استفاده از اکسید گرافن در مواد قابل کاشت در بدن
یکی از با ارزش‌ترین ترکیبات زیست سازگار برای تهیه مواد قابل کاشت استخوانی، هیدروکسی آپاتیت است. هیدروکسی آپاتیت دارای دو عنصر کلسیم و فسفر است که برای تشکیل استخوان بسیار ضروری است. کاربرد این ماده به دلیل استحکام پایین و شکنندگی آن، به تنهایی امکان‌پذیر نیست. برای افزایش خواص مکانیکی این ماده، کامپوزیت‌های آن تهیه و سپس مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به گفته‌ی دکتر فاطمه مهندس، امروزه تهیه‌ی داربست‌های متخلخل در مهندسی بافت، جهت ترمیم و یا تعویض بافت آسیب دیده مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این کار تحقیقاتی، نانوکامپوزیتی از جنس اکسید گرافن/هیدروکسی آپاتیت/کیتوسان تهیه شده که می‌تواند بستر مناسبی برای رشد استخوان باشد. این نانوکامپوزیت در مقایسه با نانوذرات خالص هیدروکسی آپاتیت از خواص زیست سازگاری بهتری برخوردار است.
از آنجایی که در ساخت این نانوکامپوزیت از مواد سمی و گران قیمت استفاده نشده است، می‌توان گفت که کاهش هزینه‌ها و آلودگی‌های زیست محیطی از ویژگی‌های مهم استفاده از نتایج این طرح به شمار می‌آید.
این محقق در ادامه افزود: «کیتوسان یک پلیمر طبیعی است که از کیتین موجود در اسکلت خارجی بندپایان مانند میگو و خرچنگ، کوتیکول حشرات و دیواره‌ی سلولی قارچ‌ها استخراج می‌شود. ساختار متخلخل این پلیمر برای ساخت داربست‌ها در مهندسی بافت بسیار مناسب است. در این طرح، برای افزایش خواص مکانیکی هیدروکسی آپاتیت، از کیتوسان و اکسید گرافن با ساختار لایه‌ای استفاده شد.»
مهندس نحوه‌ی عملکرد این نانوکامپوزیت را اینگونه شرح داد: «با قرار دادن نانوکامپوزیت متخلخل اکسید گرافن/هیدروکسی آپاتیت/کیتوسان در محلی که استخوان دچار آسیب‌دیدگی شده، فرآیند استخوان سازی توسط سلول‌های استخوان ساز بدن القاء می‌شود. لذا در اطراف این نانوکامپوزیت، استخوان جدید رشد کرده و باعث بهبود و ترمیم استخوان آسیب دیده می‌شود. در این صورت، دیگر نیازی به خروج کامل استخوان و جایگزین کردن آن با میله‌های پلاتینی و فلزی نیست.»
این نانوکامپوزیت با روش نوین خشک کردن سرمایشی ساخته شده است. این روش برخلاف روش‌های حرارتی، باعث حفظ ساختار متخلخل کیتوسان در محصول نهایی می‌گردد. در این روش، ابتدا محلول کلوئیدی شامل نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، کیتوسان و گرافن اکسید در دستگاه خشک کن سرمایشی (Freeze Drier) به یخ تبدیل شده و در این حالت رشته‌های کیتوسان در بلورهای یخ به دام می‌افتند. در واقع یک شبکه‌ی پیوسته از بلورهای یخ احاطه شده توسط کیتوسان به وجود می‌آید. در نهایت، ذوب بلورهای یخ در مرحله‌ی خشک کردن و حذف آن‌ها از شبکه‌ی به وجود آمده توسط کیتوسان، موجب تشکیل یک داربست بسیار متخلخل می‌شود.
نانوکامپوزیت ساخته شده در این طرح توسط روش‌های مختلف از جمله FTIR، SEM، TEM، XRD ارزیابی شده است. علاوه بر این، زیست فعالی آن در شرایط آزمایشگاهی و با قرار دادن نمونه‌ها در محلول شبیه سازی شده‌ی بدن مورد بررسی قرار گرفته است.
افزایش خواص مکانیکی و فعالیت زیستی نانوکامپوزیت اکسید گرافن/هیدروکسی آپاتیت/کیتوسان در مقایسه با نانوذرات خالص هیدروکسی آپاتیت از نتایج مهم این تحقیق بوده است.
نتایج این کار در مجله RSC Advances (جلد 4، سال 2014، صفحات 25993 تا 256001) به چاپ رسیده و از همکاری دکتر فاطمه مهندس- دانش آموخته رشته شیمی معدنی- و دکتر مسعود صلواتی نیاسری- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- به دست آمده است.
از آنجایی که در ساخت این نانوکامپوزیت از مواد سمی و گران قیمت استفاده نشده است، می‌توان گفت که کاهش هزینه‌ها و آلودگی‌های زیست محیطی از ویژگی‌های مهم استفاده از نتایج این طرح به شمار می‌آید.
این محقق در ادامه افزود: «کیتوسان یک پلیمر طبیعی است که از کیتین موجود در اسکلت خارجی بندپایان مانند میگو و خرچنگ، کوتیکول حشرات و دیواره‌ی سلولی قارچ‌ها استخراج می‌شود. ساختار متخلخل این پلیمر برای ساخت داربست‌ها در مهندسی بافت بسیار مناسب است. در این طرح، برای افزایش خواص مکانیکی هیدروکسی آپاتیت، از کیتوسان و اکسید گرافن با ساختار لایه‌ای استفاده شد.»
مهندس نحوه‌ی عملکرد این نانوکامپوزیت را اینگونه شرح داد: «با قرار دادن نانوکامپوزیت متخلخل اکسید گرافن/هیدروکسی آپاتیت/کیتوسان در محلی که استخوان دچار آسیب‌دیدگی شده، فرآیند استخوان سازی توسط سلول‌های استخوان ساز بدن القاء می‌شود. لذا در اطراف این نانوکامپوزیت، استخوان جدید رشد کرده و باعث بهبود و ترمیم استخوان آسیب دیده می‌شود. در این صورت، دیگر نیازی به خروج کامل استخوان و جایگزین کردن آن با میله‌های پلاتینی و فلزی نیست.»
این نانوکامپوزیت با روش نوین خشک کردن سرمایشی ساخته شده است. این روش برخلاف روش‌های حرارتی، باعث حفظ ساختار متخلخل کیتوسان در محصول نهایی می‌گردد. در این روش، ابتدا محلول کلوئیدی شامل نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، کیتوسان و گرافن اکسید در دستگاه خشک کن سرمایشی (Freeze Drier) به یخ تبدیل شده و در این حالت رشته‌های کیتوسان در بلورهای یخ به دام می‌افتند. در واقع یک شبکه‌ی پیوسته از بلورهای یخ احاطه شده توسط کیتوسان به وجود می‌آید. در نهایت، ذوب بلورهای یخ در مرحله‌ی خشک کردن و حذف آن‌ها از شبکه‌ی به وجود آمده توسط کیتوسان، موجب تشکیل یک داربست بسیار متخلخل می‌شود.
نانوکامپوزیت ساخته شده در این طرح توسط روش‌های مختلف از جمله FTIR، SEM، TEM، XRD ارزیابی شده است. علاوه بر این، زیست فعالی آن در شرایط آزمایشگاهی و با قرار دادن نمونه‌ها در محلول شبیه سازی شده‌ی بدن مورد بررسی قرار گرفته است.
افزایش خواص مکانیکی و فعالیت زیستی نانوکامپوزیت اکسید گرافن/هیدروکسی آپاتیت/کیتوسان در مقایسه با نانوذرات خالص هیدروکسی آپاتیت از نتایج مهم این تحقیق بوده است.
نتایج این کار در مجله RSC Advances (جلد 4، سال 2014، صفحات 25993 تا 256001) به چاپ رسیده و از همکاری دکتر فاطمه مهندس- دانش آموخته رشته شیمی معدنی- و دکتر مسعود صلواتی نیاسری- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- به دست آمده است.
