تهیه و مشخصه‌یابی نانو ذرات شیشه زیست فعال اصلاح سطحی شده توسط عامل زوجی 3- (تری متوکسی سیلیل)پروپیل متا اکریلات

نویسندگان

1 1- دانشکده مهندسی مواد- دانشگاه شهرکرد

2 2- دانشکده پلیمر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد

چکیده

در این پژوهش نانو ذرات شیشه زیست فعال (NBG) با موفقیت توسط روش سل-ژل تهیه شد. سپس به‌منظور بهبود قابلیت پراکنده شدن ذرات، عملیات اصلاح سطحی آنها توسط عامل زوجی تری متوکسی سیلیل پروپیل متااکریلات انجام گرفت. بدین‌منظور از روش شیمی تر استفاده گردیدکه طی آن ذرات شیشه زیست فعال به همراه تولوئن(حلال) و ماده اصلاح ساز تحت اتمسفر نیتروژن و به‌مدت 6 ساعت هم زده شد. سپس به‌منظور بررسی اتصال عامل زوجی سیلانی به سطح NBG، قبل و بعد از انجام عملیات اصلاح سطحی، آزمون هایFTIR و AFM انجام گرفت. تصاویرAFM نشان داد که قابلیت پراکنده شدن ذرات پس از اصلاح سطحی به طور چشمگیری افزایش یافته است. در طیفFTIR ذرات اصلاح شده، پیک‌های مشخصه CH3، CH2 و C=O آشکار شد. آنالیزهای مذکور، ایجاد پیوند کوالانسی گروه­های خاص تری متوکسی سیلیل پروپیل متااکریلات به سطح نانو ذرات شیشه زیست فعال را تاییدکرد. در ادامه با استفاده از مواد اولیه فوم پلی یورتان و نانو ذرات شیشه زیست فعال سنتز شده، داربست کامپوزیتی پلیمر/سرامیکی ساخته شد و مورفولوژی و اندازه تخلخل‌ و نیز استحکام فشاری و زیست فعالی توسط های داربست کامپوزیتی حاصله، بررسی گردید. نتایج نشان داد که داربست‌های زیستی با دارا بودن نیازهای اساسی برای استفاده در مهندسی بافت استخوان (90% تخلخل و قطر حفره 600-200 میکرومتر) با موفقیت ساخته‌شده‌اند. جزء پلیمری پوشش، بر ارتباط حفرات داربست و همچنین زیست فعالی نانو ذرات شیشه زیستی تأثیری نداشت. افزایش استحکام فشاری داربست و همچنین زیست فعالی مناسب داربست حاوی نانوذرات شیشه زیست فعال اصلاح سطحی شده در مایع شبیه‌سازی‌شده بدن نشان داد که این داربست، کاندید مناسبی جهت استفاده به‌عنوان داربست زیستی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Preparation and characterization of the sol–gel nano-bioactive glasses modiï‌ed by the coupling agent 3-(Trimethoxysilyl) Propyl methacrylate

نویسندگان [English]

  • A. Abdolahi 1
  • M. R. Saeri 1
  • F. Tirgir 2
  • A. Doostmohammadi 1
  • H. Sharifi 1
1 1- Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 2- Department of Polymer, Faculty of Science, Islamic Azad University, Shahrekord Branch, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

In this study, NBG was successfully achieved through a sol-gel technique, and to further improve its dispersibility, a crylate coupling agent was coupled onto the surface of the NBG. The 3-(Trimethoxysilyl)Propylmethacrylate coupling agent was used to the surface modification of the synthesized NBG by a wet-chemical method in a dynamic inert nitrogen atmosphere. The surface properties of the biomaterials before and after modification were characterized and compared using FTIR and AFM techniques. The characteristic peaks in FTIR spectra indicated that –CH2, –CH3 and C=O groups appeared on the surface of modified NBG, and also, AFM analysis revealed that the dispersibility of surface modified NBG was improved, significantly. The above results proved that the desired groups of 3-(Trimethoxysilyl)Propyl methacrylate had been covalently bonded onto the surface of NBG. Besides, a nanocomposite scaffold was synthesized using the synthesized NBG and polyurethane foam as raw materials. The morphology of pores, porosity contents, compress strength and bioactivity of the scaffold were studied. The results showed that the biological scaffolds for use in bone tissue engineering with the basic requirements (90% porosity and 200-600 μm pore diameter) were successfully prepared. The polymer component had no effect on the relationship between the scaffold pores and bioactivity of bioglass nanoparticles. Improvement of compressive strength and proper bioactivity of the resulted scaffold showed that it is an acceptable candidate for biomaterials applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bioactive glass
  • Biological Scaffold
  • composite
  • nano particles
  • Sol-gel
  • Surface modification

مراجع

1. Schrooten, J., Van Oosterwyck, H., Vander Sloten, J. and Helsen, J.A., “Adhesion of New Bioactive Glass Coating”, Journal of Biomedical Materials Resource, Vol. 44, pp. 243-252, 1999.
2. Verrier, S., Blaker, J.J., Maquet, M., Hench, L.L. and Boccaccinia, R.A., “PDLLA/Bioglasss Composites for Soft-Tissue and Hard-Tissue Engineering: An In Vitro Cell Biology Assessment”, Biomaterials,
Vol. 25, pp. 3013-3021, 2004.
3. Kokubo, T. “Bioactive Glass Ceramics: Properties and Applications”, Biomaterials, Vol. 12, pp. 155-163, 1991.
4. Bosetti, M. and Cannas, M. “The Effect of Bioactive Glasses on Bone Marrow Stromal Cells Differentiation”, Biomaterials, Vol. 26, pp. 3873-3879, 2005.
5. Foppiano, S., Marshall, S.J., Marshall, G.W., Saiz, E. and Tomsia, A.P., “Bioactive Glass Coatings Affect the Behaviour of Osteoblast-Like Cells”, Acta Biomaterialia, Vol. 3, pp. 765-771, 2007.
6. Hench, L.L., “Genetic Design of Bioactive Glass”, Journal of European Ceramic Society, Vol. 29,
pp. 1257-1265, 2009.
7. Xia, W. and Chang, J., “Preparation and Characterization of Nano-Bioactive-Glasses (NBG) by a Quick Alkali-Mediated Sol–Gel Method”, Material Letters., Vol. 61, pp. 3251-3253. 2007.
8. Webster, T.J., Ergun, C., Doremus, R.H., Siegel, R.W. and Bizios, R. “Enhanced Functions of Osteoblasts on Nanophase Ceramics”, Biomaterials, Vol. 21, 1803-1810, 2000.
9. Stumm, W. and Morgan, J.J., “Aquatic Chemistry: Chemical Equilibria and Rates in Natural Waters”, 3rd. ed., Environment Science and Technology, A willey Intersience Series of Tests and Monographs, 1996.
10. Jiang, J.K., Oberdorster, G., and Biswas, P., “Characterization of Size, Surface Charge, and Agglomeration State of Nanoparticle Dispersions for Toxicological Studies”, Journal of Nanopart Resource, Vol. 11, pp. 77-89, 2009.
11. Zook, J.M., Maccuspie, R.I., Locascio, L.E., Halter, M.D. and Elliott, J.T., “Stable Nanoparticle Aggregates/ Agglomerates of Different Sizes and the Effect of their Size on Hemolytic Cytotoxicity”, Nanotoxicology, Vol. 5, pp. 517-530, 2011.
12. Maynard, A.D. and Aitken, R.J., “Assessing Exposure to Airborne Nanomaterials: Current Abilities and Future Requirements”, Nanotoxicology, Vol. 1, pp. 26-41, 2007.
13. Powers, K.W., Palazuelos, M., Moudgil, B.M. and Roberts, S.M., “Characterization of the Size, Shape, and State of Dispersion of Nanoparticles for Toxicological Studies”, Nanotoxicology, Vol. 1,
pp. 42-51, 2007.
14. U.S. EPA., “Nanomaterial Case Study: Nanoscale Silver in Disinfectant Spray (Final Report)”, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, EPA/600/R-10/081F, 2012.
15. Costa, H.S., Rocha, M.F., Andrade, G.I., Barbosa-Stancioli, E.F., Pereira, M.M., Orefice, R.L., Vasconcelos, W.L. and Mansur, H.S., “Sol–Gel Derived Composite from Bioactive Glass–Polyvinyl Alcohol”, Journal of Material Science, Vol. 43,
pp. 494-502, 2008.
16. Yao, J., Radin, S., Leboy, S. and Ducheyne, P. “ The Effect of Bioactive Glass Content on Synthesis and Bioactivity of Composite Poly (Lactic-Co-Glycolic Acid) / Bioactive Glass Substrate For Tissue Engineering”, Journal of Biomaterials, Vol. 26,
pp. 1935-1945, 2005.
17. El-Kady, A.M., Ali, A.F., Rizk, R.A. and Ahmed, M.M., “Synthesis, Characterization and Microbiological Response of Silver Doped Bioactive Glass Nanoparticles”, Journal of Ceramic International, Vol. 38, pp. 177-188, 2012.
18. Chen, X., Guo, C. and Zhao, N., “Preparation and Characterization of the Sol–Gel Nano-Bioactive Glasses Modified by the Coupling Agent Gamma-aminopropyltriethoxysilane”, Journal of Applied Surface Science, Vol. 255, pp. 466-468, 2008.
19. Zhang Y. and Wang M., “A New Method to Probe the Structural Evolution during the Heat Treatment of SiO2–P2O5 Gel Glasses”, Material Science and Engineering B, Vol. 67, pp. 99-101, 1999.
20. Roucoules, V., Gaillard, F., Mathia, T.G. and Lanteri, P., “Hydrophobic Mechanochemical Treatment of Metallic Surfaces: Wettability Measurements as a Means of Assessing Homogeneity”, Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 97, pp.179-203, 2002.
21. Curran, J.M., Chen R. and. Hunt JA. “The Guidance of Human Mesenchymal Stem Cell Differentiation
in Vitro by Controlled Modifications to the Cell Substrate”, Biomaterials, Vol. 27, pp. 4783-4793, 2006.
22. Filippini, P., Rainaldi, G., Ferrante A., Mecheri B. Gabrielli, Bombace, M., Indovina, P.L. and Santini, M.T., “Modulation of Osteosarcoma Cell Growth and Differentiation by Silane‐Modified Surfaces”, Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 55, pp. 338-349, 2001.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 35، شماره 1
خرداد 1395
صفحه 23-33

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی