بخشی از مقاله
بررسی تأثیر ضخامت پوشش بیوسرامیکی آلومینا-تیتانیا بر رفتار خوردگی و سازگاري
زیستی تیتانیوم
بیوسرامیکها به دو دسته کلی سرامیکهاي زیست خنثی و سـرامیک هـاي زیـست فعـال تقـسیم مـیشـوند. بیوسرامیکهایی نظیر آلومینا و تیتانیا زیست خنثی بوده و هیچ برهمکنشی با بافت میزبان ندارنـد. سـازگاري زیستی این نوع بیوسرامیکها در محیطهاي فیزیولوژیک در پژوهشها به اثبات رسـیده اسـت. از آنجـایی که براي داشتن هر دو خاصیت بارپـذیري و مقاومـت بـه خـوردگی از ایمپلنـت هـاي فلـزي بـا پوشـش هـاي بیوســرامیکی اســتفاده مــیشــود، در پــژوهش حاضــر ســعی شــد تــا رفتــار خــوردگی و ســازگاري زیــستی کاشتنیهاي فلزي از جنس تیتانیوم خالص تجارتی با پوشـش آلومینـا-تیتانیـا ارزیـابی و بـا رفتـار خـوردگی زیرلایه بدون پوشش مقایسه شود . تیتانیوم خالص تجارتی به عنوان زیرلایه انتخاب شـد و پوشـش آلومینـا– تیتانیا با ضـخامتهـاي 50 و 100 میکـرون بـا روش پاشـش شـعلهاي روي آن پوشـش داده شـد. از آزمـون میکروسکوپ الکترونی روبشی براي مشخصهیابی و ارزیابی پوشش و زیرلایه استفاده شد. رفتـار خـوردگی نمونهها با اجراي آزمونهاي الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در دو نوع محیط فیزیولوژي و در دماي 37 درجه سانتیگراد انجام شد. نتایج حاکی از تاثیر مثبت افـزایش ضـخامت پوشـش هـاي اعمـالی بـر رفتار خوردگی زیرلایه و کاهش چگالی جریان خوردگی آن داشت.
واژههاي کلیدي: بیوسرامیک، رفتار خوردگی، تیتانیوم خالص تجارتی، سازگاري زیستی، پوشش آلومینـا-
تیتانیا
مقدمه
بیومواد به انواع مختلف فلزات، پلیمرها، سرامیکها و کامپوزیتها تقسیم می شوند. بیومواد فلزي بیـشترین استفاده را در کاشتنیهاي تحت بار دارند. سرامیکهاعموماً به عنوان ماده ترمیمی در دندانپزشـکی کـاربرد دارند. البته بعضی خواص آنها مثل عدم انعطاف پذیري استفاده از آن ها را، محدود می کند.[1]
فلزات به طور گسترده اي به عنوان بیومواد استفاده می شوند زیرا استحکام و چقرمگی مناسـب دارنـد. اگـر چه بیشتر فلزات کاشتنی مورد استفاده (فولاد زنگ نزن، تیتانیوم و آلیاژهاي کبالت)موماًع زیـست سـازگار می باشند، گاهی بیماران به یونهایی که این فلزات آزاد می کننـد حـساسیت دارنـد. مـشکل اصـلی فلـزات، تولید ذرات ریز حاصل از سایش است که منجر به لق شدن و تخریب کاشتنی می شود.[1]
تیتانیوم معروف ترین بیومواد فلزي مورد استفاده در انواع کاربردهـاي زیـستی ـ پزشـکی اسـت. ایـن فلـز بـا حداقل میزان خوردگی در محیطهاي فیزیولوژیک و مناسب ترین مدول الاسـتیک، بهتـرین بیومـواد فلـزي براي کاربردهاي ارتوپدي و دندانی است2]و.[3
مشکل اساسی که تیتانیوم با آن مواجه است کم بودن میزان مقاومت سایشی آن در مقایسه بـا مقـادیر مـورد نیاز در کاربردهاي ارتوپدي و دندانی است. براي رفع این مشکل می تـوان از پوشـشهـاي بیوسـرامیکی بـر روي ایمپلنتهاي تیتانیومی استفاده نمود2]و.[3
بیوسرامیکها یا سرامیکهاي زیستی ـ پزشکی به دو دسته کلی سرامیکهاي زیست خنثی و سرامیک هـاي زیست فعال تقسیم می شوند. سرامیکهایی مانند هیدروکسی آپاتیت در طبقه بنـدي سـرامیک هـاي زیـست فعال قرار گرفته و سرامیک هایی نظیر آلومینـا و تیتانیـا در گـروه سـرامیک هـاي زیـست خنثـی بـوده و هـیچ برهمکنشی با بافت میزبان ندارند. سازگاري زیستی این سرامیکها کـه متـأثر از رفتـار خـوردگی آنهـا در محیطهاي فیزیولوژیک اسـت در پـژوهشهـاي دیگـر بـه اثبـات رسـیده اسـت [4] ولـی بـه ایـن دلیـل کـه سرامیکها ترد هستند نمی توان به صورت ایمپلنت از آنها اسـتفاده نمـود و در نتیجـه بـراي داشـتن هـر دو خاصیت بارپذیري و مقاومت به خوردگی عالی (سازگاري زیستی) از ایمپلنـتهـاي فلـزي بـا پوشـشهـاي بیوسرامیکی استفاده می شود.[5]
طی سالها تلاش شده تا بهبود رفتار خوردگی و ارتقاء سازگاري زیستی فلزات و آلیاژها با اسـتفاده از علـم و فن آوري مهندسی سطح و به کمک ایجاد پوشش بر سطح و یا از طریق عملیات اصـلاح سـازي سـطحی صــورت گیــرد. پوشــشهــاي مــورد اســتفاده بــراي ســطح فلــزات و آلیاژهــاي مــصرفی در بــدن عمــدتاً از بیوسرامیکها می باشند6]و.[7
در این راستا استفاده از پوششهاي بیو سرامیکی مثل پوشـشهـاي شیـشه زیـستی، کلـسیم فـسفات، تیتـانیم نایتراید، اکسید آلومینیم (آلومینا) ، زیرکونیا، تیتانیا، پوشش شبه الماسی کربن وکاربید سیلسیم مطرح شـده و تحت توجه و بررسی قرار گرفته است و گاهی نیز پوشش ویژه اي با مشخصات خاص معرفی شده اسـت.
در اکثر پژوهش هاي مذکور، زیر لایهعمدتاً از جنس تیتانیم و آلیاژهاي تیتانیم، آلیاژهاي پایه کبالت و یا از فولاد زنگ نزن بوده است. پوششهاي بیوسرامیکی به منظور اصلاح سطح کاشتنیهـاي بـدن بـر روي زیـر لایههاي فلزي مورد استفاده قرار می گیرند تا مقاومت خوردگی را افزایش دهند.[8]
پوششکاري پاشش شعله اي طی حدود هفتاد و پنج سال براي تهیه پوشـشهـاي فلـزي و مـدت چهـل سـال براي تهیه پوششهاي سرامیکی و شیشه اي به کار رفته است. پس براي ایجاد یک پوشـش بیوسـرامیکی بـر روي زیرلایه فلزي گزینه اي مناسب به نظر می رسد. در جائیکه دسترسی به سایر روشهاي مـدرن پوشـش دهی نیز با مشکلاتی همراه است. [9]
سازگاري زیستی یک آلیاژ فلزي با مقاومت خوردگی و نیـز سـازگاري زیـستی محـصولات خـوردگی آن آلیاژ ارتباط دارد. اطلاعات حاصل از پژوهشهاي به انجام رسیده دربارة خوردگی فلزات نشان می دهـد کـه تیتانیم و آلیاژهاي آن مقاومت خوردگی عالی دارند اما دقت و توجه کافی بایـد صـورت گیـرد تـا ترکیـب شیمیایی آنها بهینه گردد. آلیاژهاي بتاتیتانیمعموماً رفتار خوردگی مطلوبی نـشان مـی دهنـد. البتـه مقاومـت خوردگی این گروه از آلیاژها نیز به ترکیب آلیاژ و محیط خوردنده وابسته است. ولی استحکام پائین و عدم وجود مقاومت سایشی در این دسته از بیومواد باعث می شود تا به ایجاد پوشـشهـاي بیوسـرامیکی بـر روي آنها توجه ویژه اي شود9]و10و.[11
نتایج پژوهشهاي به انجام رسیده نـشانگر تـاثیر پوشـشهـاي بیوسـرامیکی بـر مقاومـت خـوردگی و مقـدار خوردگی تیتانیوم بوده است. مطالعات پژوهشگران نشان می دهد که یک لایـه از سـرامیک بـرروي سـطح کاشتنی فلزي، این توانایی را دارد که عملکرد کاشتنی را از نظر تثبیت کاشتنی، سایش و خوردگی اصـلاح نماید و آزمونهاي خوردگی پلاریزاسیون نشان داده است که در حضور پوشش مذکور، پتانسیل خوردگی افزایش و چگالی جریان خوردگی کاهش داشته است8]،7، 13و .[14
مواد و روشها
از تیتانیوم خالص تجارتی زیرلایههاي مورد نظر تهیه شد. به منظور آمـاده سـازي سـطح بـراي انجـام عملیـا پاشش، سطح زیر لایه تمیز شده و تحت شن پاشی قـرار گرفـت. سـپس بـر روي نیمـی از نمونـههـا پوشـش آلومینا ـ تیتانیا با ضخامت 50 میکرون و بر روي نیمی دیگـر پوشـشی بـه ضـخامت 100 میکـرون بـه روش پاشش حرارتی اعمال شد.
از آزمون پراش پرتـو ایکـس بـراي آنـالیز فـازي پـودر آلومینـا ـ تیتانیـا اسـتفاده شـد. میکروآنـالیز عنـصري پوشــشهــا بــا تکنیــک انــالیز توزیــع انــرژي پرتــو ایکــس(1(EDX تعیــین شــد. از میکروســکوپ الکترونــی
