ساخت داربست نانوکامپوزیتی پلی‌کاپرولاکتون- فلوئور آپاتیت توسط پرینت سه بعدی و شبیه‌سازی خواص مکانیکی آن

  • Mojtaba Momeni مجتبی مؤمنی دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان، ایران
  • Kamran Amini کامران امینی دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان، ایران
  • Ali Heidari علی حیدری استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان، ایران
  • Mohammad Khodaei محمد خدائی استادیار،گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی گلپایگان، گلپایگان 87717-67498، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: مزایای استفاده از داربست­های متخلخل نانوبیوکامپوزیت برای کاربرد شکستگی­های فک و صورت و بهینه سازی سطوح داخلی گرافت­های مصنوعی با استفاده از فناوری نانو می­تواند چسبندگی سلول­های استخوانی، خواص مکانیکی و سرعت جذب را بهبود بخشد. مطالعات مختلفی بر روی داربست متخلخل به ویژه برای قسمت های شکسته و تخریب شده استخوان های صورت انجام شده است. هدف از این مطالعه بررسی رفتار زیستی، تجربی و عددی خواص مکانیکی داربست متخلخل است که شرایط بارگذاری استاتیکی را بر عهده دارد.

مواد و روش­ها: در این تحقیق عددی- آزمایشگاهی (دانشکده مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، زمستان 1400)، یک داربست استخوانی با استفاده از دستگاه چاپگر سه­بعدی با فرایند مدلسازی لایه­نشانی مذاب (FDM)، برای استفاده در قسمتی از استخوان فک از مواد نانوکامپوزیتی پلی کاپرولاکتون- فلوئورآپاتیت (PCL/nFA) که حاوی ( 0 ، 10 ، 20 و 30 % وزنی) نانوذرات سرامیک بوده طراحی و ساخته شده است. داربست­ها با تخلخل 70% در نرم­افزار سالیدورک طراحی شد و به نرم­افزار آباکوس برای فرایند شبیه­سازی انتقال داده شد. سطح معناداری پارامترهای کمی (05/0p<) نیز توسط نرم افزار تعیین شد.

یافته­ها: آزمون زیست فعالی داربست­های خالص و کامپوزیتی پس از غوطه­وری در محلول شبیه­سازی شده بدن بمدت 28 روز نشان دادند که در نمونه­ی کامپوزیتی PCL/20nFA بیشترین آپاتیت بر روی سطح تشکیل شده است. زنده مانی سلول­ها بر روی داربست­ توسط رنگ­آمیزی DAPI و میکروسکوپ فلورسنت تأیید شد.

نتیجه­گیری: نتایج شبیه­سازی آزمون فشار و میزان تنش فون­میسز نشان داد که می­توان از مدل داربست متخلخل برای جایگزینی در استخوان فک و صورت استفاده کرد که از استحکام و پایداری مکانیکی مناسبی برخوردار است.

کلید واژه­ها: داربست؛ چاپ سه بعدی؛ آنالیز المان محدود

مراجع

1. Pobloth AM, Checa S, Razi H, Petersen A, Weaver JC, Schmidt-Bleek K, et al. Mechanobiologically optimized 3D titanium-mesh scaffolds enhance bone regeneration in critical segmental defects in sheep. Sci Transl Med 2018; 10(423): eaam8828.
2. Kazemi A, Abdellahi M, Khajeh-Sharafabadi A, Khandan A, Ozada N. Study of in vitro bioactivity and mechanical properties of diopside nano-bioceramic synthesized by a facile method using eggshell as raw material. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2017; 71: 604-10.
3. Abel EW, Hilgers A, McLoughlin PM. Finite element analysis of a condylar support prosthesis to replace the temporomandibular joint. Br J Oral Maxillofac Surg 2015; 53(4): 352-7.
4. Bujtár P, Sándor GKB, Bojtos A, Szűcs A, Barabás J. Finite element analysis of the human mandible at 3 different stages of life. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2010; 110(3): 301-9.
5. Farazin A, Akbari Aghdam H, Motififard M, Aghadavoudi F, Kordjamshidi A, Saber-Samandari S, et al. A polycaprolactone bio-nanocomposite bone substitute fabricated for femoral fracture approaches: Molecular dynamic and micromechanical Investigation. J Nanoanalysis 2019; 6(3): 172-84.
6. Cheung HY, Lau KT, Lu TP, Hui D. A critical review on polymer-based bio-engineered materials for scaffold development. Compos B Eng 2007; 38(3): 291-300.
7. Park SA, Lee SH, Kim WD. Fabrication of porous polycaprolactone/hydroxyapatite (PCL/HA) blend scaffolds using a 3D plotting system for bone tissue engineering. Bioprocess Biosyst Eng 2011; 34(4): 505-13.
8. Liu X, Rahaman MN, Hilmas GE, Bal BS. Mechanical properties of bioactive glass (13-93) scaffolds fabricated by robotic deposition for structural bone repair. Acta Biomater 2013; 9(6): 7025-34.
9. Offeddu GS, Ashworth JC, Cameron RE, Oyen ML. Multi-scale mechanical response of freeze-dried collagen scaffolds for tissue engineering applications. J Mech Behav Biomed Mater 2015; 42: 19-25.
10. Yang JP. Image-based procedure for biostructure modeling. J Nanomech Micromech 2014; 4(3): B4013001.
11. Kokubo T, Takadama H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? Biomaterials 2006; 27(15): 2907-15.
12. Chouzouri G, Xanthos M. In vitro bioactivity and degradation of polycaprolactone composites containing silicate fillers. Acta Biomater 2007; 3(5): 745-56.
13. Li X, Saeed SS, Beni MH, Morovvati MR, Angili SN, Toghraie D, et al. Experimental measurement and simulation of mechanical strength and biological behavior of porous bony scaffold coated with alginate-hydroxyapatite for femoral applications. Compos Sci Technol 2021; 214: 108973.
14. Kim CG, Han KS, Lee S, Kim MC, Kim SY, Nah J. Fabrication of biocompatible polycaprolactone-hydroxyapatite composite filaments for the FDM 3D printing of bone scaffolds. Appl Sci 2021; 11(14): 6351.
15. Momeni M, Amini K, Heidari A, Khodaei M. Evaluation the properties of polycaprolactone/fluorapatite nano-biocomposite. J Bionic Eng 2022; 19(1): 179-87.
16. Zhao YQ, Yang JH, Ding X, Ding X, Duan S, Xu FJ. Polycaprolactone/polysaccharide functional composites for low-temperature fused deposition modelling. Bioact Mater 2020; 5(2): 185-91.
17. Wieja F, Jacobs G, Stein S, Kopp A, van Gaalen K, Kröger N, et al. Development and validation of a parametric human mandible model to determine internal stresses for the future design optimization of maxillofacial implants. J Mech Behav Biomed Mater 2022; 125: 104893.
18. Lu L, Zhang Q, Wootton DM, Chiou R, Li D, Lu B, et al. Mechanical study of polycaprolactone-hydroxyapatite porous scaffolds created by porogen-based solid freeform fabrication method. J Appl Biomater Funct Mater 2014; 12(3): 145-54.
19. Monshi M, Esmaeili S, Kolooshani A, Kamyab Moghadas B, Saber-Samandari S, Khandan A. A novel three-dimensional printing of electroconductive scaffolds for bone cancer therapy application. Nanomed J 2020; 7(2): 138-48.
20. Joneidi Yekta H, Shahali M, Khorshidi S, Rezaei S, Montazeran AH, Samandari SS, et al. Mathematically and experimentally defined porous bone scaffold produced for bone substitute application. Nanomed J 2018; 5(4): 227-34.
21. Sahmani S, Saber-Samandari S, Shahali M, Yekta HJ, Aghadavoudi F, Montazeran AH, et al. Mechanical and biological performance of axially loaded novel bio-nanocomposite sandwich plate-type implant coated by biological polymer thin film. J Mech Behav Biomed Mater 2018; 88: 238-50.
22. Ayatollahi MR, Barbaz Isfahani R, Moghimi R. Effects of multi-walled carbon nanotube and nanosilica on tensile properties of woven carbon fabric-reinforced epoxy composites fabricated using VARIM. J Compos Mater 2017; 51(30): 4177-88.
23. Khodaei M, Amini K, Valanezhad A. Fabrication and characterization of poly lactic acid scaffolds by fused deposition modeling for bone tissue engineering. J Wuhan Univ Technol Mater Sci Ed 2020; 35(1): 248-51.
24. Aghadavoudi F, Golestanian H, Tadi Beni Y. Investigating the effects of CNT aspect ratio and agglomeration on elastic constants of crosslinked polymer nanocomposite using multiscale modeling. Polym Compos 2018; 39(12): 4513-23.
25. Rouhani A, Elmi A, Aghdam HA, Panahi F, Dokht Ghafari Y. The role of fibular fixation in the treatment of tibia diaphysis distal third fractures. Orthop Traumatol Surg Res 2012; 98(8): 868-72.
26. Safari MB, Tabrizi A, Hassani E, Akbari Aghdam H, Shariyate MJ. Painful scoliosis secondary to posterior rib osteoid osteoma: a case report and review of literature. J Orthop Spine Trauma 2017; 3(1): e62337.
27. Ji Y, Liang K, Shen X, Bowlin GL. Electrospinning and characterization of chitin nanofibril/polycaprolactone nanocomposite fiber mats. Carbohydr Polym 2014; 101: 68-74.
28. Saberi A, Bakhsheshi-Rad HR, Karamian E, Kasiri-Asgarani M, Ghomi H. A study on the corrosion behavior and biological properties of polycaprolactone/bredigite composite coating on biodegradable Mg-Zn-Ca-GNP nanocomposite. Prog Org Coat 2020 Oct 1; 147: 105822.
29. Feng B, Ji T, Wang X, Fu W, Ye L, Zhang H, et al. Engineering cartilage tissue based on cartilage-derived extracellular matrix cECM/PCL hybrid nanofibrous scaffold. Mater Des 2020; 193: 108773.
چاپ شده
2022-12-21
استناد به مقاله
1.
مجتبی مؤمنیMM, کامران امینیKA, علی حیدریAH, محمد خدائیMK. ساخت داربست نانوکامپوزیتی پلی‌کاپرولاکتون- فلوئور آپاتیت توسط پرینت سه بعدی و شبیه‌سازی خواص مکانیکی آن. مجله دانشکده دندانپزشکی اصفهان [اینترنت]. 21دسامبر2022 [ارجاع شده 9فوریه2023];. Available from: https://jids.journalonweb.ir/index.php/jids/article/view/1993

میزان دانلود در سال میلادی جاری

Download data is not yet available.

سخن سردبیر

دکتر رامین مشرف

مجله‌ دانشکده دندان‌پزشکی اصفهان از سال 1383 به زبان فارسی و با هدف انتشار ماحصل زحمات پژوهشی اساتید و دانشجویان دندان‌پزشکی ....

ادامه

شماره کنونی

پشتیبانی و راهنمایی

         

 

 

 

Copyright © 2021, This is an original open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-noncommercial 4.0 International License which permits copy and redistribute of the material just in noncommercial usages with proper citation.

کلیه حقوق مادی و معنوی این سایت متعلق به دانشگاه علوم پزشکی اصفهان می باشد