آنیزوتروپی خواص مکانیکی داربست‌های پلی‌لاکتیک اسید تولید شده به روش لایه نشانی مذاب برای مهندسی بافت استخوان

محورهای موضوعی : بیومواد

محمد خدائی ¹ , رضا امینی ²

1 - استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، گلپایگان، ایران
2 - دانشگاه فنی مهندسی گلپایگان

تاریخ دریافت : 1398/10/27 تاریخ پذیرش : 1399/03/10 تاریخ انتشار : 1400/02/01

کلید واژه: مهندسی بافت, پلی لاکتیک اسید, تکنیک لایه نشانی مذاب, داربست متخلخل سه‌بعدی, آنیزوتروپی,

چکیده مقاله :

داربست‌های متخلخل پلیمری زیست تخریب پذیر گزینه‌های مناسبی برای مهندسی بافت می باشند. در این تحقیق، داربست سه‌بعدی متخلخل پلی لاکتیک اسید (PLA) به روش لایه نشانی مذاب (FDM) با حدود 70 درصد تخلخل تهیه شد. مطالعه فازهای فیلامنت اولیه و داربست پرینت شده توسط آزمون پراش پرتوی ایکس (XRD) نشان می دهد اختلاف فاز قابل‌توجهی در اثر فرایند ساخت ایجاد نشده و پلیمر خواص فازی خود را حفظ نموده است. نتایج ارزیابی خواص مکانیکی توسط آزمون فشار نشان می‌دهد که خواص مکانیکی داربست در دو جهت موازی و عمود محور Z حین پرینت، متفاوت بوده و خواص مکانیکی داربست ساخته شده دارای خاصیت ناهمسانگردی (آنیزوتروپی) می‌باشد. مطالعه ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نیز نشان می دهد مورفولوژی حفرات داربست در دو جهت، متفاوت می‌باشد و این، علت اصلی آنیزوتروپی خواص مکانیکی می باشد. بنابراین آنیزوتروپی خواص مکانیکی داربست‌های تولید شده به روش FDM را باید حین کاربردهای تحت بار درون تنی مدنظر قرار داد.

چکیده انگلیسی:

Biodegradable porous scaffold polymers are good candidates for tissue engineering. In this research, a three-dimensional porous poly-lactic acid (PLA) scaffold was prepared using a Fused Deposition Modeling (FDM) including about 70% porosity. The study of the phases of primary filament and scaffold using the X-ray diffraction (XRD) test shows that no significant phase difference has been created due to the manufacturing process and the polymer retains its phases properties. The results of the mechanical properties evaluation by the compression test show that the mechanical properties of the scaffold are different in both the parallel and perpendicular directions of the Z axis during the printing, and the mechanical properties of the scaffold are of anisotropic property. Microstructural study by Scanning Electron Microscope (SEM) also shows that the morphology of scaffold porosities is different in two directions, and this is the main cause of anisotropic mechanical properties. Anisotropy of the mechanical properties of FDM produced scaffolds should be considered during load bearing applications in vivo.

منابع و مأخذ:

[1]   م. خدائی، م. مرآتیان، ا. صوابی و م. ح. فتحی، "اثر دمای تف جوشی بر ویژگی‌های کاشتنی تیتانیومی متخلخل تولید شده به روش فضا نگه‌دارنده جهت استفاده در بازسازی بافت سخت"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 9، صفحه 9-1، 1394.

 

[2]   ش. اکبری­نیا، س. ع. حسینی و س. خ. صدر­نژاد، "ساخت ایمپلنت حافظه‌دار متخلخل دندان از جنس NiTi به روش متالورژی پودر"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 8، صفحه 40-29، 1393.

 

[3] C. E. Corcione, F. Gervaso, F. Scalera, S. K. Padmanabhan, M. Madaghiele, F. Montagna, A. Sannino, A. Licciulli & A. Maffezzoli, "Highly loaded hydroxyapatite microsphere/ PLA porous scaffolds obtained by fused deposition modelling, Ceramics International", https://doi.org/10.1016/j.ceramint.07.297, 2018.

 

[4]    W. Lin, H. Shen, G. Xu, L. Zhang, J. Fu & X. Deng, "Single-layer temperature-adjusting transition method to improve the bond strength of 3D-printed PCL/PLA parts", Composites Part A, vol. 115, pp. 22-30, 2018.

 

[5]    K. Kun, "Reconstruction and development of a 3D printer using FDM technology", Procedia Engineering, vol. 149, pp. 203–211, 2016.

 

[6] M. Rinaldi, T. Ghidini, F. Cecchini, A. Brandao & F. Nanni, "Additive layer manufacturing of poly (ether ether ketone) via FDM", Composites Part B , doi: 10.1016/j.compositesb.2018.03.029. 2018.

 

[7]    G. Gomez-Gras, R. Jerez-Mesa, J. A. Travieso-Rodriguez & J. Lluma-Fuentes, "Fatigue performance of fused filament fabrication PLA specimens", Materials & Design, doi:10.1016/j.matdes.2017.11.072, 2017.

 

[8]    H. Wang, W. Zhi, X. Lu, X. Li, K. Duan, R. Duan, Y. Mu & J. Weng, "Comparative studies on ectopic bone formation in porous HA scaffolds with complementary pore structures", Acta Biomaterialia, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2013.05.026.2013,

 

[9]    S. Mohammadian-Gezaz, I. Ghasemi & A. R. Oromiehie, "Crystallization Behavior of PA6 in ABS/PA6 Blends Prepared by In Situ Polymerization and Compatibilization Method", Iranian Journal of PolymerScience and Technology, vol.  22, pp.469-482, 2010.

 

[10] S. K. Bhatia, "Biomaterials for Clinical Applications, Springer New York Dordrecht Heidelberg London", doi: 10.1007/978-1-4419-6920-0.

 

[11]             F.  Tencer & K.  D. Johnson, "Biomechanics in orthopedics: bone fracture and fixation", pp. 31-37，London: Martin Dunitz. 1994.

 

[12]             J.  Wieding,  A. Wolf & R. Bader, "Numerical Optimization of Open-Porous Bone Scaffold Structures to Match the Elastic Properties of Human Cortical Bone", Journal of Mechanical Behavior of Biomedical Material, vol. 37, pp. 56-68, 2014.

 

[13]             X. G. Zhao, K. J. Hwang, D. Lee, T. Kim & N. Kim, "Enhanced mechanical properties of self-polymerized polydopamine-coated recycled PLA filament used in 3D printing", Applied Surface Science, vol. 441, pp. 381-387, 2018.