مروری بر پرکنندههای سرامیکی زیست فعال در پلیمرها
محورهای موضوعی : پلیمرها در انرژی و کاربردهای بهداشتی و محیطی
مهدی غفاری
1
,
مریم شکراللهی
2
,
سعید گیلک حکیم آبادی
3
*
1 - گروه مهندسی پلیمر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گلستان، گرگان، استان گلستان، ایران
2 - گروه مهندسی پلیمر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گلستان، گرگان، استان گلستان، ایران
3 -
کلید واژه: پرکننده زیست فعال, نانوکامپوزیت پلیمری, زیست سرامیک, نانوذرات, ایمپلنت,
چکیده مقاله :
با توجه به سهولت انطباق پذیری در اندازه، شکل، ترکیبات و نسبت سطح به حجم بالا، نانوذرات (NPs) به طور گستردهای در کاربرد های پزشکی مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال های اخیر، انواع مختلفی از نانو ذرات به طور خاص مورد بررسی قرار گرفته اند تا تایین شود چگونه میتوان از آنها در استخوانزایی، مهندسی بافت، رهایش دارو، عوامل زیستی تصویر برداری و ابزارهای تشخیصی و درمانی بهره برداری کرد. سهولت سنتز این نانو ذرات همراه با افزایش پایداری، کاهش سمیت و قابلیت اتصال به انواع مولکول های زیستی مانند پپتیدها، پروتئینها، آنتی بادی ها و آپتامرها برای ارتقاء زیست سازگاری و زیست هدف گیری، نشان می دهد که این نانو ذرات از اجزای کلیدی در توسعه درمان های مؤثر و نوآورانه به شمار می روند .در این میان، استفاده از زیست سرامیک ها تغییرات اساسی در حوزه زیست پزشکی ایجاد کرده است، به ویژه از طریق به کار گیری آن ها در ساخت ایمپلنت های سازگار با بدن انسان. بسیاری از سرامیک های زیستی در سه دهه گذشته به عنوان مواد ایمپلنتی مورد استفاده قرار گرفته اند و در کنار آن، تلاش های گسترده ای برای بهبود خواص زیست سازگاری و مقاومت مکانیکی آن ها از طریق ترکیب با پلیمرها صورت گرفته است. در نتیجه، توجه ویژه ای به تولید کامپوزیت های پلیمر/سرامیک معطوف شده است .این مواد زیستی ترکیبی، پس از گذر از آزمون های زیستی دقیق در شرایط درون تنی و برون تنی، تأیید شده اند. این تحقیق مروری است جامع بر انواع این مواد، روشهای اصلاح و بهبود ویژگی های آن ها، کاربرد های بالینی، و مسیرهای آینده پژوهش در این حوزه امید بخش از علم مواد زیستی.
Due to their ease of adaptability in terms of size, shape, composition, and high surface-to-volume ratio, nanoparticles (NPs) have been widely utilized in biomedical applications. In recent years, various types of nanoparticles have been specifically investigated to determine how they can be employed in osteogenesis, tissue engineering, drug delivery, bio-imaging agents, and diagnostic and therapeutic tools. The facile synthesis of these nanoparticles, along with enhanced stability, reduced toxicity, and the ability to conjugate with a wide range of biomolecules such as peptides, proteins, antibodies, and aptamers to improve biocompatibility and bio-targeting, highlights their importance as key components in the development of effective and innovative therapies. Among these, the use of bioceramics has brought fundamental changes to the biomedical field, particularly through their application in the fabrication of implants compatible with the human body. Many bioceramics have been employed as implant materials over the past three decades, and extensive efforts have been devoted to improving their biocompatibility and mechanical strength through combination with polymers. Consequently, special attention has been directed toward the production of polymer/ceramic composites. These hybrid biomaterials have been validated after rigorous in vitro and in vivo biological evaluations. This review provides a comprehensive overview of these materials, their modification and property enhancement strategies, clinical applications, and future research directions in this promising area of biomaterials science.
[1] Jiao M. Zhang P. Meng J. Li Y. Liu C. Luo X. et al. “Recent advancements in biocompatible inorganic nanoparticles towards biomedical applications”, Biomater. Sci. The Royal Society of Chemistry, 6, 4, 726–745, 2018.
[2] German R. M. “Particulate Composites”, Springer, 2016.
[3] Shi D. “Nanoscience in biomedicine”, Springer Science & Business Media, 2010.
[4] Maximilien J. Beyazit S. Rossi C. Haupt K. Bui B. T. S. “Nanoparticles in biomedical applications”, Meas. Biol. Impacts Nanomater. Springer, 177–210, 2015.
[5] Rothon R. “Particulate-filled polymer composites”, iSmithers Rapra Publishing, 2003.
[6] Thamaraiselvi T. Rajeswari S. “Biological evaluation of bioceramic materials-a review”, Carbon N. Y. Citeseer, 24, 31, 172, 2004.
[7] Kokubo T. “Bioceramics and their clinical applications”, Elsevier, 2008.
[8] Xanthos M. “Functional fillers for plastics”, John Wiley & Sons, 2010.
[9] Leonor I. B. Ito A. Onuma K. Kanzaki N. Reis R. L. “In vitro bioactivity of starch thermoplastic/hydroxyapatite composite biomaterials: an in situ study using atomic force microscopy”, Biomaterials, Elsevier, 24, 4, 579–585, 2003.
[10] Wang M. “Developing bioactive composite materials for tissue replacement”, Biomaterials, Elsevier, 24, 13, 2133–2151, 2003.
[11] Yu S. Hariram K. P. Kumar R. Cheang P. Aik K. K. “In vitro apatite formation and its growth kinetics on hydroxyapatite/polyetheretherketone biocomposites”, Biomaterials, Elsevier, 26, 15, 2343–2352, 2005.
[12] Ni J. Wang M. “In vitro evaluation of hydroxyapatite reinforced polyhydroxybutyrate composite”, Mater. Sci. Eng. C, Elsevier, 20, 1–2, 101–109, 2002.
[13] Hasegawa S. Ishii S. Tamura J. Furukawa T. Neo M. Matsusue Y. et al. “A 5–7 year in vivo study of high-strength hydroxyapatite/poly (L-lactide) composite rods for the internal fixation of bone fractures”, Biomaterials, Elsevier, 27, 8, 1327–1332, 2006.
[14] Wise D. L. Trantolo D. J. Lewandrowski K.U. Gresser J. D. Cattaneo M. V, Yaszemski M. J. “Biomaterials engineering and devices: human applications”, Springer, 2000.
[15] Wang M. Ni J. Weng J. “In vitro bioactivity and mechanical performance of tricalcium phosphate/polyhydroxybutyrate composites”, Key Eng. Mater. Trans Tech Publications Ltd. The Journal’s web site is located at http://www …, 2002.
[16] Kasuga T. Maeda H. Kato K. Nogami M. Hata K. Ueda M. “Preparation of poly (lactic acid) composites containing calcium carbonate (vaterite), Biomaterials, Elsevier, 24, 19, 3247–3253, 2003.
[17] Krajewski A. Ravaglioli A. “Bioceramics and biological glasses”, Integr. Biomater. Sci. Springer, 189–254, 2002.
[18] Rich J. Jaakkola T. Tirri T. Närhi T. Yli-Urpo A. Seppälä J. “In vitro evaluation of poly (ε-caprolactone-co-DL-lactide)/bioactive glass composites”, Biomaterials, Elsevier, 23, 10, 2143–2150, 2002.
[19] Huang J. Di Silvio L. Kayser M. Bonfield W. “TEM examination of the interface between Bioglass (R)/polyethylene composites and human osteoblast cells in vitro”, Bioceramics, TRANS TECH PUBLICATIONS LTD, 192, 649–652, 2000.
[20] Huang J. Di Silvio L. Wang M. Tanner K. E. Bonfield W. “In vitro assessment of hydroxyapatite-and Bioglass (R)-reinforced polyethylene composites”, PERGAMON PRESS LTD, 1997.
[21] Yao J. Radin S. Leboy P. S. Ducheyne P. “The effect of bioactive glass content on synthesis and bioactivity of composite poly (lactic-co-glycolic acid)/bioactive glass substrate for tissue engineering”, Biomaterials, Elsevier, 26, 14, 1935–1943, 2005.
[22] Shinzato S. Kobayashi M. Mousa W. F. Kamimura M. Neo M. Choju K. et al. “Bioactive bone cement: Effect of surface curing properties on bone‐bonding strength”, J. Biomed. Mater. Res. An Off. J. Soc. Biomater. Japanese Soc. Biomater. Aust. Soc. Biomater. Korean Soc. Biomater. Wiley Online Library, 53, 1, 51–61, 2000.
[23] Juhasz J. A. Best S. M. Brooks R. Kawashita M. Miyata N. Kokubo T. et al. “Mechanical properties of glass-ceramic A–W-polyethylene composites: effect of filler content and particle size”, Biomaterials, Elsevier, 25, 6, 949–955, 2004.
[24] Yamasaki Y. Yoshida Y. Okazaki M. Shimazu A. Kubo T. Akagawa Y. et al. “Action of FGMgCO3Ap-collagen composite in promoting bone formation”, Biomaterials, Elsevier, 24, 27, 4913–4920, 2003.
[25] Wu C. Ramaswamy Y. Kwik D. Zreiqat H. “The effect of strontium incorporation into CaSiO3 ceramics on their physical and biological properties”, Biomaterials, Elsevier, 28, 21, 3171–3181, 2007.
[26] Pérez‐Pariente J. Balas F. Román J. Salinas A. J. Vallet‐Regí M. “Influence of composition and surface characteristics on the in vitro bioactivity of SiO2− CaO− P2O5− MgO sol‐gel glasses”, J. Biomed. Mater. Res. Wiley Online Library, 47, 2, 170–175, 1999.
[27] Balasubramanian S. Gurumurthy B. Balasubramanian A. “Biomedical applications of ceramic nanomaterials: a review”, Іnternational J. Pharm. Sci. Res. 8, 12, 4950–4959, 2017.
[28] Mordor intelligence, “Bioceramic Market - Segmented by Material, Type, Application, and Geography - Growth, Trends and Forecast (2018 - 2023), 2018.