داربست كامپوزيتي از ژلاتين و كيتوسان به عنوان ماده زمينه و كلسيم‌فسفات‌دوفازي شامل هيدروكسي‌آپاتيت و بتا تري‌كلسيم‌فسفات ساخته شد. هيدروژل ژلاتين/كيتوسان به عنوان ماتريس زمينه كامپوزيت انتخاب شد. اين هيدروژل از نظر فيزيكي مشابه سازه اوليه ماتريس خارج سلولي است و از نظر شيميايي شباهت زيادي به كلاژن كه جزء آلي استخوان است دارد. ژلاتين در واقع همان كلاژن هيدروليز شده است كه علي‌رغم حفظ مزاياي قبلي در شرايط فيزيولوژيكي و بيولوژيكي، هيچ‌گونه تحريك سيستم ايمني از خود نشان نمي¬دهد. دليل استفاده از ژلاتين و كيتوسان به جاي كلاژن به دليل وجود پتانسيل آنتي ژني اندك در ژلاتين و قابليت سازگاري بيولوژيكي، قابليت تجزيه بيولوژيكي و فعاليت ضد ميكروبي كيتوسان است. از كلسيم‌فسفات‌دوفازي به دليل مزايايي از جمله خواص خوب مكانيكي، القاي استخواني، خصوصيات تخريب خوب و قابل كنترل، رهايش دارو و خصوصياتي از اين دست، به عنوان فاز سراميكي در داربست استفاده شد.

تجويز انسولين از طريق روش خوراكي هدف بسياري از محققين بوده است. با اين وجود زيست فراهمي خوراكي انسولين بسيار ضعيف است. پروتئين‌هاي ماكرومولكول به صورت عادي نمي‌توانند از اپيتليوم روده عبور كنند و در عوض قبل از جذب، در محيط گوارشي تخريب مي‌شوند. سه مانع اصلي سد راه رهايش خوراكي انسولين عبارتند از: 1- آنزيم‌هاي حاضر در محيط گوارشي 2- سد فيزيولوژيك محيط گوارشي 3- خواص فيزيكوشيميايي انسولين محيط گوارشي حاوي موانع آنزيمي مختلفي براي رهايش خوراكي انسولين است. انسولين مي‌تواند توسط آنزيم‌هاي داخل سلولي نظير كاتپسين، فلور باكتريايي لايه مخاطي و سلول‌هاي اپيتليال روده كوچك و همچنين آنزيم‌هاي پروتئوليتيك معده و لومن روده نظير پپسين، تريپسين و كايموتريپسين تخريب شود. اين آنزيم‌ها داروهاي پروتئيني را دناتوره مي‌كنند. از طرفي سلول‌هاي اپيتليال دستگاه گوارش به خوبي به هم متصل شده‌اند و سطح خارجي اپيتليوم روده توسط مخاط و گليكوكاليكس پوشيده شده است و درنتيجه از عبور انسولين و جذب متعاقب آن جلوگيري مي‌كند. شعاع تخلخل مخاط روده‌ي كوچك حدود 7 الي 15 آنگستروم است و مانعي مهم براي انتقال ماكرومولكول انسولين محسوب مي‌شود. مولكول‌هاي انسولين در غلظت‌هاي بالاتر از nM 100 مي‌توانند تجمع يابند. انتقال مونومر انسولين با ابعاد مولكولي حدود 12-14 آنگستروم به پيكربندي هگزامري سبب ايجاد اختلال در عبور از اپيتليوم روده مي‌شود. همچنين دما، حلال‌ها و افزودني‌ها مي‌توانند ساختار آمينواسيدي اوليه و ساختار سوم انسولين را از بين ببرند. تغيير در بخش‌هاي عاملدار يا بار منفي انسولين بر انتقال آن از روده كوچك موثر است. در pH فيزيولوژيك گروه‌هاي آمين و كربوكسيليك اسيد انسولين كاملا يونيزه شده و سبب ايجاد پيكربندي يوني مزدوج مي‌شوند. اين مساله مي‌تواند جذب بين سلولي انسولين را كاهش دهد مگر اينكه بارها از طريق جفت‌هاي يوني خنثي شوند. درنتيجه، با توجه به ضرورت دستيابي به سامانه‌هاي مادي در اين زمينه، كپسولهاي حاوي ذرات متخلخل سراميكي اكسيد سيليسيوم آمينه مي‌توانند با ايجاد الگويي آهسته رهش سبب افزايش فراهمي زيستي اين داروها و حفاظت از آنها در برابر آسيب‌هاي محيطي شوند.

در اين اختراع براي اولين بار از پوشش نانو كامپوزيتي هيدركسي آپاتيت - آلومينا - زير كونيا بر روي تيتانيم استفاده شده است. پوشش هاي هيدروكسي آپاتيت تنها چسبندگي كم تر با زير لايه داشته و خواص مكانيكي فوق العاده ندارند به همين جهت از پوشش هاي كامپوزيتي هيدروكسي آپاتيت جهت بهبود خواص هيدروكسي آپاتيت استفاده مي شود. حضور هر دو ماده آلومينا و زير كونيا در كنار هيدروكسي آپاتيت، مجموع مزاياي افزايش استحكام افزايش تافنس بين پايه و زمينه و جلوگيري از خوردگي پايه را به همراه دارند. از پايه هاي تيتانيمي پوشش داده شده با نانو كامپوزيت مذكور به عنوان ايمپلنت هاي دنداني استفاده مي گردد كه پوشش مورد استفاده خواص زيستي و مكانيكي مناسب را به همراه دارد. روش پوشش دهي استفاده شده نيز (spin coating) براي اولين بار است كه براي پوشش دهي با يك پوشش نانو كامپوزيت سه تايي مورد استفاده قرار گرفته است و به اين صورت است كه پايه بر روي زمينه قرار گرفته و مي چرخد. محلول يا سل آماده شده از نانو هيدروكسي آپاتيت - الومينا - زير كونيا نيز در حين چرخش بر روي پايه ريخته شده و چرخش تا ايجاد پوشش كامل و رسيدن به ضخامت مطلوب ادامه دارد. نتايج نشان دهنده پوششي هموژنيته يكنواخت و فاقد ترك بر روي سطح است.

تهیه نانو کامپوزیت ابریشم ـ هیدروکسی آپاتیت به روش الکتروریسی برای استفاده در مهندس بافت استخوان

اين اختراع شامل ابداع يك الگوريتم و اعمال منطق كنترلي است كه قادر به پيشگويي پروفايل افزايش انرژي سطحي و آبدوستي نانوكامپوزيت خون سازگار UCL-NANO در اثر اصلاح سطح با پلاسما است. مي توان براساس طراحي دوسويه انجام شده از پروفايل انرژي سطحي نيز مقادير پارامترهاي مهم و كليدي اصلاح با پلاسما را پيشگويي كرد.صحت يافته ها با انجام آزمايشات تجربي تاييد شد.

مهندسي بافت استخوان، روش جديدي براي بازسازي بافت استخواني آسيب ديده است. مواد و كامپوزيت هاي مختلفي براي اين منظور به كار مي روند. در اين پژوهش سنتز همزمان نانو كامپوزيت هاي دو جزئي هيدروكسي آپاتيت (Hap) و هيدروكسيد هاي دو گانه لايه اي LDH و ارزيابي بيواكتيويته آن به عنوان يك داربست مهندسي بافت استخوان مورد مطالعه قرار گرفته است. اين سيستم فازي به روش سنتز همرسوبي در نسبت هاي مختلف HAP به LDH با استفاده از نمك هاي حاوي يون هاي فسفات، نيترات و آلومينيوم به عنوان مواد اوليه، تهيه شد. براي افزايش بلورينگي، رسوب به دست آمده تحت عمليات حرارتي پيشرفته هيدرو ترمال قرار گرفت و سپس خشك شد. آناليزهاي پرش پرتو ايكس XRD و ميكروسكوپ الكتروني SEM براي مشخصه يابي پودرهاي به دست آماده به كار رفتند. نتايج به دست آمده نشان دهنده وجود كريستال هايLDH و HAP به صورت دو فازي بودند. براي ارزيابي بيواكتيويته نمونه ها پودرهاي HAP/LDH به شكل قرص پرس شدند. قرص هاي به مدت 3، 7، 14 و 21 روز در محلول شبيه سازي شده بدن SBF قرار گرفتند. جوانه زني و رشد كريستال هاي كربنات هيدروكسي آپاتيت ثانويه در مورفولوژي سوزني به صورت مشابه با استخوان طبيعي با تصوير SEM و WDX مشاهده شد. مزاياي طرح: 1- زيست سازگاري بسيار بالا در مقايسه با ساير تركيب هاي موجود 2- حضور كربنات در تركيب و شباهت بسيار زياد به بافت طبيعي 3- تركيب شيميايي فوق العاده و نزديك به استخوان 4- افزايش تحريك استخوان سازي و سرعت رشد استخوان 5- كاهش طول مدت ترميم 6- تشابه با استخوان به علت داشتن اندازه ذرات در مقياس نانو 7- استفاده روش پيشرفته سنتز و اطمينان كامل از سنتز مجدد

كاشتنيهاي استخواني و دنداني كه براي بازسازي عيوب استفاده مي شوند علاوه بر زيست سازگاري بايد داراي خواص مكانيكي بالايي نيز باشند. امروزه در ميان بيوموادي كه در مورد استفاده قرار مي گيرند هيچكدام به طور كامل تمام خواص مورد نياز براي يك كاشتني را ندارند. به طور كلي استخوان دو وظيفه عمده دارد اولين وظيفه حفظ هموستاز ميترالي در بدن است كه با تنظيم غلظت الكتروليت هاي كليدي خون شامل يونهاي كلسيم، هيدروژن و فسفات صورت مي گيرد و دومين وظيفه تشكيل اسكلت به منظور فراهم كردن حمايت مكانيكي از اندام ها است. با توجه به نزديك بودن تركيب شيميايي هيدروكسي آپاتيت به بافت استخواني، اين ماده پيوستگي خيلي خوب با بافت استخواني را داراست كه اين امر به علت تشكيل پيوند شيميايي خوب بين هيدروكسي آپاتيت و استخوان مي باشد، اما به هر حال خواص مكانيكي ضعيف آن كاربردهاي عملي آن را محدود كرده است. براي جبران اين امر امروزه پوششهاي هيدروكسي آپاتيت بر روي فلزات در علم ارتوپدي و دندانپزشكي كاربرد زيادي پيدا كرده است. اين سيستم شامل پوششهاي هيدروكسي آپاتيت بر روي كاشتنيهاي فلزي، تركيبي از خواص مكانيكي مطلوب فلز زير پايه و خاصيت زيست فعال سطح به واسطه بيوماده هيدروكسي آپاتيت را ايجاد نموده است. به طور كلي وجود پوششهاي هيدروكسي آپاتيت بر روي كاشتنيهاي فلزي، داراي مزايايي همچون زيست سازگاري، چسبندگي سلولي و تشويق تكثير سلولي براي ترميم و بازسازي استخوان و عدم ورود يون سمي به محيط بدن، مي باشد. اما با اين حال، پوششهاي هيدروكسي آپاتيت نيز داراي مشكلات خاص خود مي باشند كه از جمله مهمترين آن، چقرمگي شكست پايين اين پوششها و در نتيجه آن چسبندگي ضعيف آنها مي باشد. فاكتورهاي موثر بر عملكرد پوششهاي هيدروكسي آپاتيت مشتمل بر ويژگي هاي تركيبي، فازي، فيزيكي و مكانيكي است. در اين تحقيق تلاش شده است با بهبود پارامترهايي چون درصد بلورينگي ، آماده سازي فلز زير پايه، كاهش صخامت پوشش (فرايند سل - ژل) ، استفاده از نانو لوله هاي كربني به عنوان تقويت كننده راه مناسبي براي افزايش تافنس شكست اين پوششها پيشنهاد شود.

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.