بررسي تجربي خاصيت پيزوالكتريك باريم تيتانات در كاشتني ها و داربست سه بعدي استخواني

Experimental study of piezoelectric properties in barium titanate implants and 3D bone scaffolds

مواد پيزوالكتريك موادي هستند كه انرژي الكتريكي را به انرژي مكانيكي (صوت) تبديل مي كنند و برعكس با فشار مكانيكي بر آن ها، انرژي الكتريكي توليد مي شود. در اين تحقيق هدف بررسي خاصيت پيزوالكتريك باريم تيتانات بود. . باريم تيتانات ماده زيست فعالي است و براي استقاده در مهندسي بافت استخوان مناسب است. در سراميك باريم تيتانات غير قطبيده، مناطق فروالكتريك به صورت تصادفي جهت گيري كرده اند و در نتيجه خواص پيزوالكتريكي حداقل است. بنابراين نياز به قطبي سازي براي افزايش خاصيت پيزوالكتريك وجود دارد. بدين منظور اين بررسي با قطبيده كردن با ولتاژ و زمان هاي مختلف بر روي دو گروه كاشتني ها و داربست هاي متخلخل انجام شد. كاشتني ها با ابعاد مختلفي ساخته، سپس با ولتاژ و زمان هاي متفاوت در روغن قطبيده شده و در انتها خواص پيزوالكتريك آن ها توسط پيزوتست بررسي شد. همچنين داربست هاي سه بعدي با تخلخل80% به روش ريختگري فومي ساخته شد. سپس داربست ها درون روغن با ولتاژ و زمان متفاوت قطبيده شده و در انتها خواص پيزوالكتريك آن ها توسط پيزوتست بررسي شد. و سپس تست زيستي بر روي آن ها انجام شد. در انتها نتيجه گرفته شد كه هم كاشتني ها و هم داربست هاي متخلخل با قطبيده كردن مي توانند خواص مناسبي براي استفاده در مهندسي بافت استخوان پيدا كنند. در ادامه نيز نتيجه گرفته شد كه هر چه كاشتني ها داراي ارتفاع كمتر و قطر بيشتري باشند ضريب پيزوالكتريك در آن ها بيشتر است. همچنين نتايج تست سلولي نيز موثر بودن خاصيت پيزوالكتريك بر رشد استخوان را تاييد كرد.

Piezoelectric materials are materials that convert electrical energy into mechanical energy (acoustic), and vice versa, with mechanical pressure on them, electrical energy is produced. The use of lead-free piezoelectric materials in the bone is developing due to its piezoelectric properties. The aim of this study was to investigate the piezoelectric property of barium titanate. Barium Titanate is a bioactive material that is suitable for use in bone tissue engineering. In barium ceramics, non-polar titanate, ferroelectric regions are randomly oriented, and thus the piezoelectric properties are minimal. Therefore, there is a need for polarization to increase piezoelectric properties. For this purpose, this study was carried out by polarization with different voltage and time on two groups of implantation and porous scaffolds. The implants of various sizes with different voltages and times are polarized in oil, and finally their piezoelectric properties were examined by the piezo test and compared with each other. Also, three-dimensional scaffolds with a porosity of 80% were made using foam casting method. The scaffolds were then polarized in the oil at a different voltage and time, and finally their piezoelectric properties were examined by the piezo test. Mechanical properties tests were carried out on both groups and then MTT test were performed to examine the effect of piezoelectric properties on cell growth. Finally, it was concluded that both implants and porous scaffolds with piezoelectric properties can find the proper properties for use in bone tissue engineering. It was also concluded that higher diameter and the lower height of the implants makes greater piezoelectric coefficient. Also, the results of cellular testing confirmed the effect of piezoelectric properties on bone growth.