محققان دانشگاه شیراز با همکاری پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی شیراز، در طرحی تحقیقاتی موفق به ساخت نانوپودر سیمانی مورد استفاده در ترمیم استخوان و به‌ویژه ترمیم دندان شدند. این محققان معتقدند نانوپودر پیشنهادی نسبت به نمونه‌های مشابه خارجی موجود در بازار کیفیت بالاتری دارد و با قیمتی مناسب‌تر قابل تولید است.
شیراز: بهبود کیفیت سیمان استخوانی به کمک نانوذرات
سیمان کلسیم سیلیکاتی WMTA یکی از با کیفیت‌ترین مواد مورد استفاده جهت پر کردن انتهای ریشه دندان است. هدف این طرح ارتقای کیفیت این سیمان و همچنین بررسی توان تولید آن در داخل کشور و خودکفایی در این صنعت بوده است.
جعفر اورنگی، کارشناس ارشد مهندسی مواد از دانشگاه شیراز، در گفتگو با واحد خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو بیان کرد: «یکی از عمده ترین عیوب وارد به سیمان کلسیم سیلیکاتی، زمان گیرش زیاد آن است. علی‌رغم تلاش‌ها و تحقیقات بسیار، تا کنون این زمان کاهش پیدا نکرده و یا در صورت بهبود، خواص فیزیکی یا زیست سازگاری این سیمان تحت تأثر قرار گرفته است. در این طرح یکی از اجزای تشکیل دهنده‌ی این سیمان که نقش اساسی و غیر قابل انکاری در گیرش اولیه‌ی سیمان ایفا می‌کند به عنوان متغییر انتخاب شد تا تأثیر مواد افزوده شده به کمترین مقدار خود برسد.»
نتایج این پژوهش نشان داده است که کاهش اندازه ذرات و اضافه کردن پودر نانوذرات تری‌کلسیم آلومینات به مواد اولیه، باعث بهبود خواص رشد استخوانی می‌شود.
اورنگی در ادامه افزود: «هم اکنون نوع امریکایی و برزیلی این سیمان در بازار موجود است. اما نوع امریکایی به دلیل قیمت بسیار بالا کمتر مورد استفاده است و نوع برزیلی نیز از کیفیت مناسب برخوردار نیست. این در حالی است که نمونه‌ی ساخته شده در این طرح، علاوه بر کیفیت مناسب، از نظر قیمتی کاملاً قابل رقابت با نمونه‌های خارجی بوده و توان تجاری شدن به عنوان یک محصول با فناوری پیشرفته را داراست. شایان ذکر است با تجاری شدن این محصول علاوه بر صرفه‌جویی ارزی، کار آفرینی نیز صورت خواهد گرفت.»
سیمان به دست آمده استفاده‌ی گسترده‌ای در دندان پزشکی دارد. از دیگر قابلیت‌های این ماده می‌توان به کاهش زمان گیرش سیمان در صنایع بزرگ اشاره کرد؛ هرچند این رفتار سیمان نیاز به انجام آزمایش‌های بیشتری دارد.
به طور کلی نانوپودر اصلاح شده‌ی کلسیم سیلیکاتی اثر مثبتی بر روند درمان استخوان دارد. با این حال، اضافه کردن نانوذرات تری‌کلسیم آلومینات به سیمان کلسیم سیلیکاتی نیز سبب بهبود بازسازی استخوان می‌شود.
این محققان معتقدند نانو کردن پودرهای مورد نظر به علت افزایش سطح مؤثر، باعث افزایش میزان رهایی یون کلسیم از سیمان کلسیم سیلیکات می‌شود. این امر باعث افزایش غلظت یون کلسیم در منطقه کاشت سیمان و در نتیجه استخوان‌سازی بهتر خواهد شد. موارد ذکر شده می‌تواند از جمله علل بهبود سریع‌تر نقص استخوانی در گروه نانو کلسیم سیلیکات مخلوط شده با حضور تنها ۲% نانوذرات تری‌کلسیم آلومینات باشد.
در روند تهیه‌ی این نانوپودر، پس از مطالعه و بررسی هیدراسیون سیمان مورد نظر، متغیر تری کلسیم آلومینات، به عنوان یکی از اجزایی که نقش مهمی در واکنش گیرش اولیه سیمان دارد، انتخاب شد. سپس این ماده با درصد‌های وزنی متفاوت و در اندازه‌ی میکرو و نانو به سیمان اولیه اضافه گردید. بررسی پاسخ استخوانی پودر مورد نظر با کاشت آن در فک خرگوش انجام گرفت. برای این منظور۴۰ سر خرگوش با تزریق عضلانی کتامین و زایلازین بیهوش شده و نقصی بر روی نیم فکشان ایجاد شد. حیوانات به صورت تصادفی به ۴ گروه، بر اساس نوع ماده پر کننده‌ی نقص تقسیم شدند. یک گروه نیز به عنوان گروه شاهد و یا کنترل مورد استفاده قرار گرفت. بعد از گذشت دوره درمانی ۲۰ و ۴۰ روز، حیوانات کشته شده و پس از بیرون آوردن نیم فک، آزمون‌های تراکم استخوان بر روی آن‌ها انجام شد.
در تمام نمونه‌های ۴۰ روزه، یک پل کامل استخوان بر روی مواد کاشته شده وجود داشته که نشان دهنده‌ی رشد استخوانی در اطراف مواد آزمایش شده بوده است. تحلیل آماری نتایج آزمون تراکم استخوان در هر دو فاصله‌ی زمانی، تفاوت معنی داری بین دو گروه نشان می‌دهد. این اختلاف نشان می‌ده که گروه متشکل از ترکیب نانوپودر کلسیم سیلیکاتی و نانوذرات تری کلسیم آلومینات تأثیر بیشتری روی ترمیم استخوانی داشته است.
جعفر اورنگی، کارشناس ارشد مهندسی مواد از دانشگاه شیراز، در گفتگو با واحد خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو بیان کرد: «یکی از عمده ترین عیوب وارد به سیمان کلسیم سیلیکاتی، زمان گیرش زیاد آن است. علی‌رغم تلاش‌ها و تحقیقات بسیار، تا کنون این زمان کاهش پیدا نکرده و یا در صورت بهبود، خواص فیزیکی یا زیست سازگاری این سیمان تحت تأثر قرار گرفته است. در این طرح یکی از اجزای تشکیل دهنده‌ی این سیمان که نقش اساسی و غیر قابل انکاری در گیرش اولیه‌ی سیمان ایفا می‌کند به عنوان متغییر انتخاب شد تا تأثیر مواد افزوده شده به کمترین مقدار خود برسد.»
نتایج این پژوهش نشان داده است که کاهش اندازه ذرات و اضافه کردن پودر نانوذرات تری‌کلسیم آلومینات به مواد اولیه، باعث بهبود خواص رشد استخوانی می‌شود.
اورنگی در ادامه افزود: «هم اکنون نوع امریکایی و برزیلی این سیمان در بازار موجود است. اما نوع امریکایی به دلیل قیمت بسیار بالا کمتر مورد استفاده است و نوع برزیلی نیز از کیفیت مناسب برخوردار نیست. این در حالی است که نمونه‌ی ساخته شده در این طرح، علاوه بر کیفیت مناسب، از نظر قیمتی کاملاً قابل رقابت با نمونه‌های خارجی بوده و توان تجاری شدن به عنوان یک محصول با فناوری پیشرفته را داراست. شایان ذکر است با تجاری شدن این محصول علاوه بر صرفه‌جویی ارزی، کار آفرینی نیز صورت خواهد گرفت.»
سیمان به دست آمده استفاده‌ی گسترده‌ای در دندان پزشکی دارد. از دیگر قابلیت‌های این ماده می‌توان به کاهش زمان گیرش سیمان در صنایع بزرگ اشاره کرد؛ هرچند این رفتار سیمان نیاز به انجام آزمایش‌های بیشتری دارد.
به طور کلی نانوپودر اصلاح شده‌ی کلسیم سیلیکاتی اثر مثبتی بر روند درمان استخوان دارد. با این حال، اضافه کردن نانوذرات تری‌کلسیم آلومینات به سیمان کلسیم سیلیکاتی نیز سبب بهبود بازسازی استخوان می‌شود.
این محققان معتقدند نانو کردن پودرهای مورد نظر به علت افزایش سطح مؤثر، باعث افزایش میزان رهایی یون کلسیم از سیمان کلسیم سیلیکات می‌شود. این امر باعث افزایش غلظت یون کلسیم در منطقه کاشت سیمان و در نتیجه استخوان‌سازی بهتر خواهد شد. موارد ذکر شده می‌تواند از جمله علل بهبود سریع‌تر نقص استخوانی در گروه نانو کلسیم سیلیکات مخلوط شده با حضور تنها ۲% نانوذرات تری‌کلسیم آلومینات باشد.
در روند تهیه‌ی این نانوپودر، پس از مطالعه و بررسی هیدراسیون سیمان مورد نظر، متغیر تری کلسیم آلومینات، به عنوان یکی از اجزایی که نقش مهمی در واکنش گیرش اولیه سیمان دارد، انتخاب شد. سپس این ماده با درصد‌های وزنی متفاوت و در اندازه‌ی میکرو و نانو به سیمان اولیه اضافه گردید. بررسی پاسخ استخوانی پودر مورد نظر با کاشت آن در فک خرگوش انجام گرفت. برای این منظور۴۰ سر خرگوش با تزریق عضلانی کتامین و زایلازین بیهوش شده و نقصی بر روی نیم فکشان ایجاد شد. حیوانات به صورت تصادفی به ۴ گروه، بر اساس نوع ماده پر کننده‌ی نقص تقسیم شدند. یک گروه نیز به عنوان گروه شاهد و یا کنترل مورد استفاده قرار گرفت. بعد از گذشت دوره درمانی ۲۰ و ۴۰ روز، حیوانات کشته شده و پس از بیرون آوردن نیم فک، آزمون‌های تراکم استخوان بر روی آن‌ها انجام شد.
در تمام نمونه‌های ۴۰ روزه، یک پل کامل استخوان بر روی مواد کاشته شده وجود داشته که نشان دهنده‌ی رشد استخوانی در اطراف مواد آزمایش شده بوده است. تحلیل آماری نتایج آزمون تراکم استخوان در هر دو فاصله‌ی زمانی، تفاوت معنی داری بین دو گروه نشان می‌دهد. این اختلاف نشان می‌ده که گروه متشکل از ترکیب نانوپودر کلسیم سیلیکاتی و نانوذرات تری کلسیم آلومینات تأثیر بیشتری روی ترمیم استخوانی داشته است.
تصور میکروسکوپ الکترونی روبشی از سیمان کاشته شده در فک خرگوش.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Endodontics (جلد ۴۰، شماره ۵، سال ۲۰۱۴، صفحات ۶۴۸ تا ۶۵۱) به چاپ رسیده است و حاصل همکاری جعفر اورنگی، دکتر کمال جانقربان- عضو هیأت علمی دانشگاه شیراز و دکتر نادر تنیده – عضو هیأت علمی دانشگاه علوم پزشکی شیراز و همفکری و مشاوره دکتر محمد علی صغیری بوده است.
