تولید و مشخصه یابی پوشش نانو ساختار هیدروکسی آپاتیت-زیرکونیا به روش سل-ژل
چکیده
پوشش تک فاز هیدروکسی آپاتیت به دلیل چقرمگی شکست پایین و چسبندگی ناکافی بین پوشش و زیرلایه، تأمین کننده دوام و پایداری مطلوب کاشتنی فلزی نخواهد بود. لذا کاربرد نانوکامپوزیت های هیدروکسی آپاتیت با تقویت کننده های سرامیکی نظیر زیرکونیا مورد توجه قرار گرفته است. با در نظر داشتن ساختار نانوکامپوزیتی استخوان و ساخت کامپوزیتی نانومتری که مشابهت رفتاری هر چه بیشتر با بافت سخت بدن را موجب می شود می توان حفظ زیست سازگاری و زیست فعالی مطلوب هیدروکسی آپاتیت و کنترل نرخ انحلال پوشش و بهینه نمودن خواص مکانیکی آن را انتظار داشت. هدف از این پژوهش، تهیه و مشخصه یابی نانوپودر و پوشش نانوساختار هیدروکسی آپاتیت- زیرکونیا بر روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال به روش سل- ژل بود. نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و زیرکونیا به روش سل- ژل و با استفاده از مواد اولیه شامل پیش سازهای کلسیم، فسفر، زیرکونیم و ایتریم تهیه شد و پوشش نانوساختار هیدروکسی آپاتیت-زیرکونیا نیز به روش سل- ژل غوطه وری بر روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال تهیه شد. تکنیک پراش پرتو ایکس (xrd) به منظور تأیید حضور فازهای مطلوب در ترکیب استفاده شد. تأثیر دمای کلسینه کردن بر ترکیب فازی، اندازه دانه و میزان بلورینگی پودر و پوشش های نهایی مورد بررسی قرار گرفت. تأثیر تغییر میزان اکسید پایدارکننده ایتریا بر ترکیب فازی محصولات نهایی بررسی شد و به کمک آنالیز حرارتی افتراقی (dta)، خواص حرارتی ژل خشک شده ارزیابی شد. طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (ftir) نیز برای آنالیز بنیان های موجود در پودر حاصل استفاده گردید. به منظور بررسی شکل و اندازه ذرات پودر نانومتری، از میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) بهره گرفته شد. مورفولوژی و ریزساختار پوشش و فصل مشترک پوشش و زیرلایه به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و نحوه توزیع ذرات تقویت کننده در زمینه هیدروکسی آپاتیت توسط تکنیک (eds ) مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ارزیابی نرخ انحلال و خواص سازگاری زیستی و مقایسه آن با خواص پوشش هیدروکسی آپاتیت تک فاز، پوشش های کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت-زیرکونیا در محلول سرم فیزیولوژی (9/0 درصد کلرید سدیم) به مدت چهار روز غوطه ور گردید. از تکنیک طیف سنجی جذب اتمی (aas) برای تعیین میزان رهایش یون کلسیم از پوشش های کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت-زیرکونیا استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که در دمای کلسینه کردن 950 درجه سانتی گراد، فاز غالب در محصول تولیدی، هیدروکسی آپاتیت و زیرکونیا با شبکه های بلوری مختلف است و فازهای تری کلسیم فسفات وcazro3 به میزان جزیی در ساختار دیده می شوند و میزان آن ها با افزایش دمای کلسینه کردن افزایش می یابد. بلورینگی پودر و پوشش های کامپوزیتی کلسینه شده در 950 درجه سانتی گراد به ترتیب حدود 70 و 80 درصد ارزیابی شد که نسبت به پوشش تک فاز هیدروکسی آپاتیت افزایش نشان می دهد. تعیین اندازه دانه ها با کمک روش شرر و تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی عبوری، حضور نانوذرات زیرکونیا (20-30 نانومتر) در زمینه هیدروکسی آپاتیت با نانوذرات 40-80 نانومتری را تأییدکرد. همچنین توزیع یکنواختی از ذرات تقویت کننده زیرکونیا در میان ذرات فاز زمینه هیدروکسی آپاتیت مشاهده شد. پوشش های نانوساختار نیز در دمای کلسینه کردن 950 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت و با نرخ آرام حرارت دهی به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، پیوستگی مناسب پوشش و زیرلایه را در فصل مشترک نشان داد. نتایج آزمون طیف-سنجی جذب اتمی حاکی از افزایش غلظت یون کلسیم آزاد شده از پوشش ها با گذشت زمان بود و میزان یون کلسیم آزاد شده در پوشش های کامپوزیتی نسبت به پوشش تک فاز هیدروکسی آپاتیت کمتر بود. پودر نانوساختار کامپوزیتی تهیه شده در این پژوهش می تواند در مصارفی چون تولید نانوکامپوزیت های پیوند استخوان مصنوعی، ساخت کاشتنی های ارتوپدی تکه ای به کار رود. پوشش های نانوساختار هیدروکسی آپاتیت- زیرکونیا نیز به دلیل ساختار و ابعاد نانومتری فازهای تشکیل دهنده، موجب کاهش مدت زمان تثبیت کاشتنی در مجاورت بافت سخت شده و ضریب اطمینان درمان را افزایش خواهند داد.