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

پژوهشگاه مواد و انرژی: افزایش استحکام فشاری اولیه‌ی سیمان استخوانی با نانوذرات

تاریخ خبر : 1393/04/18 تعداد بازدید : 2860

محققان پژوهشگاه مواد و انرژی موفق به افزایش استحکام فشاری اولیه‌ی سیمان استخوان مصنوعی به کمک نانوذرات شدند. در ساخت این سیمان، از نانوذراتی استفاده شده است که آسیبی به زیست‌سازگاری مواد کاشتنی وارد نمی‌کند و توسط سیستم دفاعی بدن رد نخواهند شد.

با وجود ویژگی‌های ممتاز سیمان‌های کلسیم فسفات، نقطه ضعفی که کاربرد این ماده را برای ترمیم استخوان محدود می‌کند، عدم استحکام مکانیکی آن‌هاست. از این ماده تنها می‌توان در مناطقی که نیاز به تحمل بار ندارد استفاده کرد. اگرچه استحکام سیمان پس از قرار گرفتن در محیط بدن به مرور زمان و با تشکیل کریستال‌های سوزنی شکل هیدروکسی آپاتیت افزایش می‌یابد، نکته‌ی حائز اهمیت ویژگی ذکر شده در ساعات اولیه‌ی کاشت در بدن انسان است. در این تحقیق سعی شده است تا با افزودن نانوذرات زیست‌سازگار، دستیابی به یک استحکام مطلوب امکان‌پذیر شود.
مریم محمدی در خصوص اهمیت تحقیقات صورت گرفته عنوان کرد: «استحکام اولیه‌ی سیمان نقش بسیار تعیین‌کننده‌ای در پذیرفتن کاشتنی توسط بدن ایفا می‌کند. بنابراین باید تلاش نمود که خواص آن را به گونه‌ای بهبود بخشید تا در ساعات اولیه‌ی کاشت در تماس با محلول‌های موجود در بدن دچار ازهم گسیختگی نشود. ما با افزودن نانو ذرات زیست‌سازگار سیلیکای آمورف، تیتانیا و سیلیکون کاربید به سیمان کلسیم فسفات توانستیم این ویژگی را بهبود ببخشیم.»
وجود نانوذرات سیلیکون کاربید و تیتانیا سبب افزایش استحکام فشار اولیه‌ی سیمان می‌شود. همچنین بر اثر افزودن 5% نانوذرات سیلیکای آمورف، علاوه بر این ویژگی، استحکام نهایی آن نیز پس از قرار گرفتن در محلول رینگر( مایع شبیه‌سازی شده بدن) از 35 مگاپاسکال به 50 مگاپاسکال افزایش یافت.
به گفته‌ی محمدی، در روش‌های متداول جهت افزایش استحکام سیمان‌های کلسیم فسفاتی از الیاف پلیمری استفاده می‌شود. اندازه‌ی بزرگ الیاف، قابلیت اتصال بین آن‌ و مواد زمینه و ایجاد غیر یکنواختی در سیمان، مشکلاتی را در خصوص استفاده از مواد کاشتنی و زیست‌سازگاری آن‌ها ایجاد می‌کند. در حالی که با تولید سیمان کلسیم فسفاتی تقویت شده، علاوه بر رسیدن به استحکام کافی جهت کاشت در بدن، آسیبی به زیست‌سازگاری مواد کاشتنی وارد نشده و توسط سیستم دفاعی بدن پس زده نمی‌شود.
در توضیح بهبود خواص به کمک نانوذرات باید گفت استحکام سیمان بصورت نهایی به میزان تخلخل‌های موجود در آن بستگی دارد. نانوذرات در کامپوزیت سیمانی نقش مواد پرکننده را دارند. پر شدن تخلخل‌ها توسط نانوذرات و کاهش آن‌ها، دلیل افزایش استحکام اولیه در سیمان است.
دستیابی به نتایج مورد نظر با انجام تحقیقات به این صورت ممکن شده است که ابتدا مواد اولیه‌ی سیمان مورد نظر تولید شده است. پس از فراوری مواد اولیه، خمیر سیمان تهیه شد. درصدهای مختلف (2/5، 5 و 10 درصد) نانو‌ذرات تیتانیا، سیلیکون کاربید و نانو سیلیکای آمورف در حین تهیه خمیر به مایع سیمان اضافه شد. سپس نمونه‌هایی با ابعاد 12 در 6 میلیمتر تهیه و برای مدت زمان‌های مشخص (صفر، 1، 7 و 14 روز ) در محلول رینگر نگهداری شد. در نهایت و پس از گذشت دوره‌ی زمانی تعیین شده، آزمون‌‌های استحکام فشاری روی نمونه‌ها انجام شد. همچنین برای بررسی ساختار و سطح نانوذرات از آزمون‌های میکروسکوپ روبشی الکترون (SEM) و تفرق پرتو ایکس(XRD) استفاده شد.
تصاویر SEM تهیه شده از سطح نمونه نیز تائیدی بر نتایج آزمایش XRD است، این تصاویر نشان می‌دهند که پس از قرار گرفتن نمونه‌ها در محلول رینگر، کریستال‌های آپاتیت در نمونه‌های حاوی نانوذرات همانند نمونه شاهد تشکیل می‌شوند. به عبارتی نانوذرات تأثیر بازدارنده‌ای در روند استحکام سیمان ندارند. طبق الگوی XRD نیز قبل از قرار گرفتن نمونه در محلول رینگر هیچ‌گونه تبدیل فازی صورت نمی‌گیرد و فقط اجزای تشکیل‌دهنده‌ی سیمان قابل مشاهده هستند. اما پس از قرار دادن نمونه‌ها در محلول رینگر، فاز هیدروکسی آپاتیت بیشتر شده و با گذشت زمان، واکنش استحکام کامل‌تر می‌شود.
filereader.php?p1=main_1068c6e4c8051cfd4
تصاویرSEM تهیه شده از سطح نمونه‌ها قبل و بعد از قرار گرفتن در محلول رینگر
نتایج این تحقیقات حاصل همکاری دکتر سعید حصارکی، دکتر مسعود حافظی اردکانی- اعضای هیئت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی- و مریم محمدی است و در مجله‌ی Ceramics International ( جلد 40 ، شماره 6، ماه ژانویه، سال 2014، صفحات 8377 تا 8387) به چاپ رسیده است.