1. التعريف #
| الحقل | القيمة |
|---|---|
| المادة | هيدروكسي أباتيت نانوي مطعّم ثلاثياً (Mg/Si/Zn-HAp) |
| المجلة | Hybrid Advances 13 (2026)، المقالة رقم 100657 |
| المعرّف الرقمي (DOI) | 10.1016/j.hybadv.2026.100657 |
| تاريخ القبول | 2 April 2026 |
| تاريخ النشر الإلكتروني | 3 April 2026 |
| الرخصة (License) | CC BY-NC-ND 4.0 |
| عدد الباحثين | 26، من 11 كليات و2 جامعتين |
| الباحث المُراسِل | عبد الرزاق حمال، جامعة حلب |
| كاتب هذه الصفحة | ملهم فتنه (ORCID 0009-0006-4432-798X)، أحد المؤلفين، قسم هندسة الميكاترونكس |
| التمويل الخارجي | لا يوجد |
| شكر وتقدير | Boundless Academic Services · Sanad Youth for Development · UNFPA Syria |
2. الملخص التقني #
- هيدروكسي أباتيت أُدخلت فيه ثلاثة عناصر مطعّمة ضمن الشبكة البلورية منذ خطوة الترسيب الأولى — لا كطلاء سطحي ولا كتطعيم لاحق — بنسب 2 mol% مغنيزيوم، و1 mol% زنك، و2 wt% سيليكون.
- طور سداسي نقي وحيد، بحجم بلوري ≈17 nm. تنكمش الشبكة قياسياً مقارنة بالهيدروكسي أباتيت النقي، وهذا هو الدليل المباشر على أن العناصر دخلت البنية فعلاً ولم تستقر على سطحها.
- إطلاق الأيونات في سائل الجسم المحاكي ثنائي الطور — سريع في الأيام 1–7، ثم بطيء ومستدام حتى اليوم 28.
- الإطلاق مستجيب لتغيّر الحموضة: عند pH 5.5 يبلغ الإطلاق التراكمي للزنك في اليوم السابع +37.5% مقارنة بـ pH 7.4، والكالسيوم +31.2%. وفي الوسط القلوي ينخفض الاثنان.
- غير سام لخلايا بانيات العظم البشرية MG-63 ضمن التراكيز المختبَرة، وبقيمة IC₅₀ أعلى من الهيدروكسي أباتيت النقي.
- مضاد للجراثيم، لكنه أضعف من الجنتاميسين — الدراسة صريحة في ذلك، وهذه الصفحة كذلك.
- صُنعت منه دعامة مسامية ثلاثية الأبعاد بمسامية مترابطة 65 ± 3 % ومقاومة انضغاط 18 ± 2 MPa.
3. التركيب والتحضير #
الصيغة الهدف:
$$Ca_{9.70}Mg_{0.20}Zn_{0.10}(SiO_4)_{0.20}(PO_4)_{5.80}(OH)_2$$| المعامل | القيمة |
|---|---|
| الكتلة المولية | 1003.44 g/mol |
| إحلال المغنيزيوم | 2 mol% (في مواقع Ca²⁺) |
| إحلال الزنك | 1 mol% (في مواقع Ca²⁺) |
| إحلال السيليكون | 2 wt% (SiO₄⁴⁻ محل PO₄³⁻) |
| أساس الحساب | 0.09966 mol من الصيغة المرجعية، لإنتاج ~100 g |
| كلوريد الكالسيوم (CaCl₂، 98%) | 117.8 g |
| كبريتات المغنيزيوم (MgSO₄، 99%) | 1.38 g |
| كلوريد الزنك (ZnCl₂، 98%) | 0.79 g |
| فوسفات البوتاسيوم الثنائية (K₂HPO₄، 99%) | 96.4 g |
| سيليكات الصوديوم (Na₂SiO₃، 28.5% w/w SiO₂) | 3.15 mL |
| حموضة محلول الكاتيونات | 5.0 |
| حموضة محلول الأنيونات | 10.5 |
| الترسيب (Precipitation) | نقطة نقطة، 60 °C، مع تثبيت pH عند 11.2 |
| ما بعد الترسيب | غسل، تجفيف 80 °C، معالجة حرارية 600 °C |
| المردود | 98.2 g (98.2 % من الهدف) |
يرد في ملخص البحث المنشور شكل الصيغة كـ
(PO₄)₅.₇₀(OH)₀، وفي قسم الطرائق كـ(PO₄)₅.₈ar، وكلاهما خطأ طباعي. الشكل المعتمد أعلاه هو الوارد في قسم النتائج، وهو المستخدم في هذا الموقع.
4. التوصيف البنيوي والمورفولوجي #
| التقنية | النتيجة |
|---|---|
| الطور بـ XRD | هيدروكسي أباتيت سداسي نقي، الزمرة الفراغية P6₃/m، المرجع JCPDS 09-0432. دون أي طور ثانوي. |
| الحجم البلوري | ≈17 nm، من القمة (211) |
| ثابت الشبكة a | 9.39 Å (النقي: 9.42 Å) |
| ثابت الشبكة c | 6.86 Å (النقي: 6.88 Å) |
| FT-IR — اهتزاز O–H (ماء ممتز) | 3468, 1636 cm⁻¹ |
| FT-IR — تمطط P–O اللامتناظر ν₃ | 1085, 1022 cm⁻¹ |
| FT-IR — انحناء O–P–O ν₄ | 602, 567 cm⁻¹ |
| FT-IR — طبيعة القمم | اتساع واندماج جزئي مقارنة بالنقي عالي التبلور، ما يدل على تراجع الانتظام البلوري نتيجة التطعيم المتعدد |
| خشونة السطح Sa (AFM) | 6.8 ± 0.5 nm |
| خشونة السطح Sq (AFM) | 8.9 ± 0.6 nm |
انكماش الشبكة هو الدليل الحاسم هنا: إحلال Mg²⁺ (≈0.72 Å) وZn²⁺ (≈0.74 Å) محل Ca²⁺ (≈1.00 Å) يضغط خلية الوحدة، ويضيف إحلال السيليكات محل الفوسفات إجهاداً إضافياً. مادة تحمل هذه العناصر على سطحها فقط لم تكن لتُظهر ذلك.
5. بيانات إطلاق الأيونات #
جميع الرسوم أدناه مستخرجة من جداول الدراسة نفسها، وهي رسوم أصلية أُعيد بناؤها من الأرقام، لا نسخاً عن أشكال البحث المنشور.
5.1 الإطلاق التراكمي في سائل الجسم المحاكي خلال 28 يوماً #
إجماليات اليوم 28: Ca²⁺ 72.6 ± 2.5 mg/L · Si 10.8 ± 0.7 mg/L · Mg²⁺ 9.2 ± 0.8 mg/L · Zn²⁺ 3.6 ± 0.3 mg/L. الشروط: 100 mg مسحوق في 50 mL من SBF (وفق Kokubo و Takadama)، 37 °C، هزّاز مداري 120 rpm، ترشيح 0.22 µm، قياس بـ ICP-OES، n = 3.
5.2 الإطلاق استجابةً لتغيّر الحموضة، اليوم السابع #
مقارنةً بـ pH 7.4: الزنك +37.5% والكالسيوم +31.2% عند pH 5.5؛ والزنك −15.3% والكالسيوم −9.5% عند pH 8.0. الشروط: 20 mg مسحوق في 10 mL محلول موقٍ، بقوة أيونية ثابتة (0.15 M NaCl)، 37 °C، عيّنات في الأيام 1 و3 و7، n = 3 لكل قيمة pH.
هذه مقارنة ساكنة بين أربع قيم للحموضة، وليست تتبّعاً زمنياً لنظام يعود إلى نقطة ضبطه. القياس يُظهر تغيّر معدل الإطلاق بتغيّر حموضة الوسط؛ ولا يُظهر أن المادة ترصد انحرافاً ثم تصحّحه.
6. التوافق الحيوي #
الخط الخلوي MG-63 (ATCC CRL-1427)، بانيات عظم بشرية. وسط DMEM مع 10 % FBS، 37 °C، 5 % CO₂. حُضّرت المستخلصات وفق ISO 10993-12:2021. اختبار MTT، امتصاصية عند 570 nm مقابل مرجع 570/650 nm. ثلاث مكررات حيوية مستقلة، وثلاث مكررات تقنية لكل منها. التصنيف وفق ISO 10993-5: غير سام ≥ 80 %، سمية خفيفة 70–79 %، سمية متوسطة 50–69 %، سام < 50 %.
6.1 حيوية الخلايا مقابل تركيز المستخلص #
6.2 منحني الجرعة-الاستجابة للتعليق المباشر #
| المعامل | Mg/Si/Zn-HAp | HAp نقي |
|---|---|---|
| IC₅₀ عند 72 h | 3.8 ± 0.2 mg/mL | 2.5 ± 0.3 mg/mL |
| الحيوية، مستخلصات مخففة (≤25 % v/v) | ≥ 95 % عند 24 و48 و72 h | — |
| الحيوية، تعليق مباشر ≤ 1 mg/mL | ≥ 92 % في كل الأزمنة | — |
| التصنيف، مستخلص ≤ 50 % v/v | غير سام (ISO 10993-5) | غير سام |
يعرض الرسم 6.2 المادة المطعّمة وحدها. أما مقارنة الدراسة مع HAp النقي فهي ثلاثية قيم (24/48/72 h) دون تركيز مذكور، ولذلك لا يصح رسمها كمنحني جرعة-استجابة؛ وقيمة IC₅₀ الخاصة بها مذكورة في الجدول أعلاه بدلاً من ذلك.
7. الفعالية ضد الجراثيم #
انتشار قرصي (أقراص 6 mm، 20 µL من تعليق 100 mg/mL) وتحديد التركيز المثبط الأدنى بالتمديد الآغاري وفق CLSI، على آغار Mueller-Hinton، 37 °C، 24 h، لقاح بمعيار 0.5 McFarland (~1.5 × 10⁸ CFU/mL)، n = 3.
| المعامل | Staphylococcus aureus ATCC 6538 | Escherichia coli ATCC 8739 |
|---|---|---|
| قطر هالة التثبيط، Mg/Si/Zn-HAp بتركيز 100 mg/mL | 12.5 ± 0.8 mm | 10.2 ± 0.6 mm |
| قطر هالة التثبيط، جنتاميسين 30 µg | 24.3 ± 1.2 mm | 22.7 ± 1.0 mm |
| التركيز المثبط الأدنى (MIC) | 1.5 mg/mL | 2.0 mg/mL |
فعالية المادة تقارب نصف فعالية الجنتاميسين بدلالة قطر الهالة. هي ليست بديلاً عن الصادات الحيوية؛ وأهميتها أن الدعامة البنيوية تحمل مقاومة ذاتية لاستيطان الجراثيم في موضع الزرع، حيث تكون التراكيز الموضعية أعلى بكثير من الجهازية.
8. خصائص الدعامة ثلاثية الأبعاد #
| المعامل | القيمة |
|---|---|
| طريقة التصنيع | غير مباشرة — قالب PLA مطبوع ثلاثي الأبعاد مُضحّى به |
| الشكل الهندسي | نصف أسطوانة مجوّفة، تحاكي قناة نقي العظم |
| القطر الخارجي | 15 mm |
| القطر الداخلي | 8 mm |
| الطول | 30 mm |
| نسبة المادة الصلبة في المعلّق | 60 % Mg/Si/Zn-HAp |
| نظام الرابط (Binder) | بولي إيثيلين غليكول + بولي فينيل الكحول، مع ميثيل سللوز مانعاً للترسيب |
| المرحلة 1 — التجفيف | 120 °C لمدة 48 h |
| المرحلة 2 — حرق المواد العضوية | 600 °C |
| المرحلة 3 — التلبيد | 1200 °C لمدة 2 h |
| الكثافة الظاهرية ρ_bulk | 1.09 ± 0.03 g/cm³ |
| الكثافة الحقيقية ρ_true | 3.12 ± 0.05 g/cm³ |
| المسامية (بمقياس الهليوم) | 65 ± 3 % مترابطة |
| مقاومة الانضغاط | 18 ± 2 MPa |
| الاستخدام المذكور | ترميمي في العيوب العظمية غير الحاملة للأثقال |
حرق المواد العضوية والتلبيد مرحلتان منفصلتان عند درجتي حرارة مختلفتين. تخرج المواد العضوية عند 600 °C، ويحدث التكثيف بعد ذلك عند 1200 °C. دمج المرحلتين خطأ شائع في القراءة، وتتناول صفحة التصنيع سبب أهمية التمييز بينهما.
للمقارنة، تبلغ مقاومة العظم الإسفنجي البشري نحو 2–12 MPa انضغاطاً (Budharaju وزملاؤه، 2023).
9. الأجهزة المستخدمة #
| القياس | الجهاز |
|---|---|
| حيود الأشعة السينية | Bruker D8 Advance، Cu Kα (λ = 1.5406 Å)، 40 kV / 40 mA، 2θ من 10 إلى 60° |
| الطيف تحت الأحمر | Thermo Scientific Nicolet iS50، 400–4000 cm⁻¹، أقراص KBr |
| مجهر القوة الذرية | NanoSurf FlexAFM، نمط التماس الديناميكي، ذراع Tap190Al-G (190 kHz، 48 N/m) |
| قياس الأيونات | PerkinElmer Optima 8300 ICP-OES، تمديد 1:10 في 2 % HNO₃، R² > 0.999 |
| الامتصاصية | Molecular Devices SpectraMax iD5 |
| التفكيك بالأمواج فوق الصوتية | Branson Sonifier 250، 40 kHz، 15 min |
| المعالجة الإحصائية | GraphPad Prism 10.1.0؛ تحليل تباين أحادي مع اختبار Tukey؛ حساب IC₅₀ بانحدار لوجستي غير خطي |
10. حدود الدراسة #
الدراسة صريحة فيما لا تثبته. ونُثبته هنا لأن ورقة بيانات تُسقط الحدود ليست ورقة بيانات.
- اقتصر التقييم الحيوي على خط خلوي واحد (MG-63) في الزجاج، دون تقييم للتمايز العظمي أو للتفاعلات الخلوية الأعقد.
- قيس إطلاق الأيونات في أنظمة مغلقة لا تحاكي ديناميكا السوائل الفيزيولوجية في الجسم الحي.
- اقتصر التقييم الميكانيكي على الانضغاط الساكن — دون اختبارات كلال أو تحميل دوري.
- شمل الاختبار الجرثومي سلالتين مخبريتين قياسيتين فقط، دون عزلات سريرية أو مقاومة.
- تتأثر خصائص الدعامة جزئياً بطريقة الطباعة غير المباشرة نفسها.
- لا يوجد أي عمل في الجسم الحي: لا توزّع حيوي، ولا سمية جهازية، ولا تشكّل عظم.
أما الخطوات التالية التي توصي بها الدراسة نفسها فهي: نماذج حيوانية في الجسم الحي، وتقييم ميكانيكي حيوي تحت التحميل الدوري، وتحميل الدعامة بعوامل النمو، وتحسين نسب التطعيم.
11. مسرد المصطلحات (عربي — إنكليزي) #
المفردات العربية في علم المواد الحيوية والتصنيع المضاف ما تزال غير مستقرة، وتختلف من مرجع إلى آخر. هذا المسرد يثبّت المقابلات المستخدمة في هذا الموقع.
| المصطلح بالعربية | English | التعريف |
|---|---|---|
| هيدروكسي أباتيت | Hydroxyapatite (HAp) | المعدن الذي يشكّل الجزء الصلب من العظم، ويُحضَّر صناعياً |
| التطعيم الأيوني | Ion Doping | إحلال أيونات غريبة محل أيونات أصلية في الشبكة البلورية |
| الشبكة البلورية | Crystal Lattice | الترتيب الدوري المنتظم للذرات في المادة الصلبة |
| ثوابت الشبكة | Lattice Parameters | أبعاد خلية الوحدة البلورية (a وc هنا) |
| حيود الأشعة السينية | X-ray Diffraction (XRD) | تقنية لتحديد الأطوار البلورية وحجم البلورات |
| التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء | Fourier Transform Infrared (FT-IR) | تقنية للتعرّف على الزمر الوظيفية والروابط الكيميائية |
| مجهر القوة الذرية | Atomic Force Microscopy (AFM) | تصوير السطح ذرياً وقياس خشونته |
| سائل الجسم المحاكي | Simulated Body Fluid (SBF) | محلول تركيبه الأيوني يقارب بلازما الدم البشري |
| حركية الإطلاق | Release Kinetics | معدل خروج الأيونات من المادة مع الزمن |
| إطلاق ثنائي الطور | Biphasic Release | إطلاق سريع أولي يتبعه إطلاق بطيء مستدام |
| السمية الخلوية | Cytotoxicity | قدرة المادة على إيذاء الخلايا الحية |
| التركيز المثبط النصفي | Half-maximal Inhibitory Concentration (IC₅₀) | التركيز الذي يخفض حيوية الخلايا إلى النصف |
| التركيز المثبط الأدنى | Minimum Inhibitory Concentration (MIC) | أدنى تركيز يمنع نمو الجراثيم المرئي |
| هالة التثبيط | Inhibition Zone | قطر المنطقة الخالية من نمو الجراثيم حول القرص |
| بانيات العظم | Osteoblasts | الخلايا المسؤولة عن تشكيل النسيج العظمي |
| التوافق الحيوي | Biocompatibility | قبول الجسم للمادة دون استجابة ضارة |
| الدعامة العظمية | Bone Scaffold | بنية مسامية تدعم نمو العظم الجديد داخلها |
| المسامية المترابطة | Interconnected Porosity | مسام متصلة ببعضها تسمح بمرور الخلايا والمغذيات |
| مقاومة الانضغاط | Compressive Strength | أقصى إجهاد ضغط تتحمله المادة قبل الانهيار |
| معامل يونغ | Young’s Modulus | مقياس صلابة المادة ومقاومتها للتشوه المرن |
| العظم الإسفنجي | Cancellous / Trabecular Bone | العظم المسامي الداخلي، أقل كثافة من القشري |
| التلبيد | Sintering | تكثيف المسحوق الخزفي بالحرارة دون بلوغ الانصهار |
| حرق المواد العضوية | Debinding / Burnout | إزالة الرابط البوليمري حرارياً قبل التلبيد |
| انكماش التلبيد | Sintering Shrinkage | نقص الأبعاد المرافق للتكثيف الحراري |
| الطباعة غير المباشرة | Indirect 3D Printing | طباعة قالب سالب ثم صبّ المادة فيه |
| القالب المُضحّى به | Sacrificial Mould | قالب يُزال لاحقاً بالحرق أو الإذابة |
| الكتابة الحبرية المباشرة | Direct Ink Writing (DIW) | بثق معجون سيراميكي لزج طبقة تلو أخرى |
| الغزل الكهربائي | Electrospinning | إنتاج ألياف نانوية بتطبيق جهد كهربائي عالٍ |
| تولّد الأوعية | Angiogenesis | تشكّل أوعية دموية جديدة |
| تكوّن العظم | Osteogenesis | تشكّل نسيج عظمي جديد |
| أنواع الأكسجين الفعالة | Reactive Oxygen Species (ROS) | جزيئات أكسجين نشطة تُتلف الأغشية الجرثومية |
