فورستریتویرایش

فورستریت خالص از منیزیم، اکسیژن و سیلیکون تشکیل شده است. همچنین فورستریت به عنوان زیرمجموعه کانی های الیوین است و این به این معناست که الوین غنی از منیزیم فورستریت بوده و هر الیوینی فورستریت نیست. فورستریت عمدتاً از آنیون  SiO4-4 و کاتیون Mg+2 در نسبت مولی 1: 2 تشکیل شده است. که سیلیکون اتم مرکزی در آنیون SiO4-4 است. هر اتم اکسیژن توسط یک پیوند کووالانسی منفرد به سیلیکون متصل می شود. چهار اتم اکسیژن به دلیل پیوند کووالانسی با سیلیکون دارای بار منفی جزئی هستند. بنابراین ، اتم های اکسیژن برای کاهش نیروی دافعه بین آنها باید از یکدیگر دور باشند. بهترین هندسه برای کاهش دافعه، شکل چهار گوش است. کاتیونها دو مکان مختلف هشت ضلعی دارند که M1 و M2 هستند و پیوندهای یونی را با آنیونهای سیلیکات تشکیل می دهند. M1 و M2 کمی متفاوت هستند. سایت M2 بزرگتر و منظم تر از M1 است همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.[1]و[2]

فورستریت با فرمول شیمیایی Mg2SiO4 سرامیک جدید زیست‌فعال است، که در مقایسه با هیدروکسی آپاتیت(HA)، چسبندگی و استخوان‌سازی خوبی داشته و متعلق به گروه معدنی الیوین است و به نام طبیعت شناس آلمانی یوهان فورستر نام‌گذاری شده است. فورستریت درخشان، شیشه‌ای با ظاهری نیه‌شفاف تا شفاف است و به صورت جرم جامد به رنگ سبز یا زرد کم‌رنگ مایل به سفید وجود دارد.

فورستریت دارای ساختار بلوری اورترومبیک-دیپیرامیدال با اندازه پارامترهای a=0.49، b=1.04 و c=0.61 نانومتر و نقطه‌ذوب C ˚1890 می‌باشد. [3]

منیزیم یکی از مهم‌ترین عناصر معدنی در میان 78 عنصر معدنی موجود در بدن انسان است. تقریبا نیمی از منیزیم فیزیولوژیک درون بدن، در بافت استخوانی ذخیره شده است. به‌خوبی شناخته شده است که منیزیم عامل بسیاری از آنزیم‌ها است و ساختارهای RNA و DNA را تثبیت می‌کند.

تغییر سطح زیست‌سرامیک‌های حاوی یون Mg+2 به‌طور قابل‌توجهی سلول‌های استئوژنیک فونوتایپ را هم در شرایط محیط آزمایشگاه و هم درون بدن تحت تاثیر قرار می‌دهد. فعل و انفعالات سطح سلول‌های بیولوژیکی استئوبلاست به طور عمده توسط گیرنده‌های چسبنده غشای سلولی(اینتگرین)، که منیزیم در آن نقش مهمی ایفا می‌کند، انجام می‌شود. Mg+2 زیرواحدها بپیوندد و با تغییرات خارج سلولی می‌تواند میل سلول‌ها به سطح ماده بیولوژیک را تعدیل کند.

سرامیک‌ها و شیشه‌های زیست‌فعال حاوی منیزیم به دلیل زیست‌سازگاری، زیست‌فعالی و همچنین خواص مکانیکی دارای جذابیت هستند. علاوه بر این، مشخص شده كه محصولات تخریب این سرامیک‌ها در مایعات فیزیولوژیک مانند Si ، Ca  و Mgمی‌تواند چسبندگی، تكثیر و تمایز سلول‌های استئوبلاست را ترغیب نماید، که آن‌ها را به نامزدهایی امیدوارکننده برای برنامه‌های مهندسی بافت تبدیل می‌کند. همچنین مطالعات جدید نشان داده است که زیست‌سرامیک‌های سیلیکاتی حاوی منیزیم توانایی القاء رگ‌زایی در شرایط بیولوژیکی را دارد. [4]

همچنین سیلیکون یک عنصر اساسی در رشد اسکلت به‌شمار می‌رود. با توجه به مطالعات انجام شده گزارش شده است که فورستریت خواص‌مکانیکی و زیست‌سازگاری بهتری نسبت به هیدروکسی آپاتیت دارد.[3] روش‌های زیادی مثل: ماتریس پلیمر، زینترینگ ماکروویو، سل-ژل و خوداحتراقی برای تولید فورستریت خالص مورد استفاده قرار گرفته است. به‌طور کلی، خلوص فاز فورستریت در درجه حرارت بالاتر به دلیل سرعت انتشار آهسته سیستم‌های سیلیکات منیزیم حاصل می‌شود، که از این چالش‌ها با استفاده از بالمیل کردن، فشرده‌سازی پیش‌سازها و یا فعال‌سازی مکانیکی در هنگام سنتز، جلوگیری به‌عمل می‌آید.

با توجه به جدول مشاهده می‌‌شود که فورستریت نسبت به هیدروکسی‌‌آپاتیت در خواص‌‌مکانیکی مثل: سختی ویکرز، استحکام خمشی، مدول‌یانگ و تافنس‌شکست(K1C) دارای برتری مشهودی است. در مورد زیست‌سازگاری فورستریت گزارش‌ها از مطالعات انجام شده حاکی از آن است که طبق آزمایش MTT، فورستریت بدون اثرات سمی باعث افزایش تکثیر سلول‌های استئوبلاست شده است. در مورد هیدروکسی‌آپاتیت نیز هیچ سمیت سلولی یافت نشده است و تجزیه و تحلیل بافت‌شناسی اتصال قوی و گستردگی بهتر سلول‌های فیبروبلاست بر روی آن را نشان داده است.
زیست‌فعالی فورستریت با استفاده از آنالیز ALP مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج حاکی از افزایش کشت سلولی در فورستریت بوده، درحالی که براساس نتایج کشت سلولی در هیدروکسی‌آپاتیت کاهش یافته است، همچنین بر طبق شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی گفته شده است که فورستریت دارای واکنش‌پذیری بالاتر، زیست‌فعالی خوب و همچنین تشکیل‌آپاتیت بهتری است.[5]

جستارهای وابستهویرایش

  • کانی
  • منیزیم سیلیکات
  • فورستریت
  • سرامیک
  • بیو مواد

منابعویرایش


2.[۱] 3.[۲]

  1. پردیس کشاورزی ایران 2. [۳] 3. [۴] 4. [۵]

فورستریتویرایش

فورستریت خالص از منیزیم، اکسیژن و سیلیکون تشکیل شده است. همچنین فورستریت به عنوان زیرمجموعه کانی های الیوین است و این به این معناست که الوین غنی از منیزیم فورستریت بوده و هر الیوینی فورستریت نیست. فورستریت عمدتاً از آنیون  SiO4-4 و کاتیون Mg+2 در نسبت مولی 1: 2 تشکیل شده است. که سیلیکون اتم مرکزی در آنیون SiO4-4 است. هر اتم اکسیژن توسط یک پیوند کووالانسی منفرد به سیلیکون متصل می شود. چهار اتم اکسیژن به دلیل پیوند کووالانسی با سیلیکون دارای بار منفی جزئی هستند. بنابراین ، اتم های اکسیژن برای کاهش نیروی دافعه بین آنها باید از یکدیگر دور باشند. بهترین هندسه برای کاهش دافعه، شکل چهار گوش است. کاتیونها دو مکان مختلف هشت ضلعی دارند که M1 و M2 هستند و پیوندهای یونی را با آنیونهای سیلیکات تشکیل می دهند. M1 و M2 کمی متفاوت هستند. سایت M2 بزرگتر و منظم تر از M1 است همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.[1]و[2]

فورستریت با فرمول شیمیایی Mg2SiO4 سرامیک جدید زیست‌فعال است، که در مقایسه با هیدروکسی آپاتیت(HA)، چسبندگی و استخوان‌سازی خوبی داشته و متعلق به گروه معدنی الیوین است و به نام طبیعت شناس آلمانی یوهان فورستر نام‌گذاری شده است. فورستریت درخشان، شیشه‌ای با ظاهری نیه‌شفاف تا شفاف است و به صورت جرم جامد به رنگ سبز یا زرد کم‌رنگ مایل به سفید وجود دارد.

فورستریت دارای ساختار بلوری اورترومبیک-دیپیرامیدال با اندازه پارامترهای a=0.49، b=1.04 و c=0.61 نانومتر و نقطه‌ذوب C ˚1890 می‌باشد. [3]

منیزیم یکی از مهم‌ترین عناصر معدنی در میان 78 عنصر معدنی موجود در بدن انسان است. تقریبا نیمی از منیزیم فیزیولوژیک درون بدن، در بافت استخوانی ذخیره شده است. به‌خوبی شناخته شده است که منیزیم عامل بسیاری از آنزیم‌ها است و ساختارهای RNA و DNA را تثبیت می‌کند.

تغییر سطح زیست‌سرامیک‌های حاوی یون Mg+2 به‌طور قابل‌توجهی سلول‌های استئوژنیک فونوتایپ را هم در شرایط محیط آزمایشگاه و هم درون بدن تحت تاثیر قرار می‌دهد. فعل و انفعالات سطح سلول‌های بیولوژیکی استئوبلاست به طور عمده توسط گیرنده‌های چسبنده غشای سلولی(اینتگرین)، که منیزیم در آن نقش مهمی ایفا می‌کند، انجام می‌شود. Mg+2 زیرواحدها بپیوندد و با تغییرات خارج سلولی می‌تواند میل سلول‌ها به سطح ماده بیولوژیک را تعدیل کند.

سرامیک‌ها و شیشه‌های زیست‌فعال حاوی منیزیم به دلیل زیست‌سازگاری، زیست‌فعالی و همچنین خواص مکانیکی دارای جذابیت هستند. علاوه بر این، مشخص شده كه محصولات تخریب این سرامیک‌ها در مایعات فیزیولوژیک مانند Si ، Ca  و Mgمی‌تواند چسبندگی، تكثیر و تمایز سلول‌های استئوبلاست را ترغیب نماید، که آن‌ها را به نامزدهایی امیدوارکننده برای برنامه‌های مهندسی بافت تبدیل می‌کند. همچنین مطالعات جدید نشان داده است که زیست‌سرامیک‌های سیلیکاتی حاوی منیزیم توانایی القاء رگ‌زایی در شرایط بیولوژیکی را دارد. [4]

همچنین سیلیکون یک عنصر اساسی در رشد اسکلت به‌شمار می‌رود. با توجه به مطالعات انجام شده گزارش شده است که فورستریت خواص‌مکانیکی و زیست‌سازگاری بهتری نسبت به هیدروکسی آپاتیت دارد.[3] روش‌های زیادی مثل: ماتریس پلیمر، زینترینگ ماکروویو، سل-ژل و خوداحتراقی برای تولید فورستریت خالص مورد استفاده قرار گرفته است. به‌طور کلی، خلوص فاز فورستریت در درجه حرارت بالاتر به دلیل سرعت انتشار آهسته سیستم‌های سیلیکات منیزیم حاصل می‌شود، که از این چالش‌ها با استفاده از بالمیل کردن، فشرده‌سازی پیش‌سازها و یا فعال‌سازی مکانیکی در هنگام سنتز، جلوگیری به‌عمل می‌آید.

با توجه به جدول مشاهده می‌‌شود که فورستریت نسبت به هیدروکسی‌‌آپاتیت در خواص‌‌مکانیکی مثل: سختی ویکرز، استحکام خمشی، مدول‌یانگ و تافنس‌شکست(K1C) دارای برتری مشهودی است. در مورد زیست‌سازگاری فورستریت گزارش‌ها از مطالعات انجام شده حاکی از آن است که طبق آزمایش MTT، فورستریت بدون اثرات سمی باعث افزایش تکثیر سلول‌های استئوبلاست شده است. در مورد هیدروکسی‌آپاتیت نیز هیچ سمیت سلولی یافت نشده است و تجزیه و تحلیل بافت‌شناسی اتصال قوی و گستردگی بهتر سلول‌های فیبروبلاست بر روی آن را نشان داده است.
زیست‌فعالی فورستریت با استفاده از آنالیز ALP مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج حاکی از افزایش کشت سلولی در فورستریت بوده، درحالی که براساس نتایج کشت سلولی در هیدروکسی‌آپاتیت کاهش یافته است، همچنین بر طبق شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی گفته شده است که فورستریت دارای واکنش‌پذیری بالاتر، زیست‌فعالی خوب و همچنین تشکیل‌آپاتیت بهتری است.[5]

جستارهای وابستهویرایش

  • کانی
  • منیزیم سیلیکات
  • فورستریت
  • سرامیک
  • بیو مواد

منابعویرایش


  1. Manual of Mineralogy. ۱۹۸۵. صص. ۳۷۳–۳۷۵. شابک ۹۷۸-۰-۴۷۱-۸۰۵۸۰-۹. پارامتر |first1= بدون |last1= در Authors list وارد شده‌است (کمک); پارامتر |first2= بدون |last2= در Authors list وارد شده‌است (کمک); پارامتر |first3= بدون |last3= در Authors list وارد شده‌است (کمک); پارامتر |first4= بدون |last4= در Authors list وارد شده‌است (کمک)
  2. K، Iishi (۱۹۷۸). «Lattice dynamics of forsterite». American Mineralogist: ۱۱۹۸–۱۲۰۸.
  3. Prakash (۲۰۱۹). «Synthesis, characterization, and coating of forsterite (Mg2SiO4) based material over medical implants». Journal of Materials Design and Applications. (۶)۲۳۳: ۱۲۲۷-۱۲۴۰.
  4. Diba، M (۲۰۱۴). «Magnesium-containing bioactive polycrystalline silicate-based ceramics and glass-ceramics for biomedical applications». Current opinion in solid state and materials science. ۱۸(۳): ۱۴۷–۱۶۷.
  5. Choudhary، R (۲۰۱۸). «Antibacterial forsterite (Mg2SiO4) scaffold: A promising bioceramic for load bearing applications». ۳: ۲۱۸–۲۲۴.

2.[۱] 3.[۲]

  1. پردیس کشاورزی ایران 2. [۳] 3. [۴] 4. [۵]
  1. Manual of Mineralogy. ۱۹۸۵. صص. ۳۷۳–۳۷۵. شابک ۹۷۸-۰-۴۷۱-۸۰۵۸۰-۹. پارامتر |first1= بدون |last1= در Authors list وارد شده‌است (کمک); پارامتر |first2= بدون |last2= در Authors list وارد شده‌است (کمک); پارامتر |first3= بدون |last3= در Authors list وارد شده‌است (کمک); پارامتر |first4= بدون |last4= در Authors list وارد شده‌است (کمک)
  2. K، Iishi (۱۹۷۸). «Lattice dynamics of forsterite». American Mineralogist: ۱۱۹۸–۱۲۰۸.
  3. Prakash (۲۰۱۹). «Synthesis, characterization, and coating of forsterite (Mg2SiO4) based material over medical implants». Journal of Materials Design and Applications. (۶)۲۳۳: ۱۲۲۷-۱۲۴۰.
  4. Diba، M (۲۰۱۴). «Magnesium-containing bioactive polycrystalline silicate-based ceramics and glass-ceramics for biomedical applications». Current opinion in solid state and materials science. ۱۸(۳): ۱۴۷–۱۶۷.
  5. Choudhary، R (۲۰۱۸). «Antibacterial forsterite (Mg2SiO4) scaffold: A promising bioceramic for load bearing applications». ۳: ۲۱۸–۲۲۴.