Date of Award

4-2021

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Chemistry

First Advisor

Yaser E. Greish

Second Advisor

Mohamed Alazab Alnaqbi

Abstract

Hard tissues, such as bone and teeth, are natural composites of collagen nanofibers that are reinforced by inorganic calcium phosphate Nano crystallites, in the form of nanocomposites. The interlocking between these components in hard tissues explains their unique characteristics. Bone is mainly classified into two major types; compact and cancellous depending on the extent of porosity. Fractures in the compact bone can be treated using bone fixation implants, such as rods, screws, and plates, or can be totally replaced by bone implants if complete substitution is required. Cancellous bone, on the other hand, is highly porous and its substitution with synthetic biomaterials is a challenge. The current study investigates the use of 3D printing technology to fabricate 3D porous scaffolds that can be used as substitutes for fractured cancellous bone. Three types of polymers have been investigated because of their classification as bioactive (polyethylene terephthalate); PET), biodegradable (poly(lactic acid); PLA), and bioinert (Acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer); ABS). All polymers were 3D printed into highly porous scaffolds that were further chemically functionalized to enhance their surface properties, hence improve their potential application as bone implants. Both as-printed and chemically functionalized porous scaffolds were characterized for their structure and morphology. Moreover, chemically-treated PET and PLA scaffolds were investigated for their preliminary in vitro performance in a simulated body fluid (SBF) medium, while chemically conditioned ABS scaffolds were used as platforms to grow a biodegradable metalorganic framework (HKUST-1) onto their surfaces. Preliminary results of the current study showed the potential of the chemically functionalized porous scaffolds to be used as implants for the partial and total replacement of defective porous bone.

Comments

تعتبر الأنسجة الصلبة، مثل العظام والأسنان، مركبات طبيعية من ألياف الكولاجين النانوية المعززة بواسطة بلورات فوسفات الكالسيوم النانوية غير العضوية. يفسر التشابك بين هذه المكونات في الأنسجة الصلبة خصائصها الفريدة. تصنف العظام بشكل رئيسي إلى نوعين؛ مدمج وإسفنجي حسب درجة المسامية.حيث يمكن علاج الكسور في العظام المضغوطة باستخدام بدائل العظام، مثل القضبان والمسامير والألواح، أو يمكن استبدالها بالكامل بزرع العظام إذا كان الاستبدال الكامل مطلوبًا. من ناحية أخرى، فإن العظام الإسفنجية شديد المسامية واستبدالها بمواد حيوية اصطناعية يمثل تحديًا. تبحث الدراسة الحالية في استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع بدائل مسامية ثلاثية الأبعاد يمكن استخدامها كبديل للعظام الإسفنجية المكسورة. تمت دراسة ثلاثة أنواع من البوليمرات حسب تصنيفها على أنها نشطة بيولوجيًا )بولي)إيثيلين ) ؛ تيريفثالا PET ) ، قابلة للتحلل )بولي)حمض اللاكتيك ) ؛ PLA ) , وخاملة بيولوجيًا ( (أكريلونيتريل بيوتادين ستايرين تريبوليمر ABS ) ؛ . حيث تمت طباعة جميع البوليمرات ثلاثية الأبعاد في صورة أجسام مسامية للغاية تم معالجتها كيميائيًا لتعزيز خصائص سطوحها، وبالتالي تحسين تطبيقها المحتمل كبدائل عظمية. تم توصيف كل من السقالات المسامية المطبوعة والمعالجة كيميائيا من حيث هيكلها وتشكلها. علاوة على ذلك ، تم فحص أجسام PET و PLA المعالجة كيميائيا من أجل أدائها الأولي في المختبر في وسط مماثل للسائل الحيوى بالجسم (SBF ) بينما تم استخدام سقالات ABS المعالجة كيميائيا كمنصة لتنمية إطار عضوي معدني قابل للتحلل ( HKUST-1 ) على أسطحها. أظهرت النتائج الأولية للدراسة الحالية إمكانية استخدام الأجسام المسامية المعالجة كيميائيا للاستبدال الجزئي أوالكلي للعظام المسامية المعيبة.

Download

Included in

Chemistry Commons

COinS