زمينه فني اين اختراع آرايشي بهداشتي، صنايع غذايي، تجهيزات پزشكي و دارويي و شيمي مي باشد. تركيب نانوپودر آپاتيت بيوميمتيك كه بر اساس نوع كاربرد در مواضع دنداني، استخواني و كاربردهاي پزشكي با نگرشي بر تركيب و ساختار آپاتيت بافت سخت و با فرمولي كه حاوي منيزيم، روي و سديم و سيليسيم نسبت به هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري است و فرمول تركيب حاصل به صورت Car-z-m-n/2MgmNanZnz(PO4)p-2/3*a-s(SiO4)s(CO3)a+b(OH)2-2b-s است كه در آن ضريب r در كلسيم بين 8 تا 10، ضريب منيزيم 0 تا 1.2، ضريب سديم 0 تا 2، ضريب روي 0 تا 0.5، ضريب فسفات 3.54 تا 6، ضريب كربنات 0 تا 2 و ضريب سيليكات 0 تا 0.5 و ضريب هيدروكسيل 0 تا 2 تعيين مي‌گردد.

هيدروكسي آپاتيت به عنوان ماده اي با شباهت نسبتا خوب به بافت معدني استخوان اخيرا كاربرد پزشكي خوبي يافته است. چسبندگي بهتر و تسريع رشد استخوان از مزاياي آن به شمار مي رود. اما همين تركيب نيز با تركيب اصلي بافت معدني استخوان هنوز فاصله دارد. نياز به ارتقاء و بهينه سازي تركيب و سنتز تركيبي با شباهت بيشتر با بافت استخوان باعث شد تا تغييراتي در ساختار تركيب فوق داده شده تا خواص بهتر و بهينه تري حاصل شود. هيدروكسي آپاتيت كربناتي با داشتن جزئي به نام كربنات در ساختار خود شباهت بيشتري به بافت استخوان دارد از طرفي همين شباهت عامل ديگري در تسريع چسبندگي و نيز سرعت رشد سلولي در بافت استخواني خواهد شد. وارد كردن كربنات به عنوان يكي از گروه هاي عاملي مهم بافت استخوان به تركيب هيدروكسي آپاتيت و نيز سنتز غير استوكيومتري آن اساس اين اختراع بوده است. هيدروكسي آپاتيت غير استوكيومتري در مقايسه با هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري سريع تر در بدن تخريب شده و بيواكتيوتر است. اين امر عملكرد گروه هاي فعال درون بافت استخواني را بهبود مي بخشد.گ از جمله عوامل افزايش شباهت هيدروكسي آپاتيت سنتز شده به هيدروكسي آپاتيت بيولوژيك (بافت استخوان) عبارتند از: 1- درجه بلورينگي و اندازه بلورك هاي هيدروكسي آپاتيت سنتز شده 2- نوع و مقدار عناصري كه با حضور خود در ساخت هيدروكسي آپاتيت تركيب را غير استوكيومتري مي كند. 3- نانو بود ن اندازه ذرات قابليت انحلال و جذب زيستي اين مواد و سرعت رشد استخوان در اطراف آنها متاثر از عوامل ذكر شده مي باشند. سنتز اين تركيب به روش شيمي تر يا رسوبدهي شيميايي صورت گرفته. فرمولاسيون تركيب به صورتXCa10(po4)6(oh)3-2x(co3)x بسته به ميزان منبع كربناتي اضافه شده در پودر مي تواند بين صفر تا 1 متغير باشد. است.

امروزه يكي از مشكلات عمده حوزه سلامت شكستگي هاي استخواني و ضايعات دنداني به دلايل مختلف پوكي استخوان، تصادفات، رفتارهاي بهداشتي غير صحيح و ... مي باشد هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري با ساختار كريستالي هگزا گونال در زمره زيست سازگارترين مواد شناخته شده قرار دارد كه به علت شباهت زياد از نظر تركيب به استخوان و زيست سازگاري بالاي آن يكي از مواد جايگزين در كاشتني هاي استخواني مورد توجه قرار گرفته است. هيدروكسي آپاتيت غير استوكيومتري در مقايسه با هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري سريع تر در بدن تخريب شده و بيواكتيوتر است اين امر عملكرد گروه هاي فعال درون بافت استخواني را بهبود مي بخشد. از جمله عوامل افزايش شباهت هيدروكسي آپاتيت سنتز شده به هيدروكسي آپاتيت بيولوژيك (بخش معدني بافت استخوان ) عبارتند از: - درجه بلورينگي و اندازه بلورك هاي هيدروكسي آپاتيت سنتز شده - نوع و مقدار عناصري كه با حضور خود در ساختار هيدروكسي آپاتيت تركيب را غير استوكيومتري مي كند. - نانو بودن ذرات - قابليت انحلال و جذب زيستي اين مواد و سرعت رشد استخوان در اطراف آنها متاثر از عوامل ذكر شده مي باشند. با تغيير پارامترهاي فيزيكي مانند دما و زمان سنتز و زمان پيرسازي و استفاده از عناصر موثر مي توان پودري با خصوصيات بسيار شبيه استخوان طبيعي بدن توليد كرد. نانو پودر منيزيم كربنات هيدروكسي آپاتيت با درجه بلورينگي پايين با تركيب بسيار نزديك به تركيب استخوان داراي ويژگي هاي بسياريست. حضور يون منيزيم در بافت استخوان باعث تحريك استخوان سازي و افزايش سرعت رشد و افزايش قدرت اتصال استخوان مي شود. كاهش آن منجر به توقف رشد استخوان كاهش فعاليت هاي استخوان سازي و جذب كلسيم از استخوان و غضروف ، تردي و فقدان استخوان مي گردد. افزودن كربنات علاوه بر افزايش شباهت به استخوان قابليت انحلال و جذب زيستي را نيز افزايش مي دهد.

كلسيم فسفات ها به خصوص هيدروكسي آپاتيت Ca10(PO4)6(OII)2 به عنوان بيوسراميك به دليل شباهتي كه با جزء معدني بافت سخت (استخوان و دندان) دارند، كاربرد فراواني در مهندسي پزشكي و ارتوپدي به عنوان جايگزين بافت، ترميم كننده، كاشتني و پر كننده يافته اند. مشخص شده كه هيدروكسي آپاتيت موجود در مينرال بافت سخت بدن غير استوكيومتري بوده و در ساختار آن عناصر ديگري از جمله سيليسيم ، منيزيم، آهن، روي، استرانسيم و ... نيز وجود دارد. سرعت ترميم هيدروكسي آپاتيت در محيط بدن بسيار كم است و با توجه به شيمي پيچيده ي جزء معدني استخوان در مقايسه با هيدروكسي آپاتيت سنتز شده مي توان آن را شرح داد. اگر چه جزء معدني استخوان در اصل يك فاز آپاتيتي كلسيم فسفاتي است، اما اغلب حاوي مقادير قابل توجهي از يون هاي ديگر نيز مي باشد. اين يون هاي ثانوي نقش مهمي در رفتار شيميايي و زيستي جزء معدني استخوان ايفا مي كنند. شيمي جزء معدني استخوان به وضوح با مراحل تشكيل و رشد استخوان جديد رابطه دارد. مقدار كربنات جزء معدني استخوان انسان در بدو تولد بسيار كم است. ولي پس از گذشت تنها يك هفته سه برابر مي شود. ممكن است فرض شود كه اگر يك ماده ي هيدروكسي آپاتيتي تهيه شود كه مقادير قابل مقايسه اي از اين يون ها را دارا باشد در اين صورت در مقايسه با هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري ، رفتار اين ماده ي مصنوعي در محيط داخل بدني بسيار شبيه به جزء معدني استخوان باشد. با وجود اينكه هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري داراي خواص مطلوبي از جمله زيست سازگاري و عدم سميت به عنوان كاشتني را داراست، اما وجود برخي كمبودها استفاده از آن را تحت تاثير قرار مي دهد. يكي از اين مشكلات پايين بودن ميزان عكس العمل و فعاليت بيولوژيكي آپاتيت استوكيومتري است. يكي از روش ها براي افزايش زيست فعالي هيدروكسي آپاتيت، جايگزيني سيليسيم در ساختار آن است. از طرفي حضور Si سبب شباهت بيشتر آپاتيت با مينرال استخواني مي شود. نقش Si به عنوان عنصر حياتي در بهبود بخشيدن فعاليت ارگانيسم هاي بيولوژيكي در دهه ي 1970 توسط Carlisle كشف شد. Si اولين جزء دخيل در فرايند تبلور زيستي استخوان است. حضور Si محلول نشان داده شده كه به طور مستقيم در كاني شدن استخوان نقش دارد. بيان شده كه يك اسلكت سالم در حضور Si امكان پذير است و سيلسيم باعث افزايش استخوان سازي و كاهش زمان ترميم بافت سخت مي شود. در اثر كمبود Si ، استخوان ها تغيير شكل مي دهند و ميزان كلاژن موجود در استخوان و غضروف كاهش مي يابد و سيليسيم محلول مي تواند رشد و تكثير سلول هاي استخوان ساز و توليد كلاژن را افزايش دهد. جايگزيني Si در ساختار هيدروكسي آپاتيت بر روي قابليت انحلال ، ميزان بلورينگي، بار سطحي و مورفولوژي اثر گذاشته و فعاليت زيستي آن را بهبود مي بخشد. مواد سنتز شده بر پايه ي كلسيم فسفات كه داراي Si هستند. به طور واضح از فعاليت بيولوژيكي بهتري از حالت استوكيومتري برخوردار هستند. اين بدان معناست كه كاشتني توانايي برقراري اتصال شيميايي با استخوان را داراست. بررسي هاي درون تني نشان مي دهد كه فعاليت بيولوژيكي Si-HA در حدود 14/5% بيشتر از هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري است. به طوري كه بافت فيبري حاوي كلاژن در سطح بين استخوان و كاشتني از نوع Si-JIA بعد از حدود 6 هفته ظاهر مي شود در حالي كه اين اتفاق در مورد هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري بعد از تقريبا 12 هفته رخ مي دهد.

امروزه سنتز مواد جديد جايگزين و تقليد كننده از استخوان طبيعي به جاي جايگزيني استخوان به صورت اتوگرفت و آلوگرفت يكي از اهداف اصلي در تحقيقات مرتبط با تكنولوژي مواد زيستي مي باشد. اخيرا در نتيجه ي درك بهتر نقش عاملي گروه هاي فعال موجود در بافت طبيعي استخوان توجه بسياري به توسعه ي آپاتيت هاي غير استوكيومتري بيوميمتيك كه در مقايسه با هيدروكسي آپاتيت استوكيومتري از زيست تخريب پذيري و زيست فعالي بيشتري برخوردارند معطوف شده است. قابليت جذب زيستي كنترل ده خصيصه اي بسيار مهم در توسعه ي اين مواد جديد مي باشد. اساسا دو عامل اصلي كه بر روي حلاليت هيدروكسي آپاتيت در شرايط فيزيولوژيكي اثر مي گذارد عبارتند از: درجه ي بلورينگي پودرها و نوع و ميزان عناصري كه در آپاتيت جايگزين مي شوند تا آن را مشابه با بافت طبيعي استخوان كنند. تهيه پودر با درجه ي بلورينگي پايين با تغيير دادن پارامترهاي فيزيكي (دما و زمان پيرسازي) در فرايند سنتز و ناخالص سازي شيميايي ويژه مي تواند تحقق يابد.

كلسيم فسفات ها بيوسراميك هايي هستند كه به دليل تركيب شيميايي مشابه استخوان طبيعي، سبكي وزن، پايداري شيميايي ، عدم تحريك توليد آۀ«تي بادي و رقابت در هدايت سلول هاي استخواني، مصارف گسترده اي به عنوان بيومتريال در مهندسي بافت دارند. از ميان كلسيم فسفات ها، هيدروكسي آپاتيت توانايي بيشتري را براي تشكيل پيوند شيميايي با بافت زنده استخوان دارد و البته گسترش اين چنين پيوندي با توجه به زيست تخريب پذير نبودن HA زمان بر است كلسيم فسفات هاي ديگر از جملهα/β-TCP زيست تخريب پذيري خوبي را از خود نشان داده و تركيب بتا تري كلسيم فسفات و هيدروكسي آپاتيت به عنوان ماده دو فازي دراي توانايي براي توليد و تسريع تشكيل استخوان بر اساس آزادسازي كلسيم و فسفر ازβ-TCP است. تهيه كلسيم فسفات ها به روش هاي گوناگوني امكان پذير است كه هر كدام مزايا و محدوديت هاي خاص خود را دارد. اما به طور كلي سه طريق اصلي براي سنتز آنها وجود دارد كه عبارتند از روش رسوب از محلول (شيمي تر) ، روش خشك (حالت جامد) و روش هيدروترمال. اين روش ها داراي محدوديت هايي از جمله ضعف در كنترل كيفيت وقت گير بودن و توليد آلودگي هاي شيميايي هستند. در استفاده از روش كمكي مايكروويو با توجه به بازده حرارتي بالا و سرعت گرم كردن زياد مي توان به تركيبات همگن تر دست يافته و بر مشكلات ذكر شده غلبه كرد. در طيف الكترومغناطيس ، پرتو مايكروويو در محدوده انتقالي ميان پرتو فروسرخ و امواج راديويي قرار دارد. در واقع مايكروويو بخشي از طيف گسترده امواج الكترومغناطيس با طول موج 100 تا 1000 ميلي متر و فركانس 300 - 0/3 گيلگا هرتز است. گرمايش به وسيله مايكروويو بر اساس ظرفيت جذب انر|ي الكترومغناطيس ماده مي باشد. انر|ي توسط برخورد ميدان الكترومغناطيس با ماده به درون آن منتقل مي شود و سرانجام خواص دي الكتريكي، تعيين كننده اثر ميدان الكترومغناطيسي بر روي ماده است. بنابراين فيزيك برخورد مايكروويو با ماده در فرآوري مواد از اهميت ويژه اي برخوردار است. مايكروويو از قوانين اپتيك پيروي مي كند و بسته به نوع ماده اي كه با آن برخورد مي كند، مي تواند انعكاس يابد، عبور كند و يا جذب شود. گرم كردن قطعات به وسيله مايكروويو اساسا با فرايندهاي حرارتي متداول تفاوت دارد به صورتي كه در سيستم مايكروويو ازحرارت مستقيم استفاده نمي شود. در روش هاي سنتي، حرارت توسط منبعي خارج از جسم ايجاد شده و گرما در سطح جسم جذب و از طريق هدايت به داخل آن منتقل مي شود به عبارتي شيب حرارتي از محيط به جسم است (از خارج به داخل) . در روش مايكروويو امواج از ميان ماده عبور داده مي شوند كه در پي آن مولكول هاي موجود در مواد شبيه به آهنرباهاي كوچك عمل كرده و شروع به همراستا شدن با ميدان الكتريكي مي نمايند. تحت تاثير اين ميدان الكتريكي متناوب، ذرات حول محورشان نوسان مي كنند كه در نتيجه اين نوسانات، بين ذرات اصطكاك ايجاد مي شود كه خود را به شكل حرارت نشان مي دهد. به عبارتي گرما بر اثر نوسانات مولكولي و اتمي در داخل جسم به طور يكنواخت ايجاد مي شود و شيب حرارتي از جسم به محيط است (از داخل به خارج).