسيم را در ساختار بگيرد. در اين اختراع، روشي براي تهيه ذرات هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري با ابعاد نانومتري ارائه شده است كه از نظر پايداري حرارتي داراي كيفيت مطلوب است و در ضمن، به دليل داشتن ذرات در ابعاد نانومتري، براي ساخت كامپوزيت هاي دنداني، كامپوزيتهاي داربست مهندسي بافت استخوان و به عنوان فاز جامد سيمانهاي استخوان و دندان در كشور كاربرد دارد.

در اين نوآوري، به منظور تقليد زيستي از اجزاء معدني و آلي استخوان طبيعي، داربست (Scaffold) كامپوزيتي هيدروكسي آپاتيت و ژلاتين با استفاده از روش تركيبي قالب گيري حلال (Solvent ccasting) و خشك سازي انجمادي (Freeze-drying) تهيه شده است. به منظور شبكه سازي پليمر كامپوزيت، گلوتارآلدئيد به عنوان عامل شبكه ساز و بي سولفيت سديم جهت خارج سازي گلوتارآلدئيد اضافي استفاده شده است. با به كارگيري اين روش، مي توان داربست هايي با ويژگي هاي مكانيكي و ساختاري نزديك به استخوان ترابكولار طبيعي تهيه نمود. داربست هاي حاصل داراي ساختار متخلخل با خلل و فرج دررو باز (interconnected open pores) هستند. نتايج بيانگر آن است كه كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت - ژلاتين با نسبت 50% وزني هيدروكسي آپاتيت داراي مدول فشاري، حداكثر تنش فشاري و ازدياد طول مشابه استخوان ترابكولار مي باشد. پيوندهاي شيميايي و ميكرو ساختار كامپوزيت ها توسط ميكروسكوپ الكتروني، تبديل فوريه مادون قرمز و ميكروسكوپ نوري بررسي شده و وجود پيوند شيميايي بين يون R-COO در ژلاتين و يون Ca2 در هيدروكسي آپاتيت مشخص گرديد. همچنين مشاهده شد كه افزودن HA باعث كاهش جذب آب و تخلخل كامپوزيت مي گردد. به منظور بررسي پاسخ بيولوژيكي داربست ها، از محيط كشت فيبروبلاست F929 استفاده گرديد، نتايج حاكي از تكثير نسبي سلول ها در اطراف سطح كامپوزيت بود. ادعاي اين پروژه طرح و ارزيابي روشي جديد جهت تهيه داربست كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت - ژلاتين به عنوان جايگزين مهندسي بافت استخوان است.