مقاله تاثیر کامپوزیت کردن هیدروکسی آپاتیت طبیعی با شیشه سودالایم بر دانسیته و درصد تخلخل نمونه های ساخته شده

بخشی از مقاله

چكيده

هيدروكسي آپاتيت - - HAp يك ماده ي سراميكي زيست سازگار و زيست فعال است كه تحت عنوان يك بيوسراميك در بسياري از كاربردهاي پزشكي به كار گرفته مي شود؛ به دليل نامناسب بودن خواص مكانيكي اين ماده سراميكي به صورت خالص بخش وسيعي از تحقيقات بر روي كامپوزيت هاي حاوي آن انجام گرفته است. در اين تحقيق، پودر سفيد رنگ HAp به روش طبيعي و با سوزاندن استخوان و انجام دادن عمليات حرارتي بر روي خاكستر استخوان در دماي 850 C به مدت زمان ٢ ساعت بدست آمد.

دانسيته و درصد تخلخل كامپوزيت هاي HAp تقويت شده با نسبت هاي٥/٢،٥و١٠ درصد شيشه و سينتر شده در دماهاي 800 ، 850 و 900 C به روش ارشميدس محاسبه و كاهش دانسيته و افزايش درصد تخلخل با افزايش درصد شيشه مشاهده گرديد. نتايج XRD از كامپوزيت حاوي ١٠% شيشه نشان داد كه افزودن شيشه تغييري در تركيب شيميايي فاز زمينه ايجاد نمي كند و تصاوير حاصل از ميكروسكوپ الكتروني روبشي - SEM - نشان دهنده ي چگونگي ساختار نمونه هاي تف جوشي شده بودند.

١.مقدمه

فسفات كلسيم مي تواند به صورت نمك هاي هيدروكسي آپاتيت - HAp - و β − whitlockite متبلور شود.اين امر به نسبت  Ca ، حضور آب ، ناخالصي ها و دما وابسته است؛ در يك محيط تر و در دماهاي پايين تر از 900 C فرم HAp پايدار مي باشد.

هيدروكسي آپاتيت با فرمول شيميايي Ca10 - PO4 - 6 - OH - 2  به عنوان يك ماده ي سراميكي زيست سازگار و زيست فعال در بسياري از كاربردهاي پزشكي شامل پيوندها و جراحي هاي استخوان و دندان شناخته شده است؛ دليل آن شباهت شيميايي و ساختاري HAp به مينرال هاي موجود در استخوان و دندان مي باشد. هيدروكسي آپاتيت به صورت منشورهاي هگزاگونال با ثوابت شبكه  متبلور مي شود 

روش هاي گوناگوني جهت سنتز HAp شامل رسوب گذاري، هيدروليز و سنتز حرارتي وجود دارد. در ميان اين روش ها به نظر مي رسد كه تكنيك رسوب گذاري بيشتر مورد استفاده مي باشد. يكي از اين فرايندهاي رسوب گذاري جهت توليد HAp واكنش كلسيم نيترات با دي آمونيوم فسفات هيدروژن مي باشد: يكي ديگر از تكنيك هاي رسوب گذاري واكنش بين اسيد فسفريك و كلسيم هيدروكسيد مي باشد:

اين تكنيك نسبت به فرايند نشان داده شده در واكنش - ١ - ساده تر و يك روش مناسب جهت توليد صنعتي HAp مي باشد. فرايندهاي رسوب گذاري به پارامترهاي بسيار كنترل شده نظير تركيب، خلوص مواد واكنش دهنده، pH و دماي محلول آماده شده جهت توليد HAp با كيفيت بالا نيازمند است. يكي ديگر از فاكتورهاي بسيار مهم نسبت استوكيومتري PCa  مي باشد. علاوه بر روش هاي ذكر شده يك تكنيك مناسب براي توليد HAp مي تواند استخراج آن از منابع

طبيعي باشد. شماري از محققان كوشيده اند تا HAp را از مواد زيست شناختي استخراج كنند. مرجانها، پوست تخم مرغ، پوست تخم شتر مرغ جهت توليد هيدروكسي آپاتيت استفاده شده است. تركيب عمده ي يك پوست تخم مرغ كربنات كلسيم - ٤% - و فسفات كلسيم - ١% - مي باشد؛ همچنين داراي ٤% تركيبا ت آلي و ١% كربنات منيزيم مي باشد. فرايند ديگر براي توليد HAp و ديگر فسفات هاي كلسيم جهت كاربردهاي پزشكي، مي تواند استخراج آن از استخوان باشد.

مزيت اين فرايند حذف تمام مواد آلي استخوان و همچنين ممانعت اين ماده از انتقال بيماري هاي خطرناك مي باشد. اين تكنيك به طور حتم يك روش اقتصادي جهت توليد HAp استفاده شده به عنوان ايمپلنت دنداني و ارتوپدي مي باشد.

عيب عمده ي اين ماده ي سراميكي تردي بسيار بالاي آن مي باشد كه تحت تنش هاي فشاري قوي، اما تحت تنش هاي كششي و برشي بسيار ضعيف مي باشد.به دليل خواص مكانيكي ضعيف شكل خالص اين ماده، بخش عظيمي از تحقيقات بر روي كامپوزيت هاي حاوي آن انجام گرفته است. هدف از توسعه ي اين مواد دست يابي به تركيبي مناسب از خواص مي باشدكه هر كدام از مواد تشكيل دهنده ي آن به تنهايي داراي آن نمي باشند.[8] هدف اين پژوهش ارزيابي كامپوزيت كردن HAp با شيشه و تاثير آن بر دانسيته و درصد تخلخل نمونه هاي ساخته شده در سه دماي 800 ، 850 و 900 C بوده است.

٢.مواد و روش انجام آزمايش

١.٢.آماده سازي مواد اوليه

١.١.٢.هيدروكسي آپاتيت

ابتدا استخوان را به مدت زمان ٣ الي ٤ ساعت در آب جهت حذف بافت هاي نرم وچربي ها و مواد خارجي قابل رويت جوشانده؛ پس از آن با استفاده از مشعل گازي و اعمال مستقيم شعله بر روي استخوان تميز شده ، تركيبات آلي در اين مرحله سوزانده شد. محصول اين فرايند حرارتي به دليل سوختن تركيبات آلي مقداري زغال مي باشد؛ جهت حذف زغال

٢.٢.آماده سازي نمونه ها

٢.١.٢.پودر شيشه
پودر شيشه از آسياب نمودن شيشه سودالايم بدست آمد.اندازه دانه ي پودر شيشه پس از آسياب كردن آن به مدت يك ساعت و نيم با استفاده از دستگاه سنجش اندازه ذرات - - Dynamic Light Scattering Particle Size Analyser به ميزان 3.9m گزارش شد.آناليز شيشه ي مورد نظر در جدول ١ آورده شده است.
جدول ١

باقيمانده، پودر سياه بدست آمده در كوره در دماي به مدت زمان٢ ساعت قرار داده شد و در نهايت در داخل كوره سرد شد. نتيجه ي انجام اين فرايند تبديل پودر سياه به پودر سفيد بود. پس از توليد پودر HAp به مدت زمان يك ساعت و نيم در داخل آسياب گلوله اي آسياب شد و با استفاده از دستگاه اندازه گيري اندازه ذرات
اندازه دانه ي تقريبا 4m بدست آمد.

پودر HAp طبيعي با نسبت هاي ٥/٢،٥و ١٠ درصد از پودر شيشه ، با كمك روش Attrition مخلوط شد.پودرهاي HAp و كامپوزيت شيشه و HAp با فشار MPa٢٠٠ براي توليد نمونه هاي ديسكي شكل با قطر mm ٢٠و ارتفاع mm ٣ تحت عمليات پرس قرار گرفتند. نمونه هاي خام در كوره ، در سه دماي 800 ، 850 و 900 C با نرخ گرمايش min 5 C سينتر و در نهايت در كوره سرد شدند. سرانجام براي هر دما ٣ نمونه آماده شد. از آن جايي كه دماي انتقال به شيشه ي مورد نظ ر 755 C و ماكزيمم دماي  پايداري HAp، 900 C    مي باشد؛ دماهاي سينترينگ بين 800 تا 900 Cانتخاب شدند. 

آناليز پراش اشعه ي  x از كامپوزيت  حاوي  ١٠ % شيشه تف جوشي شده دردماي 900 C با 2θ  5 −100  توسط دستگاه D8 Advance با اشعه ي CuKαانجام شد. اندازه گيري هاي دانسيته و درصد تخلخل به كمك روش ارشميدس انجام شدند. تصاويرSEM نيز توسط دستگاه Cambridge S360 از نمونه ي ١٠% شيشه جهت آناليز ميكرو ساختاري آن بعد از آماده سازي نمونه گرفته شد.