Νανοσύνθετα ικριώματα για ορθοπεδικές εφαρμογές

No Thumbnail Available
Date
Authors
Χαρισιάδης, Δημήτριος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ιστοτεχνολογία και η έρευνα και παραγωγή τεχνητών βιοσυμβατών υλικών και οργάνων είναι ένα ταχύτατα αναπτυσσόμενο αντικείμενο με ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον και πληθώρα εφαρμογών. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι, εκτός από μια πρώτη παρουσίαση των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τέτοιων υλικών και μια εισαγωγή στις βασικές αρχές της ιστομηχανικής και των βιοαντιδραστήρων, η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων και της βιοσυμβατότητας ενός νανοσύνθετου υλικού, το οποίο παρήχθη με την μέθοδο της ηλεκτροϊνοποίησης (electrospinning). Το σύνθετο υλικό που εξετάζεται είναι η πολυκαπρολακτόνη (PCL) με ενίσχυση από νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Η PCL λειτούργησε ως μήτρα και είναι ένα βιοσυμβατό πολυμερές με αργό ρυθμό βιοαποδόμησης, το οποίο την κάνει ιδανική για συγκεκριμένες ιατρικές εφαρμογές όπως επιδιόρθωση οστών, αλλά δεν εμφανίζει από μόνη της καλές μηχανικές ιδιότητες. Οι νανοσωλήνες άνθρακα (MWCNT) εμφανίζουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και ως έγκλεισμα, βελτιώνουν τις ιδιότητες της μήτρας, δημιουργώντας ένα σύνθετο υλικό με ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες. Ως προς την κατασκευή του ικριώματος, δημιουργήθηκε διάλυμα περιεκτικοτήτων 0.5% w/v MWCNT (κόκκοι), 20% w/v PCL με διαλυτικό μέσο Acetic Acid 99%, το οποίο, αφού εκτέθηκε επαρκώς σε θερμοκρασία και υπερήχους, χρησιμοποιήθηκε για την διαδικασία του electrospinning. Από εκεί, με την χρήση ειδικού υποδοχέα (μεταλλική σίτα), το υλικό πλέον είχε πάρει την μορφή φιλμ, το οποίο με την απαραίτητη κατεργασία, έλαβε το κατάλληλο σχήμα για την συνέχιση του πειράματος. Το δοκίμιο που χρησιμοποιήθηκε για όλα τα πειράματα αποτελείται από 10 τέτοια φιλμ - στρώσεις που έχουν κολληθεί μεταξύ τους. Το διάλυμα από το οποίο παρήχθησαν χρησιμοποιήθηκε και για την συγκόλληση τους, για να επιτευχθεί ομοιόμορφη σύσταση και να μην επηρεάσει τα αποτελέσματα. Όλα τα παρακάτω πειράματα πραγματοποιήθηκαν βάσει των προτύπων ASTM F2150 και ASTM D882. Νανοσύνθετα Ικριώματα για Ορθοπεδικές Εφαρμογές Χαρισιάδης Δημήτριος Στα πειράματα εφελκυσμού, τα δοκίμια καταπονήθηκαν με ρυθμό παραμόρφωσης 5mm/min. Τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος έδειξαν ότι, υπό τις αναγραφόμενες συνθήκες λειτουργίας, δημιουργείται ένα πορώδες και ομοιόμορφο δομικά υλικό με μέτρο ελαστικότητας που συνάδει με αυτό άλλων σχετικών ερευνών. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η ενίσχυση με CNTs τριπλασίασε το μέτρο ελαστικότητας και διπλασίασε το όριο διαρροής του ικριώματος, σε σχέση με το αντίστοιχο ικρίωμα χωρίς την ενίσχυση. Στη συνέχεια, με μια διαμόρφωση στις διαστάσεις, τα ικριώματα που κατασκευάστηκαν εξετάστηκαν ως προς την βιοσυμβατότητα τους. Αυτό πραγματοποιήθηκε με την χρήση ενός πρωτότυπου βιοαντιδραστήρα που κατασκευάστηκε στο εργαστήριο, ο οποίος προσέγγιζε ικανοποιητικά τις συνθήκες που ευνοούν την επιβίωση και πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Τα ικριώματα πρώτα εξετάστηκαν ως προς την ικανότητα τους να επιτρέπουν τον πολλαπλασιασμό εμφυτευμένων σε αυτά κυττάρων, πείραμα το οποίο στέφθηκε με επιτυχία καθώς όχι μόνο ευνόησε την ανάπτυξη αυτών πάνω στο δοκίμιο, αλλά επέφερε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με την στατική καλλιέργεια. Έπειτα, εξετάστηκε η προσκόλληση κυττάρων πάνω στο ικρίωμα, όταν αυτά μεταφέρονται μέσω ροής πάνω του. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκαν συνθήκες (παροχή όγκου, αριθμός εισαχθέντων κυττάρων, διάρκεια πειράματος) που μπορεί να επηρεάσουν το ποσοστό προσκόλλησης. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτούς τους ελέγχους συγκρίθηκαν μεταξύ τους για να φανεί η επίδραση της κάθε παραμέτρου. Παρατηρήθηκε ότι σε γενικές γραμμές, η αύξηση της παροχής όγκου, η αύξηση της χρονικής διάρκειας και ο μεγαλύτερος αριθμός εισαχθέντων κυττάρων ευνοήσαν την προσκόλληση των κυττάρων στο ικρίωμα.
Description
Keywords
Ιστομηχανική, Ηλεκτροϊνοποίηση, Σύνθετα υλικά, Βιοαντιδραστήρες, Βιοσυμβατότητα, Πολυκαπρολακτόνη, Νανοσωλήνες άνθρακα
Citation