عنوان اختراع ساخت داربست نانوكامپوزيتي كيتوسان/شيشه زيست فعال به روش ريخته گري انجمادي زمينه فني اختراع مواد زيستي - مهندسي بافت مشكل فني و بيان اهداف اختراع داربستي كه براي قرار گيري در محيط بدن براي ترميم بافت آسيب ديده طراحي و ساخته مي شود، بايد داراي ساختاري متخلخل و يكپارچه همراه با مقاومت مكانيكي كافي باشد. هر چه حفرات موجود در داربست متخلخل بيشتر و بزرگتر باشد، فضاي مناسب تري براي حركت مواد مغذي و اكسيژن درون داربست فراهم مي شود كه متعاقبا به رشد بافت كمك خواهند كرد. از طرفي استحكام مكانيكي اين داربست ها با افزايش ميزان تخلخل كاهش مي يابد از اينرو تعادل بين ميزان تخلخل و مقاومت مكانيكي يكي از چالش هاي اصلي در ساخت داربست متخلخل است. عملكرد مكانيكي ضعيف داربست هاي كيتوساني طراحي شده تا به حال به طور عمده ناشي از مدول يانگ كم كيتوسان و تخلخل بالاي داربست هاي شكل گرفته است. در اين تحقيق داربست‌هاي نانوكامپوزيتي كايتوسان/شيشه زيست فعال با استفاده از روش ريخته گري انجمادي توليد و مورد ارزيابي قرار مي گيرد. بررسي تاثير تغييرات نسبت كايتوسان و شيشه زيست فعال بر روي خواص اين داربست‌ها نظير ريز ساختار، استحكام، جذب آب، زيست فعالي، زيست تخريب پذيري و دستيابي به خواص بهينه داربست نانوكامپوزيتي فوق از اهداف اين پروژه مي‌باشد. انتظار مي‌رود علاوه بر دارا بودن خواص زيست فعالي مناسب به علت وجود شيشه زيست فعال در تركيب داربست، استحكام مكانيكي اين داربست‌ها نيز نسبت به داربست‌هاي معمول كايتوساني ارتقا يابد و همچنين با كنترل ابعاد و جهت تخلخل‌هاي اين نانو كامپوزيت بتوان به رشد بافت درون آنها جهت بخشيد. برجستگي هاي تكنيكي و فني اختراع در اين پروژه ابتدا با استفاده از روش سل ژل، نانو ذرات شيشه زيست فعال در سيستم سه جزيي SiO2-CaO-P2O5 سنتز شده و خواص آن با استفاده از روشهايي نظيز XRD ،FTIR ،TEM مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. سپس كايتوسان در شرايط اسيدي ضعيف در آب حل شده و به غلظت مورد نظر مي‌رسد. نسبت‌هاي متناسب شيشه-كايتوسان به صورت محلول تهيه شده و به صورت كاملا هموژن آماده مي‌گردد. پس از اين مرحله با استفاده از روش ريخته گري انجمادي با سرعت انجماد مورد نظر، داربست‌هاي نانوكامپوزيتي با درصد و توزيع تخلخل مورد نياز سنتز مي‌شوند. پارامتر‌هاي مورد نظر در اين آزمايش‌ها، درصد وزني كايتوسان، درصد وزني شيشه زيست فعال و نرخ سرمايش مي‌باشد. هر يك از اين متغير‌ها مي‌توانند بر خواص فيزيكي، شيميايي، مكانيكي و بيولوژيكي داربست سنتز شده تاثيرگذار باشند. با استفاده از آزمون‌هاي خواص مكانيكي، خواص بيولوژيكي (جذب آب، تخريب پذيري، زيست فعالي با استفاده از محلول SBF)، FTIR، SEM، XRD، خواص داربست‌هاي توليد شده مورد بررسي قرار گرفت و درابست با خواص بهينه از نظر نوع تركيب، ساختار، خواص مكانيكي، توزيع و درصد تخلخل و خواص بيولوژيكي مشخص شد. پس از انجام برسي هاي اوليه و تستهاي انجام شده داربست حاوي 3 درصد وزني كيتوسان و ريخته گري انجمادي شده با نرخ سرمايش 1 درجه سانتيگراد بر دقيقه، به عنوان داربست ايده آل براي افزودن درصدهاي وزني متفاوت شيشه (10، 30 و 50) به آن و بررسي‌هاي بعدي انتخاب شد. سپس تاثير افزودن درصدهاي وزني متفاوت نانوذرات شيشه ي سنتز شده به محلول كايتوساني پس از ساخت داربست‌ها به روش ريخته گري انجمادي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه : 1- اتصالات سطحي قابل توجه نانوذرات شيشه با پليمرهاي كايتوسان با آناليزهاي پراش پرتو ايكس و طيف سنجي مادون قرمز تاييد گرديد. 2- تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه افزايش مقادير متفاوت نانوذرات شيشه به كايتوسان، تاثيري بر اندازه حفرات كانالي شكل داربست‌هاي نانوكامپوزيتي نداشت اما منجر به غياب حفرات موجود بر روي ديواره‌هاي كايتوساني گرديد. 3- استحكام مكانيكي نانوكامپوزيت‌ها با افزايش مقادير شيشه بهبود يافت. 4- مقدار مناسب درصد وزني شيشه براي ساخت نانوكامپوزيت و حصول ماكزيمم جذب بافر فسفات، 30 درصد بدست آمد. 5- تست‌هاي زيست فعالي و زيست تخريب پذيري به ترتيب با قرار دادن داربست‌ها، درون محلول‌هاي SBF و PBS انجام گرفت و آناليزهاي FTIR و XRD حظور رسوب آپاتيتي را بر روي سطح داربست‌ها پس از غوطه وري در محلول SBF ثابت كرد كه با توجه به عكس‌هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي، داربست Chi-BGNPs30 بهترين رفتار زيست فعالي را از خود نشان داد. 6- با افزايش غلظت شيشه تخريب داربست‌ها در محلول PBS افزايش يافت. كاربرد اصلي اختراع با توجه به آزمايشات انجام شده بر روي داربست هاي نانوكامپوزيتي كيتوسان/ شيشه تهيه شده با روش ريخته گري انجمادي و حصول نتايج راضي كننده، مي توان اميدوار بود كه پس از اتمام تستهاي تكميلي، نظير كشت سلولي و ... در آينده اي نزديك از اين داربستها در جهت ترميم بافت استخوان استفاده گردد.

كامپوزيت بيوسراميك دو فازي كلسيم فسفات/ نانو ذرات شيشه زيست فعال بر پايه سيستم SiO2-CaO-MgO-P2O5 براي اولين بار در دانشگاه علوم پزشكي ارتش ساخته شد. جزء كلسيم فسفاتي شامل فازهاي هيدروكسي آپاتيت و بتا تري كلسيم فسفات مي باشد. هيدروكسي آپاتيت جزء معدني استخوان بوده كه توانايي تشويق استخوان را در كامپوزيت افزايش ميدهد. وجود بتا تري كلسيم فسفات در تركيب اين كامپوزيت و با توجه به قابل جذب بودن اين ماده مي توان گفت تركيب تهيه شده توانايي جذب و جايگزيني توسط بافت استخوان را نيز دارا مي باشد. حضور نانو ذرات شيشه زيست فعال SiO2-CaO-MgO-P2O5 كه داراي ساختار نانومتري هستند نيز باعث افزايش بيواكتيويته و استحكام مكانيكي كامپوزيت گرديده است. وجود يون هاي منيزيم در تركيب شيشه و رهايش آنها در موضع آسيب باعث افزايش فعاليت سلول¬هاي استخواني و در نتيجه بالا رفتن سرعت بازسازي بافت استخواني مي شود. همچنين قابل ذكر است كه نانوذرات شيشه زيست فعال به روش سل-ژل تهيه شدند و روش تهيه قطعات بصورت پرس تك محوره مي باشد.