1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Innovation Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

بهبود خواص پوشش‌های نانوهیدروکسی آپاتیت در ایمپلنت‌ها

کلمات کلیدی : ایمپلنت تاریخ خبر : 1392/11/26 تعداد بازدید : 3754

محققان مهندسی مواد کشورمان در طرحی تحقیقاتی، مکانیزم افزایش پایداری سوسپانسیون نانوذرات هیدروکسی آپاتیت توسط افزودنی تری‌اتانول آمین (TEA) و تأثیر آن بر روی فرایند پوشش‌دهی الکتروفورتیک و همچنین خواص پوشش‌های حاصل را مورد مطالعه قرار دادند.

محققان مهندسی مواد کشورمان در طرحی تحقیقاتی، مکانیزم افزایش پایداری سوسپانسیون نانوذرات هیدروکسی آپاتیت توسط افزودنی تری‌اتانول آمین (TEA) و تأثیر آن بر روی فرایند پوشش‌دهی الکتروفورتیک و همچنین خواص پوشش‌های حاصل را مورد مطالعه قرار دادند. از نتایج این طرح می‌توان در تولید پوشش‌های نانوساختار HA بر روی ایمپلنت‌های فلزی با هزینه‌ای پایین استفاده نمود. از دیگر کاربردهای آن ایجاد سوسپانسیون کلوئیدی نانوذرات HA با پایداری بالا در فرایندهایی نظیر ریخته‌گری دوغاب و نیز ریخته‌گری نواری و فشاری است.

زیست سازگاری بالای هیدروکسی آپاتیت (HA) به دلیل وجود ترکیبات معدنی مشابه استخوان در آن است که سبب استفاده گسترده آن به عنوان ایمپلنت در بدن انسان شده است. به دلیل خواص مکانیکی ضعیف این سرامیک مانند چقرمگی پایین، معمولا این ماده بر روی فلزات زیست سازگاری مانند فولاد ضد زنگ و تیتانیوم پوشش داده می‌شود تا بطور همزمان از خاصیت زیست سازگاری بالای هیدراکسی آپاتیت و همچنین استحکام بالای فلز استفاده شود. روش رسوب نشانی الکتروفورتیک جزء بهترین و ارزانترین روش‌های رسوب نشانی پوشش‌های HA بر روی فلزات است. در این روش ذرات باردار پخش شده در یک حلال مناسب تحت اعمال میدان الکتریکی به سمت الکترود با بار مخالف حرکت کرده و در آنجا رسوب می‌کنند. استفاده از آب در این روش به علت الکترولیز آن در ولتاژهای پایین محدود است؛ بنابراین معمولا در رسوب نشانی الکتروفورتیک از حلال‌های آلی بخصوص الکل‌ها استفاده می‌شود. ولی بار ایجاد شده در سطح ذرات پخش شده در حلال‌های غیرآبی به علت ثابت دی الکتریک پایین آن‌ها کم بوده که نقطه‌ی ضعف این حلال‌ها به شمار می‌رود. برای رفع این مشکل، در این تحقیق برای افزایش بار سطحی ذرات و در نتیجه پتانسیل زتای آن‌ها از افزودنی تری‌اتانول آمین استفاده شد و اثر این ماده بر روی فرایند رسوب‌نشانی و همچنین خواص پوشش‌ها مورد بررسی قرار گرفت.

مراحل انجام این کار تحقیقاتی بدین شرح بود که ابتدا نانوپودر HA با استفاده از روش شیمی تر سنتز شد و سوسپانسیون‌های این نانوذرات در ایزوپروپانول با غلظت‌های مختلف TEA تهیه شد. سپس پتانسیل زتای ذرات در سوسپانسیون‌هایی تهیه شده اندازه‌گیری شد و سینتیک درجای ایجاد رسوب در این سوسپانسیون‌ها با استفاده از ترازوی با دقت mg1/0 و در 60 ولت ثبت شد. دانسیته تر پوشش‌های ایجاد شده با استفاده از روش ارشمیدس اندازه‌گیری شد. همچنین ریزساختار این پوشش‌ها توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی موردبررسی قرار گرفت. در نهایت مقاومت به خوردگی پوشش‌های ایجاد شده نیز با استفاده از روش پلاریزاسیون الکتروشیمیایی محاسبه شد.

مرتضی فرخی راد، دانشجوی دکترای مهندسی مواد در دانشگاه تربیت مدرس، معتقد است که :« استفاده از نانوذرات در فرایند الکتروفورتیک سبب ایجاد پوشش‌های یکنواخت‌تری خواهد شد که در دماهای سینتر پایینتری متراکم می‌شوند. همچنین سوسپانسیون تهیه شده از نانوذرات در مقایسه با ذرات میکرونی دارای پایداری بیشتر و سرعت ته‌نشینی کمتری است که ناشی از وزن کمتر نانوذرات در مقایسه با ذرات متناظر میکرونی است.»

با استفاده از نتایج آزمون‌های اندازه‌گیری پتانسیل زتا، هدایت الکتریکی سوسپانسیون‌ها و همچنین آنالیز FTIR مشخص شد که TEA و H+TEA (TEA که از مولکول¬های ایزوپروپانول پروتون گرفته است) از طریق ایجاد پیوند هیدروژنی با گروه‌های P-OH سطحی هیدروکسی آپاتیت، در سطح آن جذب می‌شود و باعث افزایش بار سطحی و در نتیجه پتانسیل زتای ذرات HA می‌گردد. غلظت بهینه TEA که بیشترین مقدار پتانسیل زتا در آن حاصل شد برابر mL/L4 بود.

در فرایند رسوب نشانی الکتروفورتیک کل ذراتی که تحت تأثیر میدان الکتریکی اعمال شده به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می‌کنند در رسوب قرار نمی‌گیرند و تنها کسری از این ذرات در تشکیل رسوب شرکت می‌کنند که این کسر پارامتر الحاق یا ضریب f نامیده می‌شود (1>f>0). در این تحقیق پارامتر الحاق (ضریب f) ذرات HA در طول رسوب‌نشانی الکتروفورتیک در V60 و از سوسپانسیون‌هایی با غلظت‌های مختلف TEA با استفاده از روشی که توسط فرخی‌راد و شهرابی در مقاله چاپ شده در مجله‌ی انجمن سرامیک آمریکا (جلد 95، شماره 11 ، صفحات 3440-3434) پیشنهاد شده است، محاسبه شد. مشاهده شد که پارامتر الحاق (ضریب f) با افزایش غلظت TEA در سوسپانسیون کاهش می‌یابد که ناشی از افزایش اختلاف پتانسیل (الکتریکی+شیمیایی) در فصل مشترک بین رسوب و سوسپانسیون با افزایش غلظت TEA در سوسپانسیون است.

از طرفی، با توجه به نتایج حاصل شده دانسیته تر رسوب‌ها با زمان رسوب‌نشانی و پتانسیل زتای ذرات افزایش می‌یابد که ناشی از جریان‌های الکترواسمزی در اطراف ذرات موجود در رسوب است. همچنین ترک خوردن ناشی از انقباض‌های خشک شدن برای پوشش رسوب داده شده از سوسپانسیون حاوی mL/L4 تری‌اتانول آمین کمترین بود که ناشی از دانسیته تر بالای آن بوده که سبب می‌شود انقباض حین خشک شدن برای آن کمتر شود. همچنین مشاهده شد که پوشش رسوب داده شده از سوسپانسیون با این غلظت افزودنی دارای بیشترین مقاومت به خوردگی در محلول رینگر و دمای 5/37 درجه سانتیگراد بود که ناشی از ذرات ریزساختار ، همگن و بدون ترک آن است که به صورت مانعی موثر در مقابل محیط خورنده عمل می‌کند.

نتایج این پژوهش که به دست مرتضی فرخی راد و دکتر تقی شهرابی فراهانی (عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس) صورت گرفته است در مجله Ceramics International (جلد 39، ماه فوریه، سال 2013، صفحات 7007 تا 7013) منتشر شده است.

 
filereader.php?p1=main_f70e920d8862c6899
طیف FTIR پودرهای جدا شده از a) سوسپانسیون بدون TEA و b) حاوی mL/L4 TEA


filereader.php?p1=main_ba0cee7f26ee3295d 
تصویر شماتیکی از مکانیسم جذب TEA در سطح نانوذرات HA از طریق ایجاد پیوند هیدروژنی با گروه¬های P-OH سطحی آن