بخشی از مقاله
چکیده
شیشههای زیستفعال به علت قابلیت تشویق استخوانسازی، عدم ایجاد حساسیت و غیرسمی بودن، جایگزین مناسبی برای ترمیم نقصهای استخوانی و دندانی میباشند. هدف از پژوهش حاضر، سنتز شیشه زیستفعال و بررسی اثر عملیات حرارتی بر روی فازهای ایجاد شده در ساختار است. برای تحقق این هدف، شیشه زیست فعال سه جزئی 77S با ترکیب 77%SiO2-16%CaO-4%P2O5 انتخاب گردید و به روش سل-ژل سنتز شد. جهت بررسی خواص حرارتی و مطالعات فازی به ترتیب آزمایشهای STA و XRD انجام شد. تاثیر عملیات حرارتی بر روی فازهای ایجاد شده در نمونه، با انتخاب دماهای 450، 510، 590 و675 درجه سانتیگراد، بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیز STA، بررسی شد. ساختار فازی نمونه عملیات حرارتی شده در هر یک از دماهای ذکر شده، با انجام آزمایش XRD مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده از آنالیز فازی، گواه بر آمورف بودن نمونه سنتز شده بود و تنها فازهای ناپایدار کریستالی در ساختار حضور داشتند که با افزایش دما از بین رفتند. همچنین فازهای کریستالی کلسیم سیلیکات و کلسیم فسفات با افزایش دما در ساختار مشاهده شد.
واژگان کلیدی: شیشه زیستفعال، مهندسی بافت استخوان، سل-ژل، عملیات حرارتی.
مقدمه
ضایعات و صدمات وارده به بافت استخوان بخش مهمی از مشکلات مربوط به سلامتی انسانها را تشکیل میدهند و گرافتهای استخوانی1 یکی از انتخاب ها برای درمان این ضایعات است. بازسازی استخوان با گرافت دارای سابقهای طولانی در علوم پزشکی میباشد. در واقع پیوند استخوان روشی جهت جایگزین کردن استخوان از دست رفته در اثر عواملی همچون شکستگی است. از جمله موارد استفاده از پیوند استخوانی میتوان به شکستگیهای شدید، جوش نخوردن شکستگی، نقایص استخوانی مادرزادی، تومور و یا عفونت نام برد - . - Ngoc Hung,2012 شیشههای زیستفعال2 به دلیل توانایی تشکیل پیوند شیمیایی با بافت اطراف بسیار مورد توجه هستند. یکی از انواع شیشه-هایی که توانایی ایجاد پیوند با استخوان را دارند،
شیشههای بر پایه CaO-P2O5-SiO2 میباشد. در صورت قرار گرفتن شیشههای زیستفعال در محیط بیولوژیکی لایه هیدروکسی آپاتیت بر روی سطح آنها تشکیل میشود که این ویژگی در بسیاری از موارد بالینی که نیاز به تولید و ترمیم استخوان است میتواند کاربرد داشته باشد - Kokubo and Takadama,2006 - . - Nabian,2011 - فرایند سل-ژل3، یک روش شیمیایی تر برای جایگزینی روش ذوبی در سنتز شیشههای زیست فعال است. در این روش پیش مادههای مورد نیاز که عموما آلکوکسیدهای فلزی میباشد در محیط آبی یا الکلی حل شده و در نهایت به ژل تبدیل میشوند. پس از آن ژل را خشک نموده و جهت کلسینه شدن عملیات حرارت بر روی آن انجام میگیرد. - R.Ravarian and F.Moztarzadeh,2010 - در فرایند سل-ژل امکان تولید شیشه زیستفعال با سطح ویژه بالا وجود دارد که این عامل موجب افزایش نرخ استخوان-سازی و تجزیهپذیری شیشه زیستفعال میشود - . - Clark and L.L. Hench,1991
روش تحقیق مواد اولیه و فرایند تهیه
مواد اولیه مورد استفاده در این تحقیق شامل تترا اتیل اورتوسیلیکات - TEOS - به عنوان پیشساز اکسید سیلسیم با نشان تجاری مرک - 8.00658.1000 - 99% 4، تترا اتیل فسفات - TEP - پیشساز اکسید فسفر با نشان تجاری آلدریچ98% 5 - 122.52.1 - و کلسیم نیترات چهارآبه پیشساز اکسید کلسیم با نشان تجاری اپلیچم - 13477-34-4 - 98% 6 میباشد. همچنین از آب دی یونیزه و اتاتول به عنوان حلال و اسید نیتریک به عنوان کاتالیزور استفاده شد. برای تولید شیشه زیستفعال ابتدا باید سل پایدار از مواد اولیه تهیه کرد. برای این منظور ابتدا آب، اتاتول و اسید را در یک بشر ریخته شد و سپس TEOS ، TEP و کلسیم نیترات را با رعایت فاصله زمانی به محلول اضافه گردید و 3 ساعت هم زده شد تا در نهایت محلولی شفاف و پایدار به دست آمد. ژل شدگی در دما و زمان مطلوب ایجاد شد و پس از آن در دمای 120 درجه ژل بدست آمده خشک شد.
بررسی مشخصات و ویژگیها
به منظور مطالعه و ارزیابی رفتار حرارتی پودر، آنالیز حرارتی همزمان - STA - 7 بر روی پودر خشک شده با استفاده از دستگاه مدل باهر8 و با سرعت 10 درجه سانتیگراد بر دقیقه تا رسیدن به دمای 1000 درجه انجام گرفت. مطالعه ساختاری و فازی پودر شیشه پس از عملیات حرارتی با استفاده از پراش پرتو ایکس - XRD - 9 مدل زیمنس 10و طول موج اشعه ایکس مس - 11 برابر با 1.54056 آنگستروم - و ولتاژ 40 کیلوولت در محدوده - 10 2 80 - استفاده شد.
یافته ها بررسی رفتار حرارتی
شکل - 1 - نتیجه آزمون TG/DTA شیشه زیست فعال سنتز شده به روش سل-ژل را نشان می دهد. اولین پیک مشاهده شده در دمای 100-200 درجه سانتی گراد است که در این محدوده دما کاهش وزن حدود %10 مشاهده می شود، محتمل ترین واکنش، خروج آب می باشد. پیک دوم در محدوده 200-400 درجه سانتی گراد با کاهش وزن %8 همراه است را میتوان به خروج آب مولکولی باقی مانده و ترکیبات آلی مربوط دانست. در محدوده دمای 400-700 درجه سانتی گراد کاهش وزن %14 که متناظر با پیک گرماگیر 480 درجه سانتی گراد است مربوط به خروج نیترات ها از نمونه می باشد. با اتمام تجزیه حرارتی نیترات ها تغییرات جرم در نمونه به پایان می رسد و این به معنی پایان واکنش های حذفی است که در طی واکنش های حذفی حدود %30 کاهش وزن دیده می شود. با افزایش دما در 750 درجه سانتی گراد، پیک مشاهده شده به دلیل بلوری شدن ساختار است. با توجه به نمودار تحلیل حرارتی شیشه، دمای 560 درجه سانتی گراد را دمای شیشه ای شدن انتخاب می کنیم.
