داربست کامپوزیتی کلسیم فسفات دوفازی/ ژلاتین-کیتوسان برای مهندسی بافت استخوان: بهینه سازی خواص مکانیکی با استفاده از مدل محاسباتی

کلسیم فسفات دوفازی علاوه بر خواص مکانیکی مطلوب برای استفاده در داربست های مهندسی بافت استخوان، دارای خاصیت القای استخوانی نیز است. در این پژوهش داربست های کامپوزیتی بر پایه ژلاتین-کیتوسان/ کلسیم فسفات دوفازی ساخته شدند. ساخت داربست، انجام آزمون مکانیکی استحکام فشاری و مدل سازی آن به منظور دستیابی به نمونه بهینه از اهداف این تحقیق بودند. فاز سرامیکی با استفاده از روش ماکروویو سنتز شد. نسبت ژلاتین به کیتوسان با توجه به تحقیقات پیشین ثابت در نظر گرفته شد. به منظور شناخت فازهای موجود و محاسبه میزان هر یک از آن ها در فاز سرامیکی، از تکنیک پراش پرتو ایکس و برای تعیین ترکیب شیمیایی پودر از روش طیف سنجی فروسرخ فوریه استفاده شد. نتایج این بررسی حضور 68 درصد هیدروکسی آپاتیت در فاز سرامیکی را ثابت کرد. پنج نمونه شامل فاز پلیمری به عنوان زمینه و فاز سرامیکی با نسبت های متفاوت در 15 آزمایش طراحی شدند. برای تهیه داربست ها از روش خشکایش انجمادی استفاده شد. ترکیب شیمیایی داربست های کامپوزیتی با استفاده از تکنیک طیف سنجی فروسرخ و اندازه و مورفولوژی حفره ها و تخلخل های ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. داربست های حاصل متناسب با درصد فاز سرامیک موجود، حاوی 30 تا 81 درصد تخلخل با میانگین اندازه حفره 119 تا 265 میکرومتر بودند. خواص مکانیکی داربست ها نیز مورد بررسی قرار گرفت که حاکی از افزایش مدول یانگ، استحکام فشاری و استحکام تسلیم و نیز کاهش اندازه میانگین حفره ها و درصد تخلخل با افزایش درصد فاز سرامیکی بود. خواص رئولوژی داربست مورد بررسی قرار گرفت و با استفاده از تحلیل های آماری، رابطه ریاضی بین میزان فاز سرامیکی و هر یک از خواص محاسبه و از تلفیق مدل مربوط به مدول یانگ و مدل مربوط به میزان خلل و فرج، درصد بهینه سرامیک در کامپوزیت برابر با 68 درصد فاز سرامیکی به روش محاسباتی تخمین زده شد.