بخشی از مقاله
تاثير زمان سنتز بر روي سنتز نانو ذرات هيدروکسي آپاتيت با مورفولوژي ميله اي شکل (rod-like) به روش هيدروترمال
چکيده :
در اين تحقيق مي توان نانو ميله هاي هيدروکسي آپاتيت (HAp) به روش هيـدروترمال و بـا اسـتفاده از مکانيزم اتصال جهت دار (Oriented Attachment) تهيه کرد. ترکيب فازي ، مورفولوژي ، ساختار، اندازه ذرات و تغييــرات شــيميايي پــودر بــا اســتفاده از آنــاليز پــراش اشــعه ايکــس (XRD)، ميکروسکـــوپ الکترونـي روبشـي (SEM)، ميکروسـکوپ الکترونـي عــبوري (TEM)، طيــف سنجــي مــادون قرمــز (FT-IR) مورد بررسي قرارگرفت . الگوي آناليز XRD نشان مـي دهـد، بـا افـزايش زمـان سـنتز، شـدت پيک هاي هيدروکسي آپاتيت افزايش و باعث افزايش بلورينگي و تبديل کامل مواد اوليه به ذرات HAp با مورفولوژي ميله اي شکل مي شـود. آنـاليز TEM و SEM، وجــود نـانو ذرات هيـدروکـسـي آپاتيـت بـا مـورفـولـوژي ميله اي شکــل بــا قـطــر بيــن ٨٠-٥٠ نـانـومتــر و طــول بيــن μm ١-٠/٥ را نـشان مي دهد. نتايج آناليز FT-IR تشکيل ذرات HAp را با توجه به پيوندهـاي تـشکيل شـده ٣-PO٤،OH- را تاييد کرد.
١- مقدمه و مرور منابع مطالعاتي
هيدروکسي آپاتيت (HAp) با فرمول شيميايي ٢(OH)٦(PO٤)Ca١٠ بطور گسترده در پزشکي و دنـدان پزشـکي بـراي ترميم بافت استخوان و تهيه ايمپلنت استفاده مي شود[٢و١]. از خواص مهم هيدروکسي آپاتيت ، زيست سـازگاري عالي آن مي باشد. روش سنتز هيدروترمال براي تهيه پودر هيدروکسي آپاتيت با بلورينگي بالا،همگن در اندازه و شکل ، همچنين ترکيب کنترل شده ، بهترين روش مي باشد[٣]. نانو ذرات هيدروکـسي آپاتيـت بـه دليـل دارا بـودن تفاوت در اندازه دانه ، اندازه تخلخل ، خيس شوندگي و غيره ، مي تواند واکنش هاي نظيـر جـذب و زيـست فعـالي را بهبود سازد. از نانو ميله هاي HAp براي توليد بيوسراميک هاي متـراکم بـا خـواص مکـانيکي عـالي و بـه عنـوان افزودني براي افزايش استحکام براي نانو کامپوزيت هاي زيست سازگار استفاده مي شـود در روش هيـدروترمال مواد اوليه مناسب را در درجه حرارت هاي (C°٢٥<T) و فشارهاي (KPa١٠٠<P) در محـيط آبـي قـرار مـي دهنـد.
شکل گيري ذرات هيدروکسي آپاتيت در نتيجه انحلال و رسوب دهي مي باشد[٤]. اين روش به پارامترهاي زيـادي از قبيل فشار، pH، دما، غلظت و نسبت Ca/P مواد اوليه بـستگي دارد. بررسـي هـاي زيـادي روي سـنتز HAp بـا مورفولوژي ميله اي (rod-like) و اليافي (fibrous) انجام گرفته است [٥]. ليو و همکارانش ضمن آزمايش ها بـه ايـن نتيجه رسيدند که دما و pH براي سنتز HAp با مورفولوژي دلخواه ضروري مي باشد. pH روي ميزان بلـورينگي شدن ، نسبت طول به قطر و اندازه ذرات تـاثير دارد[٦]. يوشـيمور و همکـارانش تـاثير غلظـت مـواد اوليـه را در ٤٤٦ شرايط هيدروترمال براي تهيه پودر هيدروکسي آپاتيت بررسي کردند، آنها بـه ايـن نتيجـه رسـيدند کـه افـزايش غلظت مواد اوليه باعث بزرگتر شدن دانه ها مي شـود[٧]. ناگاتـا و همکـارانش موفـق شـدند کريـستال هـاي HAp صفحه اي شکل را با روش هيدروترمال بدست آورند [٨]. واکنش انجام شده در اين آزمايش عبارت است از:
براي رسيدن به نسبت استوکيومتري مولي ١٦٧=Ca/P از منبع کربناتي ٢(Ca)OH و منبـع فـسفاتي HPO٣٤ و يـک راکتور (Autoclave) استفاده شده است . ساير شرايط آزمايش ثابت نگه داشته شد. محلول هاي تهيه شده توسـط يک ظرف تفلون ١٥٠ ميلي ليتري داخل اتوکلاو گذاشته شد، پس از زمان هاي مـذکور و تـشکيل رسـوب ، بوسـيله آب مقطر چندين مرتبه شستشو و سپس در دماي ٦٠ درجه سانتيگراد خشک گرديد. شکل ١ مراحل ساخت نانو ذرات هيدروکسي آپاتيت را به روش هيدروترمال نشان مي دهد.
٢- فعاليت هاي تجربي
براي تهيه هيدروکسي آپاتيت ، با نسبت مولي Ca/p برابر بـا ١/٦٧، محلـول ٠/٥ مـولار هيدروکـسيد کلـسيم (Merck) را با حل کردن ١/٨٥گرم ٢(Ca)OH در ٥٠ ميلي ليتر آب مقطـر دو بـار تقطيـر شـده و محلـول ٠/٣ مولار اسيد فسفريک (% ٨٥ Merck) با حل کردن ١/٧٢ گرم HPO٣٤ در ٥٠ ميلي ليتر آب مقطر، تهيه شد. pH هر يک از محلول ها اندازه گيري شد. براي تهيه پودر هيدروکسي آپاتيت ، محلول اسيد فسفريک ساخته شده در زير همزن مغناطيسي قطره قطره بر روي محلول هيدروکسيد کلـسيم ٠/٥ مـولار اضـافه گرديـد. بـراي تنظيم pH از محلول هاي اسيد استيک و هيدروکسيد پتاسيم (Merck) استفاده شد. در نهايت محلول نهايي با pH برابر ٧ بدست آمد. محلول ها قبل از انتقال به اتـوکلاو (Autoclave, Clave, ModelD٣٠) بـه درون ظـرف تفلون (Teflon, PTFE) با حجم ١٥٠ ميلي ليتر انتقال داده شدند. سنتز نمونه ها در شرايط هيـدروترمال درون اتوکلاو در دماي oC١٩٥، فشار ثابت ١٥ بار و در زمان هاي ١، ٣، ٥ و ١٠ ساعت انجام شد. سپس نمونه هـا را پس از مدت زمان ذکر شده و رسيدن به دمـاي محـيط از اتـوکلاو خـارج کـرده و pH نمونـه هـا توسـط دستگاه pH سنج (pH-Meter, Metrom, Model٦٣٢) اندازه گيري شد. پـس از آن بـر روي آنهـا آزمـايش هـاي
مختلف دستگاهي انجام شد.
٣-نتايج و بحث
مقايسه الگوهاي پراش اشعه ايکس با دستگاه (XRD, Philips, Expert-pro, cu kα) انجام شد. شکل ٢ الگوي پراش اشـعه ايکس براي نمونه حاصل از HPO٣٤-٢(Ca)OH در زمان هاي ١، ٣، ٥ و ١٠ ساعت را نشان مي دهد. بررسي کـارت XRD به شماره (٤٣٢-٠٩.JCPDS Card no) و کارت هاي ديگر نشان مي دهد با افزايش زمان سنتز، فاز HAp ايجاد مي شود. در زمان سنتز ١ ساعت فاز هيدروکسي آپاتيت به همراه فـاز منوتايـت تـشکيل شـده اسـت . در زمـان سـنتز ١٠ سـاعت ، واکنش هيدورترمال به طور کامل انجام شده و شدت پيک ها و تيز بودن (sharp) آنهـا نـشان دهنـده آن اسـت کـه فـاز هيدروکسي آپاتيت کاملا کريستاله و بصورت تک فاز و بدون هيچگونه ناخالصي در نمونه مي باشد.
شکل ٢- الگوي پراش XRD نمونه سنتز شده حاصل از HPO٣٤-٢(Ca)OH در زمان هاي : الف ) h١، ب) h٣، ج) h٥ د)h١٠ شکل ٣ تصاوير SEM حاصل از واکنش HPO٣٤ و CaCO٣ در زمان هاي ١ و ١٠ ساعت را نشان مي دهد. بررسـي تصاوير نشان مي دهد، در زمان هاي سنتز ١ ساعت در مقياس ماکروسکوپي ، شکل هيدروکسي آپاتيـت بـه شـکل اگلومره هاي توده اي و در مقياس ميکروسکوپي به صورت سوزني (needle-like) است . بـا افـزايش زمـان سـنتز بلورينگي بهتر و مورفولوژي شکل يکنواخت تري به خود مي گيرد. همانگونه که از شکل ٣(ب ) مشاهده مـي شـود، به نظر مي رسد، در زمان سنتز ١٠ ساعت حجم بيشتري از مواد پيش سازه به هيدروکسي آپاتيت تبديل شـده و همچنين بلورينگي ذرات بيشتر شده است .
