تأثير إضافة مالئات طبيعية وصناعية على خواص البولي مثيل ميثاكريلات المستخدم في الغضروف المفصلي

الباحث

آية عباس شاهر

المشرف

وفاء مهدي صالح - أسيل باسم الزبيدي

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة المواد / هندسة المواد

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

PMMA;Natural fillers;Cartilaginous joints;Biocomposites

تم تحضير عينات المركبات الحيوية بنوع واحد من المادة الاساس مع إضافة مجموعة واسعة من مواد التفوية باستخدام طريقة الخلط بالموجات فوق الصوتية لتصنيع غضروف مفصلي. إستخدمنا مواد متنوعة من مواد التقوية والمتضمنة: المواد الطبيعية (قشور بذور المشمش(255) ، وبذور التمر(1(5) ، وبذور التمر الهندي(15) ( كحبيبات مايكروية بنسب وزنية (2.5، 65 %7.55( والجسيمات النانوية السيراميكية ((أكسيد السيليكون)(5102) ، وأكسيد التيتانيوم(و110) ، و تالك (Mg3Si40)0(OH)> كحبيبات نانوية بنسب وزنية (1,0.5 ,461.5). تم إخضاع المادة الطبيعية للمعالجة الكيميائية باستخدام هيدروكسيد NaOHe 533 all .تم اجراء تحليل الحجم PSA cipal ، حيود الأشعة السينية XRD تحليل التركيب الكيميائي، وتحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء FTIR للمساحيق المستخدمة الطبيعية والصناعية. أشارت النتائج إلى أن ad معظم الخواص تتحسن مع زيادة النسب الوزنية لأي نوع من أنواع مواد التقوية المضافة في العينات المركبة الحيوية سواء كانت الحبيبات السيراميكية او الطبيعية. من ناحية أخرى، انخفضت قيم خشونة السطح وزاوية التلامس والكثافة لجميع العينات المحضرة مع إضافة مواد التقوية. في Ala pall الأولى تم تحديد ذسبة الزيادة في قوة الشد ومعامل المرونة وقوة الاذضغاط و الصلادة بذدسبة 09/01.5 لمادة (TS, DS, ASS) تساوي (35.4,62.5,و9040.63 ) ،)356% and 252,380) , and 36.02%) 48 ,29.66)و )41.66% and 39.58 ,31.25) ، على التوالي.أما في المرحلة الثانية فقد تم تحديد ذسبة الزيادة في قوة الشد ومعامل Aig yall وقوة الانضغاط و الصلادة ل 901.5 من ) (Talc, TiO،, SiO، يساوي (9/066.5: 3%47.55 %59.38( (261.5: 315.38 و %388.4( (49.3: 36.66، %40.5(، و )41.66+ 20.83 و 031.63/,)،على التوالي. وبالمقارنة بين النتائج، أظهرت المركبات المقواه بحبيات سيراميكية نتائج أعلى من المركبات المقواه بحبيبات طبيعية. Le! المرحلة الثالثة تقتصر على اختيار أفضل نسبة من حبيبات الطبيعية والسيراميكية لتكوين عينات هجينة، حيث تم تحضيرها بإضافة مزيج 01.5 لكل نوع من حبيبات النانوية السيراميكية و907.5 لكل نوع من حبيبات المايكروية الطبيعية مع المادة الاساس البوليميرية . تحسنت خصائص المركب الحيوي الهجين بشكل ملحوظ مقارنة بتلك المقوية بنوع واحد من الحبيبات. حيث اشار التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء إلى عدم حدوث أي تفاعل كيميائي بين مواد التقوية والمادة الأساس المكونة للعينات المتراكبة. من خلال اختبار زاوية التلامس أتبت أن المادة البوليميرية (PMMA) الكارهة للماء، تحولت إلى مادة محبة للماء مع إضافة مواد التقوية النانوية. وتم التأكد من النشاط الحيوي في المختبر من خلال تكوين طبقة هيدروكسيباتيت على العينات بعد غمرها في محلول 581لمدة 28 يوم .إما نتائج نمو البكتيريا أظهرت أن إنزيمات البكتيريا العقدية الطافرة mutans) .5) والمكورات العنقودية الذهبية aureus) .5) غير قادرة على تحليل أسطح العينات المتراكبة وبالتالي لا يمكنها النمو عليها. وأخيراء تتضمن المرحلة الرابعة اختيار أفضل العينات من المراحل الثلاث السابقة بناء على نتائج الاختبارات الميكانيكية والنشاط المضدد للبكتيرياء لأجراء عليها الاختبارات التالية: المجهر الالكتروني الماسح، الزراعة النسيجية في المختبر وتتضمن :النشاط الحيويء والسمية الخلوية، وتكاثر Ly AN والزراعة النسيجية في الجسم الكائن الحي؛ التحليلي النسيجي. العينات (PMMA — 7.5%ASS) (PMMA — 7.5%DS)، هي افض ل العينات المختارة من المرحلة الأولى من العمل ، والعينة 1.5%Si02) — 2111/8) هي أفضل العينة المختارة من المرحلة الثانية، اما افضل العينات المختارة في المرحلة الثالثة (7.590455 — 1.5905102 — (PMMA — 1.5%Si02 — 7.5%DS)،(PMMA . بينت نتائج المجهر الالكتروني الماسح أن العينات المضاف لها مواد تقوية قدمت تركيب متجانسة وكان هناك التصاق بيني جيد بين مكوناتها. ومن جهة أخرىء أظهرت النتائج أن معدل البلى للعينات المضاف لها الحبيبات اقل من المادة الأساس النقية. وأخيراء تم اختبار نتائج التوافق الحيوي من خلال زراعة النسيجية في المختبر لمعرفة السمية الخلوية، حيث أظهرت النتائج أن العينات المضاف لها مواد التقوية المضافة لم تسبب أي موت للخلايا عند اختبارها على خط الخلايا الغض روفية. أظهرت زراعة الخلايا قدرة جيدة لعينات ol sol PMMA بالمواد الهجينة على تكاثر الخلايا الغض روفية على سطحها. تم Gal sill SU الحيوي للعينات في الجسم الكائن الحي عن طريق الزراعة النسيجية في الحيوانات باس تخدام نموذج أرنب. تمت عملية زراعة العينات المحضرة في حيوان GI YI بدلاً من الغعضروف في مفصل الركبة لتحديد توافقها الحيوي وقدرتها على تجديد الأنسجة الحية. أظهرت الدراسة التي أجريت على الجسم الحي باستخدام نموذج أرنب أن جميع العينات المدضرة كانت لها استجابة كبيرة دون أي علامات التهاب حول موقع الجرح مقارنة بنتائج عينة PMMA الخالية من أي إضافة. وهذه علامة واضحة على أن الأنسجة متوافقة مع العينات المركبة والهجينة المقواه بمواد سواء كانت حبيبات سيراميكية او مواد طبيعية.

The biocomposite samples were prepared by PMMA polymer in conjunction with a wide variety of reinforcements via the ultrasonic mixing method to create artificial cartilage joints. By added different types of natural materials (apricot seed shells (ASS), date Seed (DS) and tamarind seed (TS)) as microparticles at weight ratios (2.5, 5, and 7.5%) and ceramic materials (silicon oxide (SiO2), titanium oxide (TiO2), and Mg3Si4O10(OH)2 (Talc)) as nanoparticles at (0.5, 1, and 1.5% wt.) affected nanocomposites made of polymer. The natural material was subjected to a chemical treatment with sodium hydroxide NaOH. Particle size analyses, x-ray diffraction (XRD), chemical composition analysis, and Fourier transform infrared (FTIR) for natural and synthetic powders have been done. The results indicated that the values of most properties improved with increasing weight percentages of each type of reinforcement in bio-composite specimens. On the other hand, the values of surface roughness, contact angle, and density of all prepared samples decreased with the addition of filler materials and increase water absorption. In the first stage, the proportion of tensile strength, elastic modulus compressive strength, and hardness enhancement for 1.5% of ((TS, DS and ASS) is equal to (40.63, 35.41 and 62.5 %), (252, 380 and 356%), (29.66, 48 and 36.02%) and (31.25, 39.58 and 41.66%), respectively. While in the second stage, the proportion of tensile strength, elastic modulus, compressive strength, and hardness enhancement at 1.5% wt. of (SiO2, TiO2, and Talc) is equal to (66.5%, 47.55% and 59.38%), (261.5, 315.38 and 388.4%), (49.3, 36.66, and 40.5%), and (41.66, 20.83 and 31.63%) respectively. When compared between the results, the ceramic composites showed higher results than the natural composites. In the third stage, the best percentage of natural and ceramic nano-particles is limited to performing hybrid samples that are prepared by adding a combination of 1.5% for each type of ceramic nanoparticle and 7.5% for each type of natural micro- particle within the PMMA matrix. The properties of hybrid bio-composite significantly improved as compared with those reinforced by one type of particles. The Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy for all reinforced specimens indicates that no chemical reaction occurred between the two phases. The hydrophobic polymer (PMMA), was transformed to hydrophilic material with the addition of reinforcement materials, as proved by the contact angle test. The bacteria growth results demonstrate that the bacteria enzymes Streptococcus mutans (S. mutans) and Staphylococcus aureus (S. aureus) bacteria are unable to analyze the surfaces of materials and thus cannot grow on them. Finally, the fourth stage includes choosing the best samples from the previous stage based on the results of the mechanical tests and antibacterial activity follow tests: SEM-EDS, wear test, in vitro; bioactivity, cytotoxicity, and cell proliferation, in vivo; histological observation. The (PMMA-7.5%ASS) and (PMMA-7.5%DS) best samples from stage one, (PMMA-1.5%SiO2) best sample from stage two and (PMMA-1.5%SiO2-7.5%ASS) and (PMMA-1.5%SiO2-7.5%DS) best samples from stage three. The SEM images of the best samples showed that the reinforced specimens presented homogeneous morphology and there was good interfacial adhesion between their constituents. On the other hand, the values of wear rates of PMMA matrix decreased with adding of nanoparticle materials. In vitro, bioactivity was confirmed by the formation of a hydroxyapatite layer on the specimens after immersion for 28 days in SBF. Lastly, the biocompatibility results were tested in vitro for cytotoxicity using the MTT assay. The results showed that the reinforced specimens did not cause any cell death when tested against the chondrocyte cell line. Cell culture showed the good ability of the reinforced PMMA specimens to promote the proliferation of chondrocyte cells on their surface. In vivo biocompatibility of the samples was confirmed by animal testing using a rabbit model. The prepared specimens were implanted in rabbits instead of cartilage in the knee joint to determine their biocompatibility and in vivo tissue regeneration capability. The in vivo study using a rabbit model showed that all the reinforced PMMA samples had a significant response without any signs of inflammation around the surgical site compared to the results for a neat PMMA sample. This is a clear sign that the tissue is accepting the material.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب