نقش اندازه ذرات میکروکرات پلی‌متیل‌متاکریلات در بهبود عملکرد سیمان‌های استخوانی اکریلیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد، شیمی و پلیمر، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، بوئین زهرا، قزوین، ایران

2 گروه بیومواد، پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران

چکیده
زمینه پژوهش: پلی‌متیل متاکریلات (PMMA)، به عنوان یک پلیمر زیست‌سازگار، به طور گسترده در تهیه سیمان‌های استخوانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب و مورفولوژی فاز پودر سیمان نقش مهمی در خواص فیزیکی و مکانیکی سیمان حاصل دارد. این مطالعه با هدف ارزیابی ساختار، استحکام مکانیکی و سازگاری سلولی سیمان‌های استخوانی ساخته شده از فاز مایع یکسان و پودرهایی با مورفولوژی‌های مختلف انجام شده است.
مواد و روش تحقیق: در این پژوهش، میکروکرات PMMA به روش تبخیر حلال امولسیون روغن–آب سنتز شدند و اثر اندازه ذرات آنها بر خواص مکانیکی سیمان‌های پلیمری مورد بررسی قرار گرفت. دو غلظت مختلف از محلول آلی PMMAبرای کنترل اندازه ذرات در نظر گرفته شد. ارزیابی فازی و گروه های شیمیایی با استفاده از تکنیک‌های XRD و FTIR انجام شد. زمان گیرش، استحکام فشاری و زنده مانی سلولی بر اساس استانداردهای مربوطه انجام شد.
نتایج: بررسی‌های XRD و FTIR خلوص ساختاری و حذف کامل فازهای ناخواسته را تأیید کردند و تصاویر SEM نشان دادند که ذرات تولیدشده کروی و یکنواخت هستند. نتایج نشان داد با کاهش اندازه میانگین ذرات از حدود 200 به 20 میکرومتر، زمان گیرش سیمان از 300 به 90 ثانیه کاهش یافته و استحکام فشاری از 4/21 به 7/81 مگاپاسکال افزایش یافته است. همچنین سیمان‌های ساخته شده از هر دو پودر با اندازه‌های مختلف، رفتار زنده مانی سلولی یکسانی را نشان دادند.
نتیجه گیری: نتایج این پژوهش نشان می‌دهد کنترل اندازه میکروکرات PMMA می‌تواند در توسعه سیمان‌های استخوانی با استحکام و زمان گیرش بهینه برای کاربردهای پزشکی و دندان‌پزشکی نقش مؤثری داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Influence of PMMA Microspheres Size on the Performance Enhancement of Acrylic Bone Cements

نویسندگان English

Shokoufeh Borhan 1
Saeed Hesaraki 2
Nader Nezafati 2
1 Department of materials, chemical and polymer engineering, Buein Zahra Thechnical University, Buein Zahra, Qazvin, Iran
2 Biomaterials Department, Nanotechnology and Advanced Materials Department, Materials and Energy Research center, Alborz, Iran
چکیده English

Background: Polymethyl methacrylate (PMMA), is a well known biocompatible polymer widely used in the preparation of bone cements. The size and morphology of cement powder phase play important role in physical and mechanical properties of the resultant cement. This study aimed to evaluate the structure, mechanical strength and cytocompatibility of bone cements made of the same liquid phase and powders with different morphologies.
Methods: PMMA microspheres were synthesized via an oil-in-water emulsion solvent evaporation method, and the effect of particle size on the structure, mechanical properties and cytotoxicity of acrylic-based bone cements was investigated. Two different concentrations of the organic PMMA solution (5 and 20 wt%) were employed to control the particle size. XRD and FTIR techniques were employed to characterize phase and chemical bands. The setting time, compressive strength and cell viability were assessed by standard procedures.
Results: XRD and FTIR analyses confirmed the structural purity and complete removal of undesired phases, while SEM images revealed uniform spherical particles. The results showed that decreasing the average particle size from approximately 200 to 20 µm reduced the cement setting time from 300 to 90 seconds and increased the compressive strength from 21.4 to 81.7 MPa. Cements made of both different-sized powders exhibited adequate cell viability.
Conclusion: The findings indicate that controlling the size of PMMA microparticles can play an effective role in developing bone cements with optimized strength and setting time for medical and dental applications. These results provide valuable insights to improve the clinical performance of acrylic bone cements.

کلیدواژه‌ها English

Microspheres
Polymethyl methacrylate (PMMA)
Bone cement
Acrylic cement
oil-in-water emulsion solvent evaporation