JARC سخت مقدمه 2- آزمایشگاه زیستمواد آزمایشگاه بیوسرامیك و ایمپلنت دانشكده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران تهران ایران

Transcript

1 JARC كلسیم فسفاتهای دوفازی هیدروكسی آپاتیت/ اكتاكلسیم فسفات برای کاربردهای مهندسی بافت سخت 4 زهرا محمدی 1 عبدالرضا شیخ مهدی مسگر 2 و* فریبا رسولی 3 و محمد نوری 1- آزمایشگاه بیوسرامیك و ایمپلنت دانشكده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران تهران ایران 2- آزمایشگاه زیستمواد آزمایشگاه بیوسرامیك و ایمپلنت دانشكده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران تهران ایران 3- آزمایشگاه بیوسرامیك و ایمپلنت دانشكده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران تهران ایران 3- آزمایشگاه زیستمواد دانشكده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران تهران ایران دریافت: آذر 1393 بازنگری: اسفند 1393 پذیرش: فروردین 1394 چکیده: كلسیم فسفاتهای دوفازی هیدروكسیآپاتیت/ اكتاكلسیم فسفات )HA/OCP با ريخت مخلوط ویسكر/ اسفرولیت با روش رسوبنشانی- آبکافت در محیط اسیدی شامل یونهای كلسیم و فسفات به كمك عامل باالبرنده ph كربونیل دی-آمید سنتز و شناسایی شد. فرایند سنتز در شرایط بازروانی در دمای 90 C به مدت و 100 ساعت انجام شد. ساختار بلوری نمونه تهیه شده با پراش پرتو ایكس )XRD طیفسنجی فروسرخ تبدیل فوریه )FT-IR و ریختشناسی آن به كمك میكروسكوپ الكترونی روبشی بررسی شد. نتیجهها نشان داد در نسبت مولی Ca/P محلول برابر با 1 / 67 حضور كربونیل دیآمید ابتدا باعث تشكیل اسفرولیتها و سپس ویسكرها شده به طوری كه با افزایش غلظت كربونیل دیآمید اندازه اسفرولیتها كاهش و طول ویسكرها افزایش مییابد. اثر غلظت كربونیل دیآمید بر طول و عرض ویسكرها از اثر غلظت كلسیم و نسبت مولی Ca/P مؤثرتر است. افزایش زمان واكنش و عرض ویسكرها تغییر در ریخت اسفرولیتها از حالت گل مانند به كروی شكل را به همراه دارد. در این مطالعه داربستهای کامپوزیتی پایه کیتوسانی با نسبتهای متفاوت کیتوسان به کلسیم فسفات تهیه شد. نتیجهها نشان داد با استفاده از فاز کلسیم فسفاتی تهیه شده در این مطالعه امکان تهیه داربستهای کامپوزیتی دارای ریزساختاری یکنواخت با درصد تخلخل 65 تا % با گستره اندازه تخلخل 50 تا 400 μm )متوسط 200 μm مناسب برای کاربردهای مهندسی بافت سخت وجود دارد به طوری که با افزایش جزء کلسیم فسفاتی کامپوزیتها از درصد تخلخل تا اندازهای کاسته شده و چگالی افزایش مییابد. واژههای کلیدی: 6 -تری 4 2 آریل پیریدینها سیلیکا فسفوسولفونیک اسید سنتز سه جزیی تک ظرف شرایط بدون حالل مقدمه امروزه کلسیم فسفاتهایی همچون هیدروکسی آپاتیت )HA, Ca 10 بتا- تریکلسیم فسفات PO 4 ) 6 OH) 2 )β-tcp, Ca 3 و مخلوط دو فازی آنها به شکلهای PO 4 ) 2 متفاوت به دلیل برخورداری از ویژگی زیستفعالی و/ یا زیست تخریبپذیری به منظور ترمیم ضایعات استخوانی در کاربردهای ارتوپدی و دندانی استفاده میشوند ]1 و 2[. در بین کلسیم فسفاتهای متفاوت اکتاکلسیم فسفات OCP, *عهدهدار مکاتبات: asmesgar@ut.ac.ir سال نهم شماره 1 بهار 94 31

2 ... اكتاكلسيم هيدروكسيآپاتيت/ دوفازي فسفاتهاي كلسيم فرایند نوعی به و گشته پیشالتهابی فاکتورهای رهایش موجب یک عنوان به اثر این 16[. تا ]14 میکنند تحریک را ترمیم حضور كه آنچنان است مطرح استخوانسازی برای سیگنال سخت بافت از غیر مواضعی در فسفاتی كلسیم میكروذرات است. شده استخوان تشكیل سبب زیرپوستی نرم بافت )همچون HA از متشكل فسفاتهای کلسیم سنتز پژوهش این هدف رسوب روش با اسفرولیت ویسکر/ مخلوط صورت به OCP و به دستیابی شرایط بتوان طریق این از تا است آبکافت نشانی- کی از بهطوریكه کرد پیدا را فاز دو این از مخلوط ریختهای فراهم ویسکر با کامپوزیتها تهیه برای آن از استفاده امکان سو میکرو حضور با التهاب فرایند تحریک از دیگر سوی از و شود داربستهای منظور بدین شد. بهرهمند اسفرولیت شکل به ذرات متفاوت مقدارهای با همراه کیتوسان زیستپلیمری پایه ریز نظر نقطه از و شد تهیه شده سنتز دوفازی فسفات کلسیم قرار بررسی مورد سخت بافت مهندسی کاربردهای برای ساختاری گرفت. تجربی بخش روشها و مواد سنتز خلوص با آزمایشگاهی مواد 1 )جدول نمونهها سنتز منظور به كلسیم تأمین برای شد. برده كار به مرك شركت فراورده باال و )NH 4 ) 2 HPO 4 2H 2 O از فسفات و CaNO 3 ) 2 4H 2 O از بر جزء سه این الزم مقدارهای شد. استفاده دیآمید کربونیل شد. استفاده محلول میلیلیتر 100 تهیه برای 1 جدول اساس ph گرفت. صورت اسید نیتریك با نهایی محلول ph تنظیم و فسفات هیدروژن دی آمونیم نیترات كلسیم حاوی محلول واكنش شد. رسانده 3 به اسید نیتریك کمک به دیآمید كربونیل برای 90 C دمای در بازروانی شرایط و لیتری یک ظرف یك در شده تشکیل رسوب واكنش تكمیل از پس شد. انجام معین مدتی یك مدت به C دمای در و شد خارج فیلتراسیون كمك به شد. خشك روز بلورهای پیشساز عنوان به که )Ca 8 HPO 4 ) 2 PO 4 ) 4 5H 2 O گرفته نظر در دندان مینای و تاج استخوان در زیستی آپاتیت معطوف خود به اخیر سالهای در را زیادی توجه 4[ و ]3 میشود باعث میتواند OCP از شده تشكیل زیستماده است. ساخته ]5[. شود انسان استخوانساز سلولهای تحریک ویژگی فسفاتی کلسیم زیستسرامیکهای چالشهای از یکی شکلهای به ثانویه فازهای از استفاده آنهاست. ضعیف مکانیکی بهبود راهکارهای جمله از کوتاه )الیاف ویسکر ویژه به متفاوت این بر افزون 7[. و ]6 میرود شمار به آنها مکانیکی ویژگی به مناسب داربستهای به نیاز بافت مهندسی رویکرد توسعه با زا است. گشته روبهرو فزایندهای توجه با سلولها بستر عنوان کمک به كامپوزیتی داربستهای مکانیکی تقویت امکان رو این ریختهای با قابلجذب ویژه به و زیستسازگار ثانویه فازهای ]8[. است گرفته قرار پژوهشگران توجه مورد متفاوت تقویتکننده فاز عنوان به فسفاتی کلسیم ویسکرهای همچون متفاوتی روشهای با پزشکی کامپوزیتهای در مذاب نمك و 11[ و ]10 آبگرمایی ]9[ آبکافت رسوبنشانی- روش سنتز گوناگون روشهای بین در است. شده سنتز ]12[ توجه ویسکر به دستیابی باالی سرعت دلیل به آبگرمایی طی که پژوهشهایی همه در است. کرده جلب خود به را بیشتری دستیابی هدف است گرفته صورت حوزه این در اخیر سالهای به طول نسبت و بلند طول با شکل ویسکر هیدروکسیآپاتیت به ویسکرهای اینکه با است توجه شایان است. بوده باال عرض انسان بدن با زیستسازگاری لحاظ از غیراکسیدی یا اکسیدی فسفاتی کلسیم ویسکرهای اما ندادهاند نشان مطلوبی نتایج نداشتهاند استخوانی سلولهای رفتار بر نامطلوبی تأثیر هیچگونه.]13[ اثر مورد در پژوهشها نتیجههای بهتازگی دیگر سوی از ومخلوطدوفازیایندو β-tcp HA میکروذراتکلسیمفسفاتی زیر قطر با ذرات است داده نشان استخوانی سلولهای بر بر كه طوری به هستند همراه دوگانه تأثیری با میکرومتر 20 اما نداشتهاند مثبتی تأثیر ماکروفاژها و استخوانساز سلولهای 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 32

3 همكاران و مسگر مهدي شيخ فسفات کیتوسان-کلسیم داربستهای تهیه 1. )جدول شد استفاده A5 ترکیب از داربستها تهیه برای 1 کیتوسان به )A5 فسفات کلسیم وزنی نسبت با کامپوزیتهایی تهیه انجمادی خشکاندن روش از استفاده با 5 به 1 و 3 به 1 1 به کیتوسان وزنی %2 از یکنواختی محلولهای ابتدا منظور بدین شد. محلول در کیتوسان انحالل طریق از متوسط مولکولی وزن با شده اشاره نسبتهای سپس شد. آماده اسید استیک وزنی %2 افزوده کیتوسانی محلولهای به فسفاتی کلسیم ویسکرهای از تا شد زده هم به همزن با کامل بهطور ساعت 1 مدت به و محلول داخل در خوبی به ویسکرها و آید دست به هموژنی مخلوط و ریخته خانهای 24 پلیت در مخلوط این شوند. پخش کیتوسانی در 12 ساعت از پس و شد منتقل 20 C فریزر به بالفاصله شد. داده قرار ساعت 48 مدت به انجمادی خشکاندن دستگاه شناسایی پراش بهوسیله سنتز از پس نمونهها بلوری فازهای ارزیابی در )X'PertHighscore, PANalytical, Philips ایکس پرتو شد. انجام 0 / 02 /s روش سرعت با 40 kv و 35 ma شرایط طیف پذیرفت. صورت دستگاه نرمافزار با بلوری فازهای شناسایی تبدیل فروسرخ طیفسنجی وسیله به شده سنتز پودرهای جذبی موج عدد گستره در )VERTEX,70 FTIR; Bruker فوریه از مشخصی مقدار شد. انجام 4 cm 1- دقت با 4000 cm 1- تا 400 آزمایش مورد قرص صورت به و شد مخلوط KBr پودر با نمونه کامپوزیتهای و شده سنتز پودرهای شناسی ریخت گرفت. قرار Serom نوع )SEM روبشی الکترونی میکروسکوپ با شده تهیه پذیرفت. صورت AIS 2100 مدل مایع جابهجایی روش به داربستها چگالی و تخلخل درصد داربست ابتدا شد. استفاده مایع عنوان به اتانول از شد. اندازهگیری با اتانول حاوی مدرج استوانه یک داخل در ساعت 24 مدت به کل حجم ادامه در شد. داشته نگاه غوطهور حالت به V 1 حجم شد. گرفته نظر در V 2 عنوان به اتانول حجم و داربست یعنی حجم برابر V 2 -V 1 یعنی دوحجم این تفاوت که است بدیهی درون از داربست ساختن خارج با بود. خواهد متخلخل داربست V 3 یعنی مدرج استوانه در باقیمانده اتانول حجم مدرج استوانه V 1 - یعنی داربست درون باقیمانده اتانول حجم شد. اندازهگیری درصد بنابراین است. داربست درون حفرههای حجم با برابر V 3 میشد. محاسبه زیر رابطه از P یعنی متخلخل داربست تخلخل P =[ V 1 -V 3 )/V 2 -V 1 [ 100 )1 تخلخل درصد اندازهگیری آزمون داربستها از یک هر برای شد. تکرار بار سه بحث و نتیجهها نتیجهها و نمونهها سنتز شرایط 1 جدول نمونهها سنتش شزایط 1- جذول غل ت ولؿين )ه ل غل ت وطث يل زيآهيس )ه ل ؿجت ه لي ولؿين فؿفط ث ظهبى او ف )ؾب ت / 67 1 / 67 1 / / 67 1 / / 01 0 / 02 0 / 2 0 / 5 0 / 5 0 / 04 0 / 04 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 تا A1 شده سنتز نمونههای ایكس پرتو پراش الگوی 1 شكل در كربونیل فاقد نمونه در میشود مشاهده است. شده داده نشان A5 )CaHPO 4 )مونتیت بیآب فسفات دیكلسیم فازهای دیآمید شرایط در است. شده تشكیل )CaHPO 4.2H 2 O )براشیت آبدار و پایدار فاز براشیت فاز دیآمید كربونیل حضور بدون و اسیدی كردن خشك همچنین و سنتز باالی دمای اثر در بود. خواهد در داشت. خواهد وجود مونتیت به براشیت تبدیل احتمال فراورده میشود. مشاهده A1 نمونه XRD الگوی در فاز دو هر نتیجه فازهای در تغییری دیآمید كربونیل اندكی مقدارهای افزودن با مقادیر افزودن 1. شكل A2 )نمونه نمیخورد چشم به شده ایجاد 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 33

4 ... اكتاكلسيم هيدروكسيآپاتيت/ دوفازي فسفاتهاي كلسيم A5 تا A1 نمونهها ایكس پرتو پراش الگوهای 1 شكل اكتاكلسیم O CaHPO 4 مونتیت m CaHPO 4 2H 2 O براشیت d Ca 8 HPO 4 ) 2 PO 4 ) 4 5H 2 )O فسفات فسفات اكتاكلسیم و )Ca 10 PO 4 ) 6 OH) 2 آپاتیت هیدروكسی h فازهای ایجاد باعث سنتز محلول به دیآمید كربونیل بیشتر رسوب در )HA هیدروكسیآپاتیت و )OCP فسفات اكتاكلسیم خواهد براشیت و )مونتیت فسفات دیكلسیم فازهای كاهش و A3 و A2 A1 نمونه سه كه است ذكر به الزم A3. )نمونه شد یكدیگر با سنتز محلول در دیآمید كربونیل مقدار لحاظ از فقط نمونه سه با مقایسه در A5 و A4 نمونه دو در هستند. متفاوت غلظت و داشته توجهی قابل افزایش دیآمید كربونیل مقدار قبل در میشود مشاهده 1 شكل در است. یافته كاهش كلسیم مولی چشم به براشیت و/یا مونتیت فازهای از اثری A5 و A4 نمونه دو مشاهده قابل HA و OCP فازهای فقط بهطوریكه نمیخورد A3 و A2 A1 نمونه سه همانند A6 نمونه سنتز شرایط هستند. افزایش توجهی قابل مقدار به دیآمید كربونیل مقدار فقط و بوده شد شناسایی HA و OCP فاز دو تنها نمونه این در است. یافته افزایش با میشود مشاهده 2 شكل در كه طور همان 2. )شكل دیده شده ایجاد فازهای در تغییری A7 نمونه در واكنش زمان الگوی در HA و OCP فاز دو A6 نمونه همانند طوریكه به نشد میشود. دیده XRD 3 شكل در شده سنتز نمونههای از برخی FT-IR جذبی طیف گروههای اصلی ارتعاشی شیوههای وجود است. شده داده نشان در OH جذبی نوار و 1110 cm 1- و در فسفات زا ]17[. باشد آپاتیت فاز تشكیل نشاندهنده میتواند 3572 cm 1- )HPO 2-4 فسفات هیدروژن یونهای جذبی نوار وجود دیگر سوی با هیدروكسیآپاتیت و/یا OCP تشکیل 910 cm 1- و 870 در جذبی نوار 18[. و ]17 میكند اثبات را )CDHA كلسیم كمبود جذب آب وجود به 3500 cm 1- تا 3300 موج عدد گستره در پهن cm 1- و در جذب نوار میشود. داده نسبت شده خالل در CO 2 اساس این بر ]17[. دارد تعلق کربنات گروه به 1650 اكسید دی كربن است. شده جذب CDHA و/یا OCP به سنتز ]9[. باشد شده تولید دیآمید كربونیل آبکافت نتیجه در میتواند میدهد نشان 3 شكل در A6 و A4 A5 جذب طیف سه مقایسه فاز مقدار A4 نمونه در 910 cm 1- در جذب نوار حضور دلیل به كه است. دیگر نمونه دو از بیش نمونه این در OCP A7 و و بيA6 نمونههای ایىؽ اق ایكس پرتو پراش الگوهایپطا الگ ي قىل 22 - شكل Ca 8 HPO 4 ) 2 PO 4 ) 4 5H 2 )O فسفات اكتاكلسیم O فسفات اكتاكلسیم و )Ca 10 PO 4 ) 6 OH) 2 آپاتیت هیدروكسی h A6 و A5 A4 نمونه سه FT-IR جذبی طیف 3 شكل HPO 4 2- فسفات هیدروژن * CO 3 كربنات - PO 4 3- فسفات + OH شده جذب آب 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 34

5 شيخ مهدي مسگر و همكاران A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 شكل 4 تصویرهای SEM نمونههای سنتز شده نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC سال نهم شماره 1 بهار 94 35

6 ... اكتاكلسيم هيدروكسيآپاتيت/ دوفازي فسفاتهاي كلسيم مشاهده شده سنتز نمونههای میكروسكوپی تصاویر 4 شكل در دیآمید كربونیل غلظت A3 و A2 A1 نمونه سه در میشود. كه طور همان است. یافته افزایش ترتیب به سنتز در شده استفاده تشكیل از اثری هیچگونه A2 و A1 نمونه دو در میشود دیده كربونیل افزایش با A3 نمونه در كه حالی در ندارد وجود الیاف متشكل 50 μm متوسط قطر به گلمانند اسفرولیتهای دیآمید اساس بر است. شده تشكیل 10 μm حدود طول با كوتاه الیاف از به شروع HA و OCP فازهای A3 نمونه در XRD نتیجههای فازهای به میتوان را اسفرولیتی ریخت كردهاند. شدن تشكیل بوده A3 نمونه مشابه A6 نمونه شرایط داد. نسبت HA و OCP مقدار به سنتز در شده استفاده دیآمید كربونیل مقدار اینكه جز توجه قابل افزایش به منجر كه است یافته افزایش توجهی قابل از A6 نمونه كه میشود مشاهده 4 شكل در شد. خواهد ph بلند ویسكرهای و 40 μm از كمتر قطر با گلمانند اسفرولیتهای افزایش با حقیقت در است. یافته تشكیل μm متوسط طول با همراه به بلند ویسكرهای تشكیل امكان دیآمید كربونیل مقدار و تعداد واكنش زمان افزایش با است. شده فراهم اسفرولیتها چند افزایش با ویسكرها عرض و یافته كاهش اسفرولیتها اندازه حالت از اسفرولیتها میرسد نظر به است. شده روبهرو برابری A5 و A4 نمونه دو در است. یافته تغییر كروی صورت به گلمانند كاهش كلسیم غلظت سنتز محلول در نمونهها سایر با مقایسه در 1. )جدول است یافته افزایش فسفر به كلسیم مولی نسبت و A5 و A4 نمونه دو در میشود دیده 4 شكل در همانطوركه غلظت افزایش با مشابه كلسیم غلظت و Ca/P مولی نسبت با لحاظ از 25 μm حدود قطر با اسفرولیتهای دیآمید كربونیل یافته افزایش ویسكرها طول و شده روبهرو كاهش با تعداد و اندازه است. بوده روبهرو افزایش با نیز ویسكرها عرض كه چند هر است شده تهیه کامپوزیتی داربستهای ریزساختار 5 شکل در قابل ویسکر/اسفرولیت فسفات کلسیم متفاوت مقدارهای در در فسفات کلسیم الیافی جزء میشود مشاهده است. مشاهده همگن طور به الیاف است. گرفته قرار کیتوسان داربست دیواره افزودن با بهطوریکه شدهاند پخش کیتوسانی داربست داخل در )الف )ة )ج كلسي نسبت ويسکر با شده تهیه نسبت کامپوزیتی با شذه داربستهای تهيه كامپوزيتي از SEM تصویرهای داربستهاي 5 شکل ز کیتوسان به فسفات کلسیم ویسکر 1:1 ج 3:1 ب 5:1 الف 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 36

7 همكاران و مسگر مهدي شيخ بارزتر ویسکرها حضور کامپوزیت به ویسکر بیشتر مقدارهای تأثیر تحت آنها پخششدگی یکنواختی که هرچند است شده وجود با 1 به 1 نسبت با نمونه در بهطوریکه است نگرفته قرار متخلخل ساختار همچنان فسفاتی کلسیم فاز باالی مقدارهای است. شده حفظ سخت بافت مهندسی داربستهای برای نیاز مورد ات 50 گستره در تخلخلها اندازه میشود مشاهده 5 شکل در جدول در شده ارایه نتیجههای اساس بر دارد. قرار 400 μm کلسیم متفاوت مقدارهای در داربستها تخلخل متوسط اندازه 2 تخلخل اندازه متوسط نظر از و بوده میکرومتر 200 حدود فسفات چند هر ندادند نشان متفاوت داربستهای میان معناداری تفاوت درصد کاهش و چگالی افزایش فسفاتی کلسیم فاز افزایش با که داشتن ارتباط SEM تصویرهای در همچنین شد. مشاهده تخلخل منظور به داربستها در اهمیت با موارد از که یکدیگر با تخلخلها است. مشاهده قابل خوبی به است مناسب خونرسانی بحث توسعه فسفاتی كلسیم ویسكرهای تولید برای متفاوتی روشهای تعداد بیشترین آبگرمایی روش روشها این بین در است. یافته این 20[. و ]10 است داده اختصاص خود به را پژوهشها ایجاد بر مبتنی آبکافت نشانی- رسوب روش همچنین و روش برای ترمودینامیكی نظر نقطه از است. فوقاشباع محلول از رسوب تشكیل به نسبت محلول آن باید محلول از كاني يك رسوب تشكیل شرایط باید الزم شرط این بر افزون باشد. فوقاشباع كاني فاز باشد. محقق رسوبنشانی فرایند كافی شرط عنوان به سینتیكی فرایندهای در محلول از شكل الیافی ریخت با رسوب تشكیل وابسته و فوق اصول بر مبتنی آبکافت - نشانی رسوب یا آبگرمایی باالبرنده عامل یك از روشها این در است. فوقاشباع درجه به ]21[ پروپیونامید استامید دیآمید )كربونیل آمیدها همچون ph شده تشكیل كاني فاز ريخت میشود. استفاده ]22[ فورمامید یا مثال عنوان به 22[. و ]9 است وابسته عوامل این نوع و مقدار به ph و شده آبکافت C دمای در سرعت به دیآمید كربونیل 9/4 باالی به آمونیاك ایجاد و زیر واكنش دلیل به سرعت به را میدهد: افزایش )NH 2 ) 2 CO+3H 2 O 2NH 4 OH+CO 2 )3 به كه است شده مشخص فورمامید یا استامید خصوص در آنها از میتوان فقط آمیدها این پایین آبکافت سرعت دلیل این ]23[. كرد استفاده 160 C دمای در آبگرمایی شرایط در سریع افزایش باعث دیآمید كربونیل از استفاده كه درحالیست تشكیل بیشتری جوانههای تعداد نتیجه در و شده فوقاشباع درجه طول نسبت و طول از شده تشكیل ویسكرهای رو این از میشود و استامید از شده تشكیل ویسكرهای به نسبت كمتری قطر به برای دیآمید كربونیل نتیجه در ]9[. بود خواهند برخوردار فورمامید پژوهش این در دلیل همین به نیست. مناسب آبگرمایی روش مشاهده پژوهش این در است. شده استفاده دیآمید كربونیل از همچون متفاوتی فازهای دیآمید كربونیل مقدار افزایش با كه شد تشكیل هیدروكسیآپاتیت و فسفات اكتاكلسیم مونتیت براشیت كرد. خالصه زیر صورت به میتوان را تشكیل سازوکار شدند. کلسیم کیتوسان/ کامپوزیت داربستهای چگالی و تخلخل درصد 2- جدول اسفنجی استخوان با مقایسه در الیافی فسفات نمونه اؾف دي اؾتر اى ويت ؾب ي زاضثؿت وبهپ ظیت ويت ؾبى/ یؿىط فؿفبت ولؿين 1 ث 1 ؿجت ثب وبهپ ظیت ويت ؾبى/ یؿىط فؿفبت ولؿين 1 ث 3 ؿجت ثب وبهپ ظیت ويت ؾبى/ یؿىط فؿفبت ولؿين 1 ث 5 ؿجت ثب متوسط درصذ تخلخل )% چگالي )g/m 3 متوسط انذازه تخلخل )µm / 20 0 / 26 0 / 36 0 / 31 0 / / 8 68 / 5 72 / 6 75 / 0 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 37

8 ... اكتاكلسيم هيدروكسيآپاتيت/ دوفازي فسفاتهاي كلسيم و یافته افزایش محلول ph دیآمید كربونیل تجزیه اثر در فوقاشباع مقدار شد. خواهد تشكیل DCPD ویژه ph یك در است: زیر ترتیب به متفاوت فازهای HA >> OCP >> DCPD آبکافت HA به خود فاز این DCPD تشكیل با این بنابر همراه ph سریع افزایش با DCPD آبکافت ]9[. میشود كه هنگامی دارد. دنبال به را HA و DCPD انحالل و بوده OCP شكل الیافی رسوب یابد افزایش 3 / 8 از باالتر به ph HA به آبکافت اثر در و بوده نیمپایدار فاز این میشود. تشكیل آپاتیت OCP و HA ساختاری قرابت دلیل به شد. خواهد تبدیل كلسیم كمبود با هیدروكسیآپاتیت صورت به میتواند تشكیلشده باافزایش.]18[ باشد )CDHA, Ca 10-x HPO 4 ) x PO 4 ) 6-x OH) 2-x بیشتری كلسیم میتواند بلوری ساختار در كلسیم خالی جاهای ph كربونیل تجزیه اثر در CO 2 تشكیل دلیل به كند. جذب محلول از دارد وجود ساختار داخل به CO 2-3 شدن وارد احتمال دیآمید كربنات شد. مشاهده ما FT-IR نتیجههای در موضوع این كه یا OCP فاز دو هر در فسفات یا هیدروكسیل موقعیت در میتواند 22[. و ]9 شود جایگزین CDHA عاملهای تأثیر خصوص در شده انجام پژوهشهای اكثر آبگرمایی فرایند بر متمركز شده ایجاد فازهای ریخت بر فرایند داده نشان 24[. تا 22 و ]11 است بوده استامید از استفاده و نسبت به شده تشكیل فسفاتهای كلسیم ریخت كه است شده ]23[. است وابسته كلسیم اولیه غلظت و محلول ph Ca/P مولی تشكیل و الیافی ریخت به دستیابی هدف پژوهشها این همه در آبگرمایی فرایند در استامید ثابت مقدار در است. بوده ویسكر غلظت كاهش با كه است شده داده نشان 1 C دمای در ویسكر طول و عرض محلول Ca/P مولی نسبت و محلول كلسیم Ca/P و پایین ph در یكنواخت ویسكرهای ]23[. مییابد افزایش مطالعه در است. آمده دست به پایین Ca/P و باال ph یا باال نسبت افزایش و كلسیم غلظت كاهش با كه میرفت انتظار حاضر مشاهده ویسكرها عرض یا طول در توجهی قابل افزایش Ca/P ph باالبرنده عامل مقدار به موضوع این كه شد مشاهده اما شود دلیل به A4 طوری به است وابسته دیآمید كربونیل اینجا )در طول دارای سنتز در شده استفاده دیآمید كربونیل كمتر مقدار در موضوع این است. A6 نمونه ویسكرهای به نسبت كوچكتری است. صادق نیز اسفرولیتها خصوص Ca/P نسبت و دیآمید كربونیل غلظت تأثیر حاضر پژوهش در كربونیل افزایش با که شد مشاهده بررسی واكنش زمان همچنین و اسفرولیت شكل به میتوانند ذرات ph كاهش دلیل به دیآمید كربونیل بیشتر افزایش با شوند. تشكیل كوچك الیافی گلهای یا منجر كه میشوند تولید باال ویژه سطح با كوچكتر ذرات دیآمید مربوط تصاویر 4 شكل )در شد خواهد كوچك فیبری گلهای به درجه واكنشگرها كمتر غلظت در كنید. مقایسه را A6 و A3 به خواهد دست به كوتاهتری الیاف نتیجه در و شده كمتر فوقاشباع میتواند باشد كم رشد برای محركه نیروی كه صورتی در آمد. )در شود صفحهای ریخت تشكیل و الیاف شدن عریض به منجر مشاهده را A5 و A4 نمونههای به مربوط تصویرهای 4 شكل را دیآمید كربونیل آبکافت درجه واكنش زمان افزایش شود.. افزایش ph افزایش دلیل به فوقاشباع درجه و داده افزایش با A7 نمونه به مربوط تصویر 4 شكل در موضوع این مییابد. شدن كرویتر آنها شكل تغییر حتی و اسفرولیتها تعداد كاهش عریض به منجر واكنش زمان افزایش است. مشاهده قابل آنها شد. الیاف شدن برای ویسكرها اهمیت فقط تاكنون شده انجام مطالعات تمام در تقویتمكانیكیمدنظربودهاستوایجادذراتباریختهایمتفاوت در است. نشده تلقی مطلوبی نتیجه عنوان به ویسكر از غیر )به فسفاتی كلسیم میكروذرات كه است شده داده نشان اخیر سالهای باشند داشته استخوانسازی فرایند بر توجهی قابل تأثیر میتوانند از چشمگیرتر 20 μm از كوچكتر ذرات مورد در اثر این 16[. تا ]14 ]14[. است بوده 200 μm تا و μm تا 40 گستره در ذرات ذراتی مشابه 5 μm از كوچكتر ذرات كه است این بر اعتقاد استخوان بافت در متخلخل سرامیكهای حضور اثر در كه هستند به را )osteoinductivity استخوان القای ویژگی و میشوند آزاد گرانولهای كه است شده مشخص دیگر سوی از ]14[. دارند عهده 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 38

9 همكاران و مسگر مهدي شيخ "هدایتكنندگیاستخوان" ازویژگی درمقایسهباالیافOCP OCP این بر 5[. و ]4 هستند برخوردار بیشتری )Osteoconductivity میتواند ویسكرها كنار در اسفرولیتی ریختهای حضور اساس و ترمیم فرایند تحریك تقویتكنندگی اثر حفظ بر افزون تالش پژوهش این در باشد. داشته دنبال به را استخوانسازی مخلوطی بهصورت OCP/HA دوفازی فسفاتهای کلسیم شد رسوب روش به سنتز عاملهای تغییر با اسفرولیت ویسکر/ از آید. دست به آبکافت نشانی- داربستهای در که است شده داده نشان اخیر سالهای در تهیه ویسکر/اسفرولیت فسفات کلسیم ژالتین کامپوزیتی کلسیم فاز یکنواخت توزیع و همگن ریزساختار با داربستهایی فسفات کلسیم به زیستپلیمر نسبت )در باال مقدارهای در فسفاتی است درحالی این ]25[. است نبوده امکانپذیر 1 به 1 برابر داربستهای خصوص در داد نشان مطالعه این نتیجههای که فاز باالی مقادیر با داربستهایی تهیه امکان کیتوسانی پایه داربستهای تخلخل درصد متوسط دارد. وجود فسفاتی کلسیم مقدارهای به مطالعه این در شده تهیه فسفات کیتوسان/کلسیم حاوی ژالتین پایه داربستهای همچنین و اسفنجی استخوان باید داربستها سخت بافت مهندسی در است. نزدیک ویسکر امکان تا باشند 100 μm از بزرگتر اندازه با تخلخلهایی دارای باشد. داشته وجود استئوبالست سلولهای تکثیر و رشد اتصال برای مناسب ریزساختار از مطالعه این در شده تهیه داربستهای توجه شایان هستند. برخوردار استخوان بافت مهندسی در کاربرد مخلوط بهصورت HA/OCP دوفازی فسفاتهای کلسیم است زيستسرامیکی اجزاي عنوان به میتوان را اسفرولیت ویسكر/ متوسط زیستتخریبپذیری از که گرفت نظر در واکنشپذیری ]26[. هستند برخوردار نتیجهگیری روش به فسفاتها کلسیم سنتز عاملهای تغییر با پژوهش این در كلسیم غلظت و محلول Ca/P )نسبت آبکافت نشانی- رسوب شرایط متفاوت مقدارهای در دیآمید کربونیل کمک به محلول دوفازی فسفات كلسیم اسفرولیت ویسکر/ از مخلوطی تشکیل رسوبنشانی- فرایند بهكمك که دادند نشان نتیجهها شد. مطالعه فسفات اكتاكلسیم به هیدروكسیآپاتیت بر افزون میتوان آبکافت مولی نسبت در یافت. دست زیستسازگار فازهای از یكی عنوان به كربونیل مقدار افزایش با اسفرولیتها تشكیل شروع با یكسان Ca/P با شده تشكیل ویسكرهای و كاهش اسفرولیتها اندازه دیآمید و طول بر دیآمید كربونیل غلظت اثر میشوند. روبهرو طول ازدیاد اندازه بر Ca/P مولی نسبت و كلسیم غلظت اثر از ویسكرها عرض زمان افزایش كربونیلدیآمید باالی مقادیر است.در مؤثرتر ویسكرها اسفرولیتها ریخت در تغییر و ویسكرها عرض افزایش باعث واكنش داربستهایکامپوزیتیپایه ازحالتگلمانندبهشكلكرویمیشود. به همگن ریزساختار با فسفات کلسیم متفاوت مقدارهای با کیتوسانی شده تهیه داربستهای شد. تهیه انجمادی خشکاندن فرایند کمک مهندسی کاربردهای در استفاده برای مناسب و همگن ریزساختار از 100 μm از باالتر تخلخل اندازه و باال تخلخل )درصد استخوان بافت بودند. برخوردار مراجع [1] Dorozhkin, S.V.; Acta biomaterialia, 83), , [2] Mohammadi, Z.; Mesgar, A.S.; Allahbakgshi, A.; 15th Iranian Inorganic Chemistry Conference, [3] Ito, N.; Kamitakahara, M.; Yoshimura, M.; Ioku, K.; Materials Science and Engineering: C.; 40, , [4] Suzuki, O.; Acta biomaterialia, 6 9), , [5] Murakami, Y.; Honda, Y.; Anada, T.; Shimauchi, H.; Suzuki, O.; Acta biomaterialia, 6 4), , [6] Converse G.L.; Conrad T.L.; Roeder, R.K.; 94 بهار 1 شماره نهم سال )JARC شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 39

10 كلسيم فسفاتهاي دوفازي هيدروكسيآپاتيت/ اكتاكلسيم... Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2 6), , [7] Shen, Y.; Liu, J.; Lin, K.; Zhang, W.; Materials Letters, 70, 76-79, [8] Wu, H.; Pang, D.; Ma, C.; Li Q.; Xiong, C.; Journal of Macromolecular Science, Part B.; 51 6), , [9] Zhang, H.; Wang, Y.; Yan, Y.; Li, S.; Ceramics International, 29 4), , [10] Mostafa, N.Y.; Materials chemistry and physics, 94 2), , [11] Zhang, H.; Darvell, B.W.; Acta biomaterialia, 6 8), , [12] Jalota, S.; Tas, A.C.; Bhaduri S.B.; Journal of materials research, 19 06), ; [13] Jalota S.; Bhaduri S.B.; Tas A.C.; Journal of Biomedical Materials Research Part A, 783), , [14] Fellah, B.H.; Josselin-Chappard, N.; Weiss, D.P.; Layrolle, P.; Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 18 2), , [15] Fellah, B.H.; Delorme, B.; Sohier, J.; Magne, D.; Hardouin, P.; Layrolle, P.; Journal of Biomedical Materials Research Part A, 93 4), , [16] Chai, Y.C.; Carlier, A.; Bolander, J.; Roberts, S.J.; Geris, L.; Schrooten, J.; Oosterwyck H.V.; Luyten, F.P.; Acta biomaterialia, 8 11), , [17] Berzina-Cimdina, L.; Borodajenko, N.; Research of calcium phosphates using Fourier transform infrared spectroscopy, Infrared Spectroscopy Materials Science, Engineering and Technology, Edited by Theophile Theophanides, , [18] Temizel, N.; Girisken, G.; Tas, A.C.; Materials Science and Engineering: C., 31 5), , [19] Lam, W.M.; Pan, H.B.; Li, Z.Y.; Yang, C.; Chan, W.K.; Wong, C.T.; Luk, K.D.K.; Lu, W.W.; Ceramics International, 36 2), , [20] Neira, I.S.; Guitián, F.; Taniguchi, T.; Watanabe, T.; Yoshimura, M.; Journal of Materials Science, 43 7), , [21] Hao, L.; Yang, H.; Zhao, N.; Du, C.; Wang, Y.; Powder Technology, 253, , [22] Zhang, H.; Darvell, B.W.; Journal of the European Ceramic Society, 30 10), , [23] Zhang, H.; Darvell, B.W.; Acta biomaterialia, 7 7), , [24] Zhang, H.; Darvell, B.W.; Acta biomaterialia, 6 8), , [25] Nouri-Felekori, M.; Mesgar, A.S.; Mohammadi, Z.; Ceramics International, 41 4), , ]26[ محمدی زهرا شیخ مهدی مسگر عبدالرضا بیوسرامیکهای واکنشناپذیر انتشارات دانشگاه تهران تألیف چاپ دوم نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC سال نهم شماره 1 بهار 94 40

11 JARC Biphasic calcium phosphates of hydroxyapatite/octacalcium phosphate with mixed morphology for hard tissue engineering applications Z. Mohammadi 1, A.R. Sheikh-Mehdi-Mesgar 3, *, F. Rasouli 3 and M. Noori 4 1. Bioceramics and Implants Laboratory, Faculty of New Sciences and Technologies, Tehran University, Tehran, Iran 2. Biomaterials Laboratory, Bioceramics and Implants Laboratory, Faculty of New Sciences and Technologies, Tehran University, Tehran, Iran 3. Bioceramics and Implants Laboratory, Faculty of New Sciences and Technologies, Tehran University, Tehran, Iran 4. Biomaterials Laboratory, Faculty of Modern Science and Technology, Tehran University, Tehran, Iran Recieved: November 2014, Revised: March 2015, Accepted: April 2015 Abstract: Biphasic calcium phosphates BCPs) of hydroxyapatite/octacalcium phosphate HA/OCP) with mixed morphology of whisker/spherulite were synthesized and characterized by the precipitationhydrolysis method in an acidic solution containing calcium and phosphate ions and carbonyl diamide. The synthesized solutions were refluxed at 90 C for 3 or 4 days. The crystalline structure of products was determined by X ray diffraction XRD). Fourier transformed infra-red spectroscopy FTIR) was used to characterize the absorption spectrum. The morphology of products was evaluated by scanning electron microscopy SEM). The results showed the presence of carbonyl diamide CA) in synthesized solutions with a Ca/P molar ratio of 1.67 led spherulites to be formed and then whiskers such that an increase of CA concentration was associated with an increase in whisker length and a decrease in spherulite diameter. The concentration of CA was more effective than calcium concentration and Ca/P molar ratio on the size of whiskers. The increase of reaction time may give rise to change the morphology of whiskers to lath-like one increasing the whisker width) and spherulites from flowerlike forms to microspheres. The appropriate chitosan-based composite scaffolds containing various amounts of calcium phosphate phase with a homogenous microstructure of 65 porosity are percent and pore size of μm could be produced for hard tissue engineering applications. The porosity of scaffolds was decreased with increasing the calcium phosphate phase. Keywords: Octacalcium phosphate, Hydroxyapatite, Chitosan, Composite scaffolds, Hard tissue engineering *Corresponding author asmesgar@ut.ac.ir Journal of Applied Research in Chemistry 88