بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش استفاده از پوشش نانو کامپوزیتی ژلاتین - نانو ذرات فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم روی زیر لایهی آلیاژ پایه منیزیم AZ31 به منظور کاهش نرخ خوردگی این آلیاژ میباشد. بدین منظور پوشش نانو کامپوزیتی ژلاتین-فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم روی نمونههای آلیاژ پایهی منیزیم AZ31 به روش غوطهوری اعمال گردید. مشخصه یابی پوششهای اعمال شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM مجهز به آنالیز عنصری - EDS - ، پراش پرتو ایکس - XRD - انجام شد. ارزیابی زیست تخریبپذیری نمونهها از طریق آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی انجام شد. نتایج حاصل از انجام آزمایش الکترو شیمیایی خوردگی نشان داد آلیاژ منیزیم AZ31 با پوشش ژلاتین - فلوئور هیدروکسی آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم با چگالی جریانi 5/022×10-5 A/cm2 و سرعت خوردگی 0/007 میلی متر بر سال نسبت به نمونهی بدون پوشش ، مقاومت به خوردگی بالایی را نشان داده است.
کلمات کلیدی: آلیاژ منیزیم، فلوئور آپاتیت، خوردگی، ژلاتین.
.1 مقدمه
طی سالهای گذشته با گسترش و توسعه طراحی و ساخت ایمپلنتها برای درمان بیماریها، بازسازی صدمات وارده به بدن و ترمیم اعضای سایش یافته بر اثر حرکت، تحولی در استفاده و کاربرد ایمپلنتها به منظور بهبود کیفی عمر بشر به وقوع پیوست. بیو مواد فلزی از قبیل فولادهای زنگنزن، آلیاژهای تیتانیم، نقش اساسی برای ترمیم استخوانهای آسیب دیده ایفا کردهاند. اما اگر این ایمپلنتها برای مدت زمان طولانی درون بدن انسان قرار داشته باشند قاعدتا عناصر سمی در بدن انسان آزاد کرده و سلامت انسان را خدشهدار میکنند. همچنین ضریب کشسان فلزات مذکور با ضریب کشسان بافت استخوان طبیعی تطابق خوبی ندارد و باعث ایجاد تنش سپری 1میشود .[1]
استفاده از ایمپلنتهای زیست تخریب پذیر2 میتواند این مشکل را از میان بردارد. ایمپلنتهای زیست تخریب پذیر در حین ترمیم بافت استخوانی، میتوانند حل، جذب و یا دفع شوند. منیزیم و آلیاژهای آن مهمترین مواد این گروه هستند 4]و2،.[3 از ویژگیهای منیزیم وآلیاژهای آن میتوان به مواردزیر اشاره کرد: آلیاژهای منیزیم در محلول بدن به وسیلهی خوردگی، زیست تخریب پذیر هستند. یون منیزیم برای بدن انسان بدون ضرر است. منیزیم میتواند رشد و نمو بافت استخوان را تسریع بخشد. دانسیته، مدول الاستیک و استحکام تسلیم منیزیم تطابق بهتری با بافت استخوان نسبت به ایمپلنتهای فلزی دیگر دارد. دیگر ویژگی آلیاژ منیزیم غیر مغناطیسی بودن آن میباشد. البته عیب اصلی آلیاژ منیزیم در کنار مزایای فوق آن است که نسبت به محیطهای شامل کلرید، محلول بدن و پلاسمای خون بسیار حساس هستند که سرعت زیست تخریب پذیری بالا و کاهش دوام مکانیکی همچنین رهایش گاز هیدروژن را به همراه دارد که این امر منجر به تخریب بافت مجاور قبل از بهبود کامل میشود . [5]
بسیاری از محقیق در سالهای اخیر در تلاشاند که با کاهش سرعت نرخ تخریب منیزیم به وسیلهی پوششهای مختلف نظیر هیدروکسی آپاتیت آن را به یک ایمپلنت ایدهآل تبدیل کنند .[6] بیوسرامیک هیدروکسی آپاتیت3 ترکیب اصلی غیر آلی استخوان است که میتواند ترمیم بافت استخوان را نیز تسریع بخشد 8]و.[7 وجود عناصر و ترکیباتی نظیر Si+4 , F- ,Cl-, Mg+2 ,K+ , Na+
,CO3-2 در ساختار آپاتیت بیولوژیکی باعث تفاوت خواص زیستی این ماده نسبت به آپاتیت مصنوعی شده است .[9] خواص زیست فعالی، انحلالی، چسبندگی به وسیله ی جایگزینی این عناصر و ترکیبات در HA تغییر میکند .[10] در پژوهش حاضر تلاش بر آن است تا با اعمال پوشش بیو سرامیکی زیست فعال ژلاتین B نانو ذرات فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم بر روی آلیاژ پایه منیزیم AZ31 به عنوان نسل جدید کاشتنیهای زیست تخریب پذیر، نرخ تخریب منیزیم را به میزان مورد نیاز بدن برای احیای بافت سخت آسیب دیده کنترل کرد و نرخ ترمیم استخوان را افزایش داد.
-2 مواد، تجهیزات و روش تحقیق
1-2 آلیاژ منیزیم
در این پژوهش، از آلیاژ منیزیم AZ31 براساس ترکیب شیمیایی ارائه شده در جدول 1 استفاده شد. عناصر آلیاژ پایه منیزیم AZ31 با استفاده از آنالیز کمی - atomic absorption standard procedure - تعیین گردید. به منظور فرآیند پوششدهی نمونههای به ابعاد 5×10×10 میلیمتر مکعب از شمش آلیاژ منیزیم AZ31 تحت عملیات ماشین کاری قرار گرفت. سپس نمونهها مرحله به مرحله تا سنباده ی 400 سنبادهزنی شدند تا صافی سطح یکسان و مناسب برای فرایند پوششدهی حاصل شود. سپس به منظور رفع آلودگیهای سطحی و چربیزدایی 1از سطح زیرلایهها، نمونهها در سه محیط استون، اتانول و آب مقطر هر کدام به مدت 20 دقیقه در حمام آلتروسونیک2 شستشو داده شدند و در نهایت نمونهها در دمای محیط خشک و آمادهی عملیات پوششدهی گردیدند.
2-2 نانوپودر فلوئورآپاتیت دوپ شده با منیزیم و سیلیسیم - Si-Mg-FA - این پودر مطابق با روش احمدی و همکاران ساخته شد .[11]
3-2 ژلاتین
در پژوهش حاضر از ژلاتین SIGMA TYPE A استفاده شده است .
4-2 عملیات پوششدهی
پس از آمادهسازی نمونهها، ابتدا نانو ذرات Si - Mg - FA در حلال مناسب که در پژوهش حاضر آب حلال مورد نظر است به مدت زمان 2 ساعت بر روی همزن حل شده سپس به آن ژلاتین اضافه میشود و در حمام آلتروسونیک قرار داده شد. در مرحله بعد پوششدهی زیر لایههای منیزیم AZ31 یه روش غوطهوری انجام گرفت. در این روش زیر لایهها با سرعت مشخص درون محلول نانو کامپوزیتی ژلاتین فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم فرو برده شد و سپس با سرعت مشخص از آن خارج شد. ضخامت پوشش تابع سرعت بالا کشیدن زیر لایه از محلول پوششدهی، ویسکوزیتهی محلول، زاویهی تماس زیر لایه با محلول پوشش دهی میباشد. در همهی مراحل سرعت ورود و خروخ زیر لایه به درون سل مقدار ثابت 1 میلیمتر بر ثانیه و زاویهی ورود زیرلایه به درون سل پوششدهی 90 درجه انتخاب شد. به منظور تهیه پوشش بهتر و بهینه فرآیند پوششدهی یک، دو، سه، چهار و پنج مرتبه انجام شد و پوششهای به دست آمده از نظر چسبندگی با هم مقایسه شدند تا پوشش مناسب از لحاظ چسبندگی انتخاب گردد. شکل 2 روندنمای اعمال پوشش ژلاتین- نانو ذرات فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم بر روی آلیاژ منیزیم را نشان میدهد.
