When bone is damaged, a scaffold can temporarily replace it in the site of injury and incite bone tissue to repair itself. A biodegradable scaffold resorbs into the body, generating non-toxic degradation products as new tissue reforms; a bioactive scaffold encourages the surrounding tissue to regenerate. In the present study, we make composite biodegradable and bioactive scaffolds using poly-DL-lactide (PDLLA), a biodegradable polymer, and incorporate Bioglass 45S5 (BG) to stimulate scaffold bioactivity. BG has an interesting trait when immersed in body fluid, a layer of hydroxycarbonate apatite, similar to the inorganic component of bone, forms on its surface. It is of utmost importance to understand the fate of BG throughout the scaffold's processing in order to assess the scaffold's bioactivity. In this study, the established different stages of BG reactivity have been verified by monitoring pH during BG dissolution experiments and by conducting an elemental analysis using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). The composite scaffolds are synthesized by the solvent casting and particulate leaching technique and their morphology assessed by scanning electron microscopy (SEM). To understand the transformations occurred in BG during scaffold synthesis, BG as received, as well BG treated in acetone and water (the fluids involved in scaffold processing) are characterized by Fourier transform infrared (FTIR), and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results are then compared with BG extracted from scaffolds after processing. BG has been determined to start reacting during the scaffold processing. In addition, its reactivity is influenced by BG particle size. The study suggests that the presence of the polymer provides a reactive environment for BG due to pH effects.Teflon molds in scaffold fabrication are inert and biocompatibile, but their stiffness presents a challenge during de-molding. Silicone-based and polyurethane molds are attractive because they are flexible. However, there is a possibility that silicone leaches either from the material itself or the agents used to enhance their performance onto the scaffold. The second study in this thesis focuses on different types of such flexible substrates (Sil940, polyurethane, polyether, polydimethylsiloxane). The presence of Si in PDLLA films prepared on each material is inspected using XPS. Films made on all four materials are found to contain Si, indicative of the dissolution of part of the substrate in the film. However, silicon in the Si-containing catalysts used in the synthesis of polyethers is not transferred to samples, when the polyether substrate is plasma coated. / Quand l'os est endommagé, une matrice synthétique peut le substituer temporairement et encourager la reconstruction du tissu osseux. Une matrice biodégradable résorbe dans le corps, engendrant des produits de dégradation non toxique alors que de le nouveau tissu se réforme. Dans la présente étude, on fabrique un composé biodégradable et bioactifs en utilisant poly(D,L-acide lactique) (PDLLA), un polymère biodégradable, et en incorporant Bioglass 45S5 (BG) pour stimuler la bioactivité. BG est un verre à base de silice qui lors du contact avec les fluides corporels, se dissout et libère des ions de silice, phosphate, calcium et sodium. Les ions de calcium et phosphate reprécipitent et forment une couche d'hydroxycarbonate apatite sur la surface du BG, qui ressemble le composant inorganiques de l'os. Puis, la couche d'hydroxycarbonate apatite s'intègre avec le collagène fibrillaire des tissus environnants, le composant organique de l'os, pour former une matrice qui attire les ostéoblastes et stimule l'accroissement du tissu osseux. Ce composite biosynthétique est développé avec la méthode de fusion du sel et sa morphologie est déterminée avec la microscopie électronique à balayage (MEB). Pour évaluer la bioactivité de l'échafaudage, il est important de comprendre le sort du BG durant la production de la matrice. Les différents stages de la réactivité du BG ont été vérifiés en surveillant le pH durant la dissolution du BG et conduisant une analyse élémentaire par la spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES). Pour comprendre les transformations du BG lors de la synthèse des matrices, le BG tel que reçu avec le BG traités dans l'acétone et l'eau (les fluides impliqués dans la procédure de la synthèse) sont caractérisées avec la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la spectrométrie photoélectronique X (XPS). Les résultats sont par la suite comparés aves ceux du BG extrait des matrices. Nous avons déterminées que BG réagit durant la préparation de la matrice. De plus, la réactivité du BG est influencée par la grandeur ses particules. La présence du polymère crée un milieu réactif pour le BG, ce qui est due à l'effet du pH. La moule en Teflon utilisée dans la fabrication des matrices biosynthétique est inerte et biocompatible, mais aussi rigide, ce qui peut être problématique durant l'extraction. Ceci engendre une autre investigation qui implique la recherche d'une moule malléable pour faciliter l'enlèvement de la matrice. Les moules à base de silicone et polyuréthane sont attirantes parce qu'elles sont flexibles. Pourtant, il y a une possibilité que la silicone qui fait partie du matériel ou présent dans les produits utilisées pour augmenter sa performance se retrouve sur le produit final. Une deuxième étude dans la présente thèse est donc consacrée sur différents substrats flexibles (Sil940, polyuréthane, polyéther, polydimethylsiloxane). Le XPS est utilisé pour inspecter des films de PDLLA produit sur chaque matériel. La silicone est présente dans les films préparés sur tous les quatre matériaux. Cependant, lorsque le plasma est appliqué pour recouvrir le polyéther, la silicone présente dans les catalyses utilisées pour sa fabrication n'est pas transmises sur celui-ci. Donc le polyéther traité avec le plasma est convenable pour la fabrication des matrices biosynthétiques extracellulaires.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107628 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Abdollahi, Sara |
| Contributors | Marta Cerruti (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mining and Materials Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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