در سالهای اخیر، توسعه مواد زیستی پیشرفته برای کاربردهای ارتوپدی و مهندسی بافت استخوان، به یکی از محورهای اصلی پژوهشهای بینرشتهای در حوزه Materials Science، Biomedical Engineering و Tissue Engineering تبدیل شده است. ناتوانی بدن انسان در ترمیم خودبهخودی نقصهای استخوانی بزرگ، پژوهشگران را به سمت طراحی داربستهای زیستی متخلخل (Porous Scaffolds) با خواص مکانیکی و زیستی کنترلشده سوق داده است. در این میان، انتخاب روش ساخت داربست نقش تعیینکنندهای در ریزساختار، تخلخل، پایداری مکانیکی و زیستسازگاری محصول نهایی دارد.
اهمیت این موضوع بهروشنی در مقاله علمی
“A Novel Porous Graphene Scaffold Prepared Using Freeze-Drying Technique for Orthopedic Approaches: Fabrication and Buckling Simulation Using GDQ Method”
که در سال 2020 در Iranian Journal of Materials Science and Engineering منتشر شده، نشان داده شده است. این مقاله بهصورت جامع به طراحی، ساخت و تحلیل یک داربست زیستی نوین بر پایه پلیمر–سرامیک تقویتشده با گرافن پرداخته و نقش کلیدی Freeze Drying را در ایجاد ساختار متخلخل مناسب برای کاربردهای ارتوپدی برجسته میسازد.
اهمیت فریزدرایینگ در مهندسی بافت و داربستهای زیستی
خشککردن انجمادی یا لیوفیلیزاسیون یکی از روشهای کارآمد برای تولید داربستهای زیستی متخلخل با معماری قابلکنترل است. در این روش، ابتدا نمونه حاوی فاز مایع منجمد شده و سپس با کاهش فشار، یخ بهطور مستقیم تصعید میشود. این فرآیند بدون تخریب ساختار داخلی، امکان ایجاد شبکهای یکنواخت از حفرات بههمپیوسته را فراهم میکند.
در این حوزه فریزدرایینگ به دلایل متعددی مورد توجه قرار گرفته است، از جمله:
ایجاد تخلخل بالا و پیوسته برای تسهیل نفوذ سلولها و جریان مایعات زیستی
حفظ ساختار شیمیایی و زیستی مواد حساس
امکان کنترل اندازه و توزیع حفرات با تنظیم نرخ انجماد
سازگاری با پلیمرهای طبیعی و سرامیکهای زیستفعال
هدف پژوهش حاضر
هدف اصلی این پژوهش، طراحی و ساخت یک داربست زیستی متخلخل نوین با خواص مکانیکی و زیستی بهینه برای کاربردهای ارتوپدی بوده است. در این راستا، پژوهشگران از ترکیب پلیمر طبیعی سدیم آلژینات، سرامیک زیستفعال ولاستونیت (Calcium Silicate) و نانوصفحات گرافن استفاده کردهاند تا همزمان استحکام مکانیکی و زیستسازگاری داربست افزایش یابد.
نحوه ساخت داربست زیستی با فریزدرایر درساتک
در گام نخست، پلیمر سدیم آلژینات در آب مقطر و اسید استیک حل شد تا محلولی یکنواخت تشکیل گردد. سپس پودر ولاستونیت سنتزشده و نانوصفحات گرافن در مقادیر مختلف وزنی (۰ تا ۳ درصد وزنی) به این محلول افزوده شدند. برای دستیابی به توزیع یکنواخت فازها، از همزدن مکانیکی و فراصوت استفاده شد.پس از آمادهسازی سوسپانسیون، نمونهها در دمای حدود ۷۰- درجه سانتیگراد به مدت ۲۴ ساعت منجمد شدند. سپس فرآیند Freeze Drying در شرایط خلأ و دمای حدود ۴۵- درجه سانتیگراد انجام گرفت تا فاز مایع بهطور کامل حذف شده و ساختار متخلخل داربست شکل گیرد. این فرآیند منجر به تولید داربستهایی با تخلخل بالا و شبکهای سهبعدی شد که برای رشد سلولی و کاربردهای استخوانی مناسب هستند.
ویژگیهای ساختاری و مکانیکی داربست تولیدشده
نتایج آزمونهای ریزساختاری (SEM) نشان داد که افزودن مقدار بهینه گرافن (حدود ۱ درصد وزنی) موجب بهبود یکنواختی حفرات و افزایش استحکام اتصالات داخلی داربست شده است. همچنین آزمونهای مکانیکی حاکی از آن بود که این ترکیب، تعادل مناسبی بین تخلخل بالا و استحکام مکانیکی قابلقبول ایجاد میکند.
جمعبندی
در مجموع، این مقاله نشان میدهد که Freeze Drying تنها یک روش خشککردن ساده نیست، بلکه یک فناوری راهبردی برای مهندسی ریزساختار داربستهای زیستی محسوب میشود. داربست متخلخل ساختهشده از سدیم آلژینات–ولاستونیت تقویتشده با گرافن، بهعنوان یک جایگزین سبکوزن استخوان، پتانسیل بالایی برای کاربردهای ارتوپدی و مهندسی بافت استخوان دارد.
بدون دیدگاه