بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ساخت و مشخصهیابی نانوکامپوزیتهای سیمان کلسیم آلومینات/نانوتیتانیا/نانولولهکربنی و خواص فیزیکی و آنتی باکتریال نمونههای نانوکامپوزیتی بررسی شد. ابتدا نمونههایی حاوی 0، 1، 3 و 5 درصد وزنی نانو تیتانیا با ابعاد مناسب از خمیر سیمانی تهیه شد و هیدراسیون این نمونهها تحت دمای 37 درجه سانتیگراد و دورهی ترمیم 3، 7و 28 انجام شد. سپس خواص فیزیکی نمونههای خمیر سیمانی حاوی افزودنی 0/5 ,0/25 و 0/75 درصد وزنی نانولولهکربنی بررسی شد و درصد بهینه افزودنی نانولولهکربنی اندازهگیری شد. نتایج نشان داد که افزودن 3 درصد وزنی نانوتیتانیا قادر به کنترل فرآیند هیدراسیون سیمان کلسیم آلومیناتی، اصلاح ساختار، بهبود خواص فیزیکی و خواص زیستی میشود.
افزودن 0/25 درصد وزنی نانولولهکربنی، باعث بهبود خواص فیزیکی شد. خاصیت آنتیباکتریال نمونه های دیسکی شکل سیمانی خام، سیمان3%/ نانوتیتانیا، سیمان0 /25% / نانولولهکربنی و سیمان همراه با دو افزودنی نانوتیتانیا و نانولولهکربنی در حضور باکتری های شاخص گرم مثبت استافیلوکوکوسارئوس و گرم منفی اشریشیاکولای بررسی شد، که میزان هاله عدم رشد برای هر دو نوع باکتری نسبت به نمونههای سیمان3 % / نانوتیتانیا، سیمان0/25%/ نانولولهکربنی افزایش داشته است. نتایج این پژوهش نشان داد نانوکامپوزیت کلسیم آلومینات/نانو تیتانیا/نانو لولهکربنی با خواص آنتی باکتریالیتی قوی قابل ساخت و استفاده در کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی است.
مقدمه
هدف از پژوهش حاضر ، تهیه، مشخصهیابی و ارزیابی سیمان زیستفعال سرامیکی مطابق با روشهای مستند موجود و همچنین شناسایی مناسبترین ترکیب برای کاربرد در بدن است. از این رو به منظور بررسی تاثیر نانوتیتانیا و نانولولههای کربنی روی خواص فیزیکی ، مکانیکی و بیولوژیکی سیمان کلسیم آلومیناتی، از افزودنی نانوتیتانیا در مقادیر 0، 1، 3 و 5 درصد وزنی و از افزودنی نانولههای کربنی در مقادیر 0/25، 0/5 و 0/75 استفاده شده و خواص فیزیکی نمونههای سیمانی اعم از دانسیته بالک و تخلخل باز بررسی شده است، و در نهایت با مشخص شدن ترکیب بهینه نانوکامپوزیت خاصیت آنتیباکتریال بررسی شده است.
در این پژوهش از سه ماده سیمان کلسیم آلومینات، تیتانیوم دی اکسید و نانولولههای کربنی به عنوان مواد ضد باکتری استفاده شد و همچنین اثر ضد میکروبی نانو کامپوزیت حاصل از این مواد روی باکتریهای استافیلوکوکوس ارئوس و اشریشیاکلی مورد بررسی قرار گرفت. مکانیسم اصلی تاثیر نانوذرات بر روی باکتری ها از طریق آسیب ×به DNAپروتئین و تخریب دیواره سلولی میباشد.[1] سیمان کلسیم آلومینات دارای دو ویژگی ذاتی، تنظیمات سریع و دیگری زیستسازگاری خوب است که آن را برای کاربردهای تحمل بار مانند: دندانپزشکی و شکستگی-های فشاری مناسب کرده است.
مواد و روش تحقیق
-1 مواد اولیه
مواد مورد استفاده در این پژوهش، سیمان کلسیم آلومیناتSECAR 71، نانو ذرات تیتانیا و نانولوله های کربنی بوده است. نانو ذرات تیتانیا با اندازه ذرات 20-1 نانومتر و نانولولههای کربنی چندجداره به منظور بهبود خواص مکانیکی ، فیزیکی ، زیستسازگاری و آنتیباکتریالیتی نانوکامپوزیتهای سیمان کلسیم آلومینات استفاده شده است.
-2 خواص فیزیکی
خواص فیزیکی مورد بررسی در این پژوهش دانسیته بالک و درصد تخلخل است که نمونههای حاوی 3درصد وزنی نانو ذرات تیتانیا و 0/25 درصد وزنی نانولولهکربنی میزان بهینه خواص فیزیکی را از خود نشان دادند، روند ارزیابی به شرح زیر است.
-1-2 دانسیته
دانسیته بالک سیمان کلسیم آلومیناتی حاوی مقادیر مختلف نانو ذرات تیتانیا و نانو لوله های کربنی مطابق با استاندارد بین المللی ASTM C948-81 انجام شد.[3] نانو تیتانیا در مقادیر 0، 1، 3 و 5 درصد وزنی و نانولولههای کربنی در درصدهای وزنی 0/25، 0/5 و 0/75 به عنوان جایگزین به سیمان کلسیم آلومینات افزوده شدند. مخلوطها در قالب مکعبی به ابعاد 5*5*5 سانتی مترمکعب ریخته شد و بعد از 24 ساعت از فرآیندگیرش، نمونهها در حمام آب در دمای کنترل شده 37 درجه سلسیوس تحت عملیات ترمیم قرار داده شدند. بعد از گذراندن زمان ترمیم 3، 7 و 28 روز نمونهها از بن ماری خارج شدند و بلافاصله وزن غوطهوری آنها در آب اندازهگیری ،که به عنوان وزن غوطهوری ثبت شد. سپس نمونهها به مدت 48 ساعت در دمای 110 درجه سلسیوس درون خشک کن قرار داده شدند و وزن آنها اندازهگیری شد که به عنوان وزن خشک ثبت گردید. دانسیته بالک نمونهها ⁄ طبق رابطه - 1 - اندازهگیری شد. در اینجا ،دانسیته آب است.
2-2 -تخلخل باز
در این پژوهش درصد تخلخل باز نمونههای کلسیم آلومیناتی حاوی مقادیر مختلف نانو ذرات تیتانیا و نانولولههای کربنی بر مبنای استاندارد ASTM C642-97 اندازهگیری شدند .[4] نمونهها به روش گفته شده در قسمت 1-2 ساخته شدند و بعد از عملیات ترمیم در حمام آب به مدت 3، 7 و 28 روز با دمای کنترل شده-ی 37 درجه سلسیوس ، وزن خشک و غوطه وری آنها محاسبه شد. برای اندازهگیری درصد تخلخل باز نیاز به وزن اشباع بود که به همین منظور نمونهها به مدت 5 ساعت در آب جوشانده شدند و بعد رطوبت اضافی آنها خشک و در آخر درصد تخلخل باز نمونهها مطابق رابطه - 2 - اندازهگیری شد.
-3 خواص آنتیباکتریال
بعد از بررسی خواص فیزیکی و بدست آوردن ترکیب بهینه به سراغ ارزیابی خواص آنتی باکتریال رفتیم ،به همین منظور از نمونه های سیمانی خام، سیمان و 3% نانوتیتانیا، سیمان و%0/25 نانولولههای کربنی و سیمان همراه با دو افزودنی نانوتیتانیا و نانولوله کربنی بترتیب در مقادیر 3 و 0/25 درصد وزنی، قرص-های به ضخامت 2 و قطر 6 میلیمتر ساخته شد. بعد از 24 ساعت از فرآیندگیرش ، نمونهها در حمام آب در دمای کنترل شده 37 درجه سلسیوس به مدت یک هفته تحت عملیات ترمیم قرار داده شدند.
