پژوهشگران ایرانی با استفاده از یک روش جدید موفق به ساخت پودر هیدروکسی آپاتیت با اندازه ذرات کوچک‌تر و هزینه‌ی کمتر شدند. در این طرح از ماده‌ای به عنوان هسته‌های رشد استفاده شده که کنترل ساختار بلورینگی این پودر هیدروکسی آپاتیت را در حین ساخت عملی می‌کند. از این محصول در ساخت و پوشش‌دهی کاشتنی‌های پزشکی و دندان‌پزشکی از جمله پودر استخوان، روکش پیچ و پلاک‌های ارتوپدی استفاده می‌شود.
روش جدید سنتز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت
پژوهشگران ایرانی با استفاده از یک روش جدید موفق به ساخت پودر هیدروکسی آپاتیت با اندازه ذرات کوچک‌تر و هزینه‌ی کمتر شدند. در این طرح از ماده‌ای به عنوان هسته‌های رشد استفاده شده است که کنترل ساختار بلورینگی این پودر هیدروکسی آپاتیت را در حین ساخت عملی می‌کند. کاربرد صریح این محصول در ساخت و پوشش‌دهی کاشتنی‌های پزشکی و دندان‌پزشکی از جمله پودر استخوان، روکش پیچ و پلاک‌های ارتوپدی است.
افزایش سرعت تولید ذرات هیدروکسی آپاتیت، کاهش اندازه‌ی ذرات نهایی و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آن‌ها به عنوان یک ماده زیست سازگار در کنار کاهش هزینه‌ی تولید از مزایای نتایج این طرح است.
کلسیم فسفات‌ها موادی هستند که نزدیک‌ترین شباهت را با بخش معدنی بافت استخوان و دندان دارند و جزء مواد زیست سازگار محسوب می‌شوند. یکی از انواع کلسیم فسفات‌ها که کاربرد زیادی در ساخت و پوشش‌دهی کاشتنی‌ها دارد، هیدروکسی آپاتیت است. در حال حاضر تحقیقات وسیعی بر روی سنتز پودر معدنی هیدروکسی آپاتیت با اندازه‌ی ذرات نانو، نسبت مواد اولیه‌ی مناسب و درجه بلورینگی بالا صورت می‌گیرد. دلیل این امر، خواص به مراتب بهتر نانوذرات در مقایسه با میکرو ذرات مشابه است. هدف از این کار تحقیقاتی ارائه‌ی روش ساخت نانوذرات هیدروکسی آپاتیت با استفاده از نانولیپوزوم‌ها به عنوان روشی جدید و کاربردی در عرصه‌ی ساخت و تولید این نانوذرات است.
با توجه به نتایج بدست آمده، می‌توان با استفاده از این روش اندازه ذرات و توزیع آن‌ها را کنترل نمود و علاوه بر این از تجمع آن‌ها جلوگیری کرد. نانوذرات سنتز شده قطری در حدود ۵۰ تا ۶۰ نانومتر دارند و از توزیع اندازه باریکی برخوردار هستند.
دکتر مسعود مظفری، عضو هیئت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی، در توضیحات خود گفت: «از مشکلات و معایب روش‌های سنتز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، عدم حضور همگن و یکنواخت بلورهای هیدروکسی آپاتیت است. این در حالی است که نانولیپوزوم‌ها در نقش مکان‌های هسته بلورینگی و رشد بلورهای هیدروکسی آپاتیت عمل می‌کنند و به علت تطابق بارالکتریکی و ساختار فضایی، فرآیندی به نام شناسایی مولکولی در فصل مشترک غیرآلی/آلی اتفاق می‌افتد. در اثر این اتفاق لیپوزوم‌ها با یون‌های معینی پیوند می‌خورند. بنابراین این یون‌ها می‌توانند با جوانه‌ی موجود در یک سرعت ثابت ترکیب شوند و شکل و اندازه نهایی ذرات هیدروکسی آپاتیت به خوبی کنترل شود.»
بسیاری از خواص هیدروکسی آپاتیت از جمله خواص مکانیکی مانند استحکام شکست و چقرمگی شکست، ویژگی‌های سطحی، زیست‌سازگاری و حلالیت آن، از شکل و ابعاد بلورهای این ماده تأثیر می‌پذیرد. بنابراین کنترل ساختار بلورینگی هیدروکسی آپاتیت به منزله‌ی گسترش کاربردهای این ماده خواهد بود.
مظفری در ادامه توضیحات خود افزود: «در واقع در این طرح، ما به دو دستاورد مناسب با استفاده از فناوری نانو دست پیدا کردیم. سنتز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت با استفاده از نانولیپوزوم‌های تولیدی که به عنوان هسته‌های رشد بلورهای هیدروکسی آپاتیت عمل می‌کنند، اولین هدفی بود که موفق به انجام آن شدیم. در ادامه نیز، تولید نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به صورت همگن و یکنواخت با درجه‌ی خلوص بالا صورت گرفت که دارای ساختار کروی مشابه به بافت زنده هستند. در این ساختار واکنش اتصال و نیز پایداری بر سطح استخوان طبیعی و یا مصنوعی به نحو بارزی بهبود می‌یابد.»
افزایش سرعت تولید ذرات هیدروکسی آپاتیت، کاهش اندازه‌ی ذرات نهایی و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آن‌ها به عنوان یک ماده زیست سازگار در کنار کاهش هزینه‌ی تولید از مزایای نتایج این طرح است.
کلسیم فسفات‌ها موادی هستند که نزدیک‌ترین شباهت را با بخش معدنی بافت استخوان و دندان دارند و جزء مواد زیست سازگار محسوب می‌شوند. یکی از انواع کلسیم فسفات‌ها که کاربرد زیادی در ساخت و پوشش‌دهی کاشتنی‌ها دارد، هیدروکسی آپاتیت است. در حال حاضر تحقیقات وسیعی بر روی سنتز پودر معدنی هیدروکسی آپاتیت با اندازه‌ی ذرات نانو، نسبت مواد اولیه‌ی مناسب و درجه بلورینگی بالا صورت می‌گیرد. دلیل این امر، خواص به مراتب بهتر نانوذرات در مقایسه با میکرو ذرات مشابه است. هدف از این کار تحقیقاتی ارائه‌ی روش ساخت نانوذرات هیدروکسی آپاتیت با استفاده از نانولیپوزوم‌ها به عنوان روشی جدید و کاربردی در عرصه‌ی ساخت و تولید این نانوذرات است.
با توجه به نتایج بدست آمده، می‌توان با استفاده از این روش اندازه ذرات و توزیع آن‌ها را کنترل نمود و علاوه بر این از تجمع آن‌ها جلوگیری کرد. نانوذرات سنتز شده قطری در حدود ۵۰ تا ۶۰ نانومتر دارند و از توزیع اندازه باریکی برخوردار هستند.
دکتر مسعود مظفری، عضو هیئت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی، در توضیحات خود گفت: «از مشکلات و معایب روش‌های سنتز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، عدم حضور همگن و یکنواخت بلورهای هیدروکسی آپاتیت است. این در حالی است که نانولیپوزوم‌ها در نقش مکان‌های هسته بلورینگی و رشد بلورهای هیدروکسی آپاتیت عمل می‌کنند و به علت تطابق بارالکتریکی و ساختار فضایی، فرآیندی به نام شناسایی مولکولی در فصل مشترک غیرآلی/آلی اتفاق می‌افتد. در اثر این اتفاق لیپوزوم‌ها با یون‌های معینی پیوند می‌خورند. بنابراین این یون‌ها می‌توانند با جوانه‌ی موجود در یک سرعت ثابت ترکیب شوند و شکل و اندازه نهایی ذرات هیدروکسی آپاتیت به خوبی کنترل شود.»
بسیاری از خواص هیدروکسی آپاتیت از جمله خواص مکانیکی مانند استحکام شکست و چقرمگی شکست، ویژگی‌های سطحی، زیست‌سازگاری و حلالیت آن، از شکل و ابعاد بلورهای این ماده تأثیر می‌پذیرد. بنابراین کنترل ساختار بلورینگی هیدروکسی آپاتیت به منزله‌ی گسترش کاربردهای این ماده خواهد بود.
مظفری در ادامه توضیحات خود افزود: «در واقع در این طرح، ما به دو دستاورد مناسب با استفاده از فناوری نانو دست پیدا کردیم. سنتز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت با استفاده از نانولیپوزوم‌های تولیدی که به عنوان هسته‌های رشد بلورهای هیدروکسی آپاتیت عمل می‌کنند، اولین هدفی بود که موفق به انجام آن شدیم. در ادامه نیز، تولید نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به صورت همگن و یکنواخت با درجه‌ی خلوص بالا صورت گرفت که دارای ساختار کروی مشابه به بافت زنده هستند. در این ساختار واکنش اتصال و نیز پایداری بر سطح استخوان طبیعی و یا مصنوعی به نحو بارزی بهبود می‌یابد.»
تصویر SEM نانوذرات هیدروکسی آپاتیت تولیدی با استفاده از نانولیپوزوم‌ها
نتایج این تحقیقات که با تلاش مهندس آرش رمدانی- کارشناس ارشد مهندسی پزشکی از دانشگاه تهران- دکتر مسعود مظفری-عضو هیئت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی- دکتر فتح اله مضطر زاده-عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر-و مهندس ابوالفضل یزدان پناه- کارشناس ارشد مهندسی پزشکی از دانشگاه تهران صورت گرفته است، در مجله‌ی Ceramics International (جلد ۴۰، شماره ۷، بخش A، آگوست سال ۲۰۱۴، صفحات ۹۳۷۷ تا ۹۳۸۱) منتشر شده است.
