بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش، تهیه و پوشش دهی و مشخصه یابی فورستریت نانوساختار به روش سل-ژل بر روی آلیاژ منیزیم بود . پودر فورستریت به روش سل -ژل تهیه شد و سپس به کمک پراش پرتو ایکس ارزیابی شد. پوشش فورستریت به روش سل-ژل بر روی آلیاژ منیزیم اعمال گردید. مورفولوژی و ریز ساختار سطح پوشش به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. از روش پراش پرتو ایکس و آنالیز توزیع انرژی پرتو ایکس نیز برای مشخص نمودن ترکیب فازها و عناصر در پوشش استفاده شد.
آزمون الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در محلول فیزیولوژیکی به منظور مقایسه رفتار خوردگی نمونه های پوشش داده شده و بدون پوشش انجام گرفت. نتایج حاکی از تشکیل پوشش فورستریت بدون ترک و یکنواخت به روش سل-ژل بر روی آلیاژ منیزیم بود. پوشش، مقاومت خوردگی زیرلایه را بهبود داد و چگالی جریان خوردگی در نمونه های پوشش دار کمتر از نمونه های بدون پوشش بود.
-1 مقدمه
طی سه دهه اخیر تحولی اساسی در استفاده و کاربرد سرامیکها به منظور بهبود کیفی عمر بشر پدید آمد و توسعه و گسترش طراحی و ساخت بیوسرامیکها برای درمان بیماری و بازسازی صدمات وارد بر بدن و ترمیم اعضا به وقوع پیوست و اغلب کاربردهای کلینیکی بیوسرامیکها مرتبط با سیستم اسکلت بدن، استخوان، دندانها، مفاصل و بازسازی یا بسط و افزایش بافت نرم و سخت بدن است .[1] با توجه به افزایش سرعت استفاده از بیومواد به عنوان کاشتنی در بیمارانی که خواستار بالا رفتن عمر مفید کاشتنی در بدن خود و در نتیجه افزایش طول عمر خود میباشند، متخصصان و دانشمندان بیومواد سعی نمودهاند تا مناسبترین بیومواد را جهت کاربرد در بدن به جامعه پزشکی معرفی و جایگزین مواد قبلی نمایند.
[2] به همین دلیل، تمرکز تحقیقات و مطالعات بر طول مدت کارآیی بیومواد مصنوعی بوده است که بتواند یک فصل مشترک با بافت زنده با قابلیت پایداری زیستی-مکانیکی و زیستی-بافتی به طور همزمان ایجاد کنند .[3] در دهههای اخیر، مواد زیست سازگار مختلفی برای کاربرد در جایگزینی بافت های سخت و ترمیم آنها توسعه یافته اند .[6-4] نی و همکاران در سال 2007 میلادی، فورستریت را به عنوان یک بیوسرامیک معرفی کردند که فورستریت با توجه به زیست سازگاری و خواص مکانیکی خوب می تواند گزینه مناسبی برای کاربردهای ارتوپدی و به خصوص کاشتنیهای تحت بار باشد .[7] فورستریت با فرمول شیمیایی یکی از سرامیک های مهم است که به گروه الوینها تعلق دارد .[8]
در این زمینه سیو تحقیقاتی را در زمینه زیست سازگاری فورستریت در محیط آزمایشگاهی انجام داد که نتیجه آن زیست سازگاری فورستریتی بود .[7] در مقایسهای که بین خواص مکانیکی فورستریت و سایر بیوسرامیکها انجام شد، دیده شد که ضریب کشسانی استخوانی نزدیکتر است و همچنین خواص مکانیکی بهتری نسبت به هیدروکسی آپاتیت نشان داد .[9] تا در صورتی که از نظر زیست سازگاری بتواند خواصی در حد هیدروکسی آپاتیت داشته باشد به کار رود .[7]
در تحقیقات انجام شده توسط وبسر و همکاران افزایش عملکرد سلول های استخوان ساز بر روی بیوسرامیکهای نانوساختار بررسی شد .[10-12] در مقایسه با بیوسرامیکهای سنتی، در مورد آلومینا، تیتانیا و هیدروکسی آپاتیت نانومتری، چسبندگی سلولهای استخوان ساز، زیست سازگاری و زیست فعالی افزایش می یابد .[16-13] بنابراین با کاهش ابعاد ذرات در حدود نانومتری، امکان القای خاصیت زیست فعالی وجود دارد .[17]
در بین آلیاژهایی که در وسایل شکستهبندی و ارتوپدی استفاده میشود، آلیاژهای منیزیم AZ91 به خاطر خواص مکانیکی و قابلیت شکل پذیری مناسب، مورد توجه قرار گرفت .[18] تلاش شده است تا بهبود رفتار خوردگی و ارتقاء زیست سازگاری فلزات و آلیاژها با استفاده از علم و فناوری مهندسی سطح و به کمک ایجاد پوشش بر روی سطح صورت گیرد. سازگاری زیستی فلزات و آلیاژهای با رفتار خوردگی آنها مرتبط است .[19] در پژوهش حاضر تلاش شده است تا به طور همزمان برای دستیابی به دو هدف، بهبود مقاومت خوردگی کاشتنی و کاهش آزاد شدن یونها و در نتیجه افزایش سازگاری زیستی از یک سو و همبندی با استخوان، ترویج رشد استخوان از سوی دیگر، از پوشش فورستریت بر روی آلیاژ منیزیم AZ91 مورد آزمایش قرار گیرد.
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 تهیه فورستریت به روش سل-ژل
در این تحقیق به محلول منیزیم نیترات آبدار، اکسید سیلیسیم کلوییدی با نسبت مولی منیزیم به سیلیسیم Mg:Si=2:1 اضافه شد و پس از همگن شدن، ساکاروز به آنها اضافه شد و به مدت 2 ساعت هم زده شد. پلی ونیل الکل اضافه و با اسیدنیتریک pH روی 1 تنظیم شد. سپس با هم زدن به مدت 2 ساعت در دمای محیط و 2 ساعت در دمای 80 درجه هم زده شد. به منظور کامل شدن هیدرولیز و رسیدن به ویسکوزیته مطلوب برای ایجاد ژل، سل تولید شده در آون به مدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سانتیگراد خشک گردید. برای انجام شدن تکلیس به مدت 2 ساعت در دمای 800 درجه سانتیگراد با نرخ 1c/min در کوره تحت عملیات حرارتی قرار گرفت.
-2-2 پوشش دهی زیرلایه
صفحات آلیاژ منیزیم AZ91 با عرض و طول 10 میلیمتر و ضخامت 2 میلیمتر به عنوان زیرلایه استفاده شدند. نمونهها در یک حمام آلتراسونیک تمیز و تا زمان پوششدهی در اتانول غوطه ور شدند. پوششدهی به روش غوطه وری در سل و مقدار ناچیزی پلیمر Pcl انجام گرفت. سرعت داخل و خارج کردن نمونهها در محلول، 5 سانتی متر بر دقیقه بود و بعد از 2 ساعت در آون قرار گرفت.
-3-2 مشخصه یابی
از تکنیک پراش پرتو ایکس - XRD - برای بررسی ساختار فازی پودر و پوشش تهیه شده، استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس - EDX - برای مطالعه مورفولوژی پوشش فورستریت و تخمین ترکیب پوشش به کار گرفته شد.
-4-2 ارزیابی رفتار خوردگی
به منظور اجرای آزمون الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی، نمونهها بدون پوشش آلیاژ منیزیم AZ91 و نمونه پوشش داده شده با فورستریت در محلول فیزیولوژیکی و در دمای 37 درجه سانتیگراد قرار داده شدند تا تعادل مطلوب حاصل شود. پس از هر آزمایش سطحی از نمونههای در تماس با الکترولیت اندازهگیری شد. از یک سلول آزمون الکتروشیمیایی پلاریزاسیون خوردگی برای انجام آزمایشهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی استفاده گردید.
پلاتین به عنوان الکترود شمارنده - کمکی - به کار رفت و الکترود مرجع، الکترود نقره بود. محلول سرم فیزیولوژیکی، محلول شبیه سازی شده بدن به عنوان الکترولیت مصرف شد. نمودارهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی برای هر نمونه در دمای 37 درجه سانتیگراد و با استفاده از دستگاه پتانسیواستات با کنترل کامپیوتری مجهز به نرم افزار به دست آمد. پس از ثابت شدن پتانسیل مدار باز - تغییرات کمتر از مثبت و منفی پنج میلی ولت در 5 دقیقه - آزمونها آغاز شدند.
