بخشی از مقاله
تهيه لعاب دنداني نانو آپاتيت - کاناسيتي
چکيده :
بمنظور رفع مشکلات و نواقص زيرپايه هاي دنداني اغلب از لعاب هاي دنداني که داراي خواص مناسب هـستند اسـتفاده مي شود. کاناسيت يک سيليکات زنجيره اي چندجزئي قابل استفاده در کاربردهاي زيستي است . اين شيشه سـراميک در سيستم KO-NaO-CaO-CaF٢٢٢-SiO٢ قرار دارد که کريستال هاي تيغه اي شکل کاناسيت ، خواص منحصر به فرد آن را ايجاد مي کنند. هدف از اين تحقيق دستيابي به لعابي با خواص بهينه کاناسيت در کنار نانوذرات آپاتيت بـا دمـاي پخـت پايين مي باشد. با افزودن PO٢٥ و BO٢٣ به اين سيستم ، لعاب شيشه سراميک موردنظر تهيه شد. براي رسـيدن بـه ايـن منظور پنج دماي متفاوت براي عمليات زينترينگ با توجه به آناليز حرارتي DTA، در نظـر گرفتـه شـد تـا بـا توجـه بـه ترکيبات متفاوت و انقباض پخت نمونه ها در آن دماها، دماي مناسب لعابي شدن بـراي هـر ترکيـب بدسـت آيـد. بـراي تعيين فازهاي بلوري ، ريزساختار و مورفولوژي آنها از پراش پرتو x و ميکروسکوپ الکتروني SEM استفاده شـد. بـا افزودن PO٢٥ تيغه هاي کاناسيت ريز شده و سيستم نانوسايز را ايجاد کرده است . در اين پژوهش لعاب تهيه شده با %٢ اکسيدفسفر با دماي بهينه زينترينگ C°٩٨٠ ترکيب مناسب براي تهيه لعاب نانوآپاتيت - کاناسيتي مي باشد.
١- مقدمه
به دليل شباهت مواد موجود در ساختار شيشه ها و شيشه سراميک ها با مواد موجود در بدن ، جايگزين مناسبي براي فلزات و پليمرهاي مورد استفاده در بدن مي باشند. يکي از مهمترين کاربردهاي آنها در ساخت ايمپلنـت هـاي دنـداني است [١]. بيشتر زيرپايه هاي سراميکي دنداني داراي تخلخل و جذب آب زياد، مقاومت شيميايي نامناسب و در برخـي موارد داراي خواص مکانيکي ضعيف از جمله سختي و مقاومت به سايش کم و ظاهر نامناسب هستند[١,٢]. بمنظـور رفع اين مشکلات اغلب از لعاب هاي دنداني که داراي خواص بهينه ماننـد مقاومـت شـيميايي ، سـختي و مقاومـت بـه سايش بالا و همچنين خواص آنتي باکتريال هستند، استفاده مي شود. لعاب دنداني مناسب بايد علاوه بر کاهش دماي پخت مقرون به صرفه نيز باشد. اعمال لعاب علاوه بـر پوشـاندن نـواقص مربـوط بـه زيرپايـه ، بـه زيبـاتر شـدن و درخشندگي ظاهر دندان نيز کمک خواهـد کـرد[٣]. هـدف از انجـام ايـن پـژوهش ، تهيـه لعـابي بـا خـواص بهينـه در کاربردهاي دنداني بر پايه شيشه سراميک نانوآپاتيت - کاناسيتي مي باشد. به دليل دارا بودن مقادير زياد مواد قليايي و قليايي خاکي در ترکيب اين شيشه با افزودن درصد مناسب افزودني هاي لازم ، لعاب مـذکور حاصـل خواهـد شـد.
آنتي باکتريال شدن محيط دهان با حضور فلوئور در ترکيب اين شيشه سراميک حاصل مي شود و با تبلور بلورهاي آپاتيت به صورت نانوسايز،علاوه بر زيست سازگار شدن به بهبود خواص اين لعاب کمک خواهدکرد.
٢- مروري بر منابع مطالعاتي
يک شيشه سراميک ايده آل براي کاربردهاي زيست پزشکي ، بايد خواص مکانيکي خـوب ، قابليـت شـکل پـذيري بـه اشکال پيچيده ، داراي خاصيت جوانه زني حجمي و زيست سـازگار باشـد[٣,٤]. يـک گـروه خيلـي خـوب از شيـشه سراميک ها، سيليکات هاي زنجيره اي هستند. سيليکات هاي زنجيره اي ، کريستال هاي چندجزئي هستند که زنجيره هاي چندتايي يا تک اتصال تتراهدرال تشکيل يک ساختار مـستحکم و مقـاوم را مـي دهنـد[٥]. يـک سـيليکات زنجيـره اي چندجزئي مناسب در کاربردهاي زيستي کاناسيت است . ترکيب استوکيومتري ايـن شيـشـه کاربــردهاي مناسـبي نداشته اما ترکيبات اصلاح شده خواص خوبي از خود نشان داده اند[٨-٦]. جوانه زنـي داخلــي از طــريق جــدايش کريستال هاي CaF٢ و رشد دايره اي (محيطي ) کاناسيت روي اين جوانه هاسـت . کاناسـيت (CaNaKSiOF٥٤٢١٢٣٠٤) يـک ساختـار کـريسـتالي شـامل تيغـه هاي با نـفـوذ داخلـي دارد که تافنس شکست (MPa m١٢ ٥<) و استحکام خمـشي (MP ٣٠٠<) آن را نسبتا بالا مي برد[٩]. آپاتيت و بيوشيشه ها زيـست سـازگاري و قابليـت اسـتخوان سـازي خـوبي دارند و به طور وسيعي براي پوشش يا جايگزين استخوان به کاربرده شده اند. اما خـواص مکـانيکي شـان آنهـا را براي ساخت Devicها و کاربردهاي داراي بار نامناسب ساخته است [١]. شيشه سـراميک هـاي سـيليکات زنجيـره اي مثل شيشه سراميک هاي کاناسيتي جوانه زني آنها به صورت حجمي گزارش شده اسـت و داراي خـواص مکـانيکي خوبي مي باشند. متأسفانه ترکيبات کاناسيت در آزمايشات خاصيت زيست سازگاري و استخوان سازي ضـعيفي را نشان داده اند. قرار گرفتن آپاتيت در کنار کاناسيت ، پتانسيل زيست سازگاري و استخوان سازي شيـشه سـراميک کاناسيت را تقويت خواهد کرد[٣]. افزايش CaO و افزودن PO٢٥ به ترکيب استوکيومتري شيشه سراميک کاناسـيتي باعث تشکيل يک لايه آپاتيت بر روي کاناسيت شده که کمک به زيـست سـازگاري ايـن شيـشه مـي کنـد[٢]. جهـت رسيدن به اين هدف سيستم KO-NaO-CaO-CaF٢٢٢-SiO٢ براي تهيه اين شيشه سراميک در نظر گرفته شـده اسـت .
براي رسيدن به بلورهاي آپاتيت از PO٢٥ به عنوان افزودني و عامل جوانه زا با درصدهاي متفاوت استفاده شد[٧,٨].
افزودن BO٢٣ بعنوان يک شبکه ساز براي تهيه لعاب و همچنين به منظور پايين آوردن دماي تهيـه لعـاب بـه ميـزان مناسب الزامي مي باشد. با رعايت نسبت مولي ٠٥≥BO٢٣/SiO٢ بيان شـده بـراي تهيـه لعـاب ، درصـد مناسـب BO٢٣ تعيين گرديد. بمنظور کنترل بهتر فرآيند سراميکي شدن از عمليات زينترينگ شيشه استفاده شده است .
٣-فعاليت هاي تجربي
پس از تعيين فرمولاسيون مناسب گزارش شده در منابع [٨-٦]، ٤ ترکيب مختلف مورد بررسي قرار گرفت (جـدول ١).
مواد اوليه با يکديگر به خوبي مخلوط شده و در دماي C°١٤٥٠ در کوره الکتريکـي بـا سـرعت C/min°٥ بـه مـدت ٣ ساعت ذوب شد[٨] و مذاب شيشه در آب مقطر سريع سرد شده و فريت حاصله در فـست ميـل بـه مـدت ٣٠ دقيقـه آسياب گرديد و به دانه بندي حدود μm٣٨ رسيد. سپس با افزودن درصد مناسـب رطوبـت و چـسب توسـط پـرس ، قرص هايي با قطر، cm٠٥×٠٥و cm٠٥×١ تهيه شده و پس از خشک شدن تحت عمليات زينترينگ قرار گرفتند.
به منظور بدست آوردن دماي بهينه زينتر لعاب هاي مذکور و همچنين اثرات دما بر نحوه پخت لعاب ، از انقبـاض پخت و توسط آناليز حرارتي DTA، دماي تبلور با تغيير ترکيب تعيين شد. از XRD براي شناسايي تبلور فازهاي متفاوت استفاده شد. از SEM براي سنجيدن مورفولوژي و يا نانوسايز بودن فازهاي حاصله استفاده شد.
٤- نتايج و بحث
همانطور که در شکل ١ مشاهده مي شود در مراحل ابتدايي ذوب و زينترينگ ترکيب حاوي %٦ اکسيد فسفر، تبلـور بلورهاي آپاتيت مانع از تبلور کاناسيت شده و دماي لعابي شدن آن به بالاي C°١٢٠٠ رسيد و نه تنها قرص ها بـه حالت لعابي تبديل نگشته بلکه با افزايش بيشتر دما، قرص ها دفرمه گشت . چنين استنباط شد کـه افـزايش بـيش از حد اکسيد فسفر به دليل بالاتر بودن استحکام اتصالات اين اکـسيد و تبلـور زودهنگـام در فريـت حاصـله موجـب ديرگداز شدن اين ترکيب گشته به همين دليل از ادامه تحقيق بر روي اين ترکيب صرفه نظر گشت .
شکل ٢، الگوهاي حاصل از آناليز DTA فريت شيشه ها را نشان مي دهد. با توجه به اين منحني ، ٥ دماي متفـاوت براي هر ترکيب به منظور تعيين Tg، تبلور فازهاي احتمالي و دماي ليکويدوس مشخص شد. نتـايج بدسـت آمـده در مقايسه با شيشه پايه نشان داده که افزودن BO٢٣، کاهش دماي ليکويدوس و انتقال پيک ها به سمت راسـت را دربر داشته که نشان دهنده ي کاهش دماي زينتـر مـي باشـد. BO٢٣ در کنـار اکـسيدهاي ديگـر ماننـد KO,NaO٢٢، گدازآوري آنها را تشديد مي کند. همچنين در حضور PO٢٥ دماي تبلور و دماي ليکويدوس و شدت پيک هاي تبلور کاهش يافته که نشان دهنده کاهش دماي زينترينگ و بهبود لعابي شدن شيشه هاي مذکور است .
با توجه به نتايج بدست آمـده از منحنـي DTA، نمونـه هـا در ٥ دمـاي C°٥٧٠، C°٦٧٠، C°٧٧٠، C°٩٣٠ و C°٩٨٠ تحت عمليات زينترينگ قرار گرفتند. اشکال ٣، ٤ و ٥، نحوه تغييرات انقباض خطي نمونه ها را برحسب دماي پخت نشان مي دهد. همانطور که مشاهده مي شود G١ و G٢ تا دماي C°٩٥٠ انقباض کمي داشته و از دمـاي C°٩٥٠ تـا دماي C°١٠٥٠ بيشترين انقباض خطي را داشته اند. اما G٣ تا حدود دماي C°١١٠٠ انقباض کمي داشته و از دماي C°١١٠٠ تا C°١٢٥٠ بيشترين انقباض خطي را دارد. هرچه درصد انقباض خطي در دماي پايين تر بيشتر باشـد، بيانگر اين است که زينترينگ در دماي کمتري به حد بهينه خود رسيده است که مناسب تر مي باشد.
