پوشش دهي آلياژ Ti-6Al-4V با بيوسراميك هيدروكسي آپاتيت به روش پلاسما اسپري جهت كاربرد در مفصل ران

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

امروزه بيومواد و بيوسراميك‌ها به دليل داشتن زيست‌سازگاري مناسب نسبت به ساير مواد از اهميت زيادي برخوردار هستند كه براي جايگزين بافت نرم و سخت، پيچ و صفحه شكسته‌بندي و تعويض مفاصل به طور گسترده در كاربردهاي مهندسي پزشكي به كار مي‌روند. چالش‌هاي موجود در كاشتني‌هاي ارتوپدي منجر به توليد كاشتني‌هايي كه هم از لحاظ زيستي و هم از لحاظ تريبولوژيكي رفتار مناسب داشته باشند، شده است. ايمپلنت‌هاي تيتانيومي به علت سبكي و مقاومت در مقابل خوردگي در محيط‌هاي بيولوژيكي و همچنين دانسيته نزديك به استخوان بدن، كاربردهاي پزشكي خاصي دارند. با اين‌وجود ايجاد پيوند بين تيتانيوم و استخوان دشوار بوده و اين مورد چالشي است كه تحقيقات زيادي نظير پوشش‌دهي سطح آلياژ در جهت رفع آن در حال انجام مي‌باشد. بدين منظور در اين پژوهش هيدروكسي آپاتيت به دليل زيست فعالي و ايجاد پيوند مناسب با بافت استخوان و استخوان‌سازي مناسب، گزينه مناسبي براي پوشش‌دهي بر روي زيرلايه Ti-6Al-4V است. اما هيدروكسي آپاتيت به دليل چسبندگي ناكافي بين پوشش و زيرلايه تيتانيومي، تأمين‌كننده دوام و پايداري مطلوب كاشتني فلزي نخواهد داشت. يكي از راه‌هاي بهبود خواص هيدروكسي آپاتيت به‌عنوان يك بيوسراميك، تهيه مواد كامپوزيتي بر پايه هيدروكسي آپاتيت است. هدف از پژوهش حاضر پوشش‌دهي آلياژ Ti-6Al-4V با بيوسراميك‌هاي هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا و مقايسه آن با پوشش يك‌جزئي هيدروكسي آپاتيت به روش پلاسما اسپري جهت كاربرد در كاشتني‌هاي ارتوپدي مي‌باشد. بدين منظور، ابتدا پودر هيدروكسي آپاتيت –تيتانيا-آلومينا با مقادير مختلف (80، 15، 5) درصد وزني توسط فرايند آسياكاري مخلوط و همگن‌سازي شد و سپس پوشش‌دهي پلاسما اسپري با پودر يك‌جزئي هيدروكسي آپاتيت و پودر سه‌جزئي بر روي زير لايه Ti-6Al-4V انجام شد. در ادامه جهت مشخصه‌يابي پوشش‌ها و بررسي خواص زيستي، آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، خواص زبري، ميكرو سختي، ترشوندگي، آزمون چسبندگي، آزمون زيست فعالي و سميت سلولي بررسي شد. نتايج نشان داد كه پوشش سه‌جزئي نسبت به پوشش يك‌جزئي به دليل وجود اسپليت‌هاي گسترده، ذرات نيمه ذوب شده و ذرات ذوب نشده كمتر، داراي مورفولوژي متراكم‌تر و يكنواخت‌تري هستند. همچنين حضور آلومينا باعث كاهش نسبي زبري از 58/5 به 15/5 ميكرومتر، كاهش زاويه تماس با آب از 92/85 به 28/61 درجه، افزايش سختي از 5/278 به 2/470 ويكرز و افزايش چسبندگي از 09/1 به 95/5 مگاپاسكال شده است. همچنين نتايج آزمون زيست فعالي نشان داد كه بعد از 14 روز غوطه‌وري در محلول شبيه‌سازي بدن، يك‌لايه متراكم هيدروكسي آپاتيت تشكيل شد كه تأييدكننده قابليت زيست فعالي پوشش‌هاي سه‌جزئي هيدروكسي آپاتيت- تيتانيا-آلومينا در مقايسه با پوشش يك‌جزئي بود. نتايج كشت سلول‌هاي 63MG پس از پنج‌روز نشان داد كه پوشش سه‌جزئي هيدروكسي آپاتيت – تيتانيا – آلومينا داراي زيست‌پذيري (07/85 درصد كنترل) نسبتاً بالاتري نسبت به پوشش يك‌جزئي هيدروكسي آپاتيت (33/80 درصد كنترل) هستند. به‌طوركلي پوشش سه‌جزئي هيدروكسي آپاتيت –تيتانيا-آلومينا بر زيرلايه Ti-6Al-4Vباعث بهبود رفتار تريبولوژيكي و بيولوژيكي آن شد كه مي‌تواند براي كاشتني‌هاي ارتوپدي مطلوب باشد.

232233

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان