محبوبه صادقی
ایمیل: m.sadeghi1512@gmail.com
- کارشناسی ارشد (94-97): اصلاح سطحی آلیاژ پایه تیتانیوم (Ti6AL4V) با استفاده از میکروبافت- پوشش نانوکامپوزیتی و ارزیابی رفتار تریبولوژیکی و بیولوژیکی آن برای کاربرد در کاشتنیهای مفصل زانو
چکیده
امروزه با پیشرفت تکنولوژی و افزایش عمر بشر، بیماریهای وابسته به کهولت سن مانند بیماریهای مفاصل رو به افزایش است. یکی از مهمترین و موثرترین روشهای درمان این بیماریها، به ویژه در مراحلی که آسیب شدید است، تعویض کلی مفصل یا آرتروپلاستی میباشد. آلیاژ Ti6Al4V از جمله مواد زیستی مصرفی مورد استفاده برای کاشتنیهای مفصل زانو و لگن میباشد. چالش اصلی در زمینه استفاده از این آلیاژ، رفتار تریبولوژیکی ضعیف و زیست خنثی بودن آن میباشد. هدف از پژوهش حاضر بهبود رفتار سایشی و زیستی آلیاژ Ti6Al4V از طریق استفاده همزمان از تغییر توپوگرافی سطح کاشتنی توسط لیزر و اعمال پوشش روانکار دولایه اکسید گرافن/پلیوینیل پیرولیدان در سطح آن است. به این ترتیب ابتدا میکرو بافتهای حفرهای با چگالی سطحی مختلف توسط لیزر بر سطح ایجاد شد، تاثیر سرعت روبش پرتوی لیزر (10-5/0 میلیمتر بر ثانیه) بر خواص مکانیکی، شیمیایی، زیستی و تریبولوژیکی ارزیابی شد و نمونه بهینه انتخاب شد. در ادامه، پوششدهی اکسید گرافن توسط روش الکتروفورتیک با سوسپانسیونیهای آبی و غیرآبی انجام شد. در این بررسی، تاثیر نوع حلال ( آب: اتانول با درصدهای حجمی مختلف، آب و ایزوپروپانول)، غلظت اکسیدگرافن در سوسپانسیون (5/0 و 1 گرم بر لیتر) و ولتاژ (10، 30، 60 و 90 ولت) و زمان ( 5 و10 دقیقه) الکتروفورتیک بر خواص پوشش نهایی بررسی و پوشش بهینه انتخاب شد. در مرحله بعدی، پوششدهی پلیوینیل پیرولیدان به همراه تانیک اسید توسط روش الکتروفورتیک با استفاده از سوسپانسیونی شامل غلظتهای مختلف پلیمر(3/0، 5/0 و 1گرم بر لیتر) و تانیک اسید (2/0، 3/0، 5/0 و 1گرم بر لیتر) تحت ولتاژ 30 ولت و زمانهای مختلف (3، 5 و 10 دقیقه) انجام و پارامترهای بهینه فرآیند الکتروفورتیک برای پوشش پلیمری پس از بررسی مورفولوژی پوششهای حاصل انتخاب شد. در انتها، تاثیر همزمان ایجاد میکروبافت حفرهای و پوشش دولایه اکسید گرافن/پلیوینیل پیرولیدان بر خواص تریبولوژیکی و زیستی ارزیابی شد. نتایج بررسی تاثیر سرعت روبشی پرتو در فرآیند لیزر و ایجاد میکروبافت بر خواص سطحی آلیاژ، نشان داد که نمونه در سرعت روبش 5 میلیمتر بر ثانیه با قطر میکروحفرات 5/5± 190 میکرومتر و چگالی سطحی حفرات 56/0 ± 2/21 درصد، از نظر سختی، خواص زیستی و تریبولوژیکی دارای شرایط بهینه میباشد. سختی بیشینه 21 ± 635 ویکرز،کمترین کاهش جرم (5/2 ± 1/13 میلیگرم) در مسافت 1000 متر نسبت به نمونه بدون میکروبافت (5/3 ± 97/13 میلیگرم) در آزمون سایش و بیشینه کسرسطحی اشغال شده توسط سلول نسبت به نمونه بدون میکروبافت (5/3 برابر) گویای این مطلب بود. همچنین، ایجاد میکروبافت حفرهدار با شرایط بهینه منجر به تغییر مکانیزم سایش از خراشان و تغییر فرم پلاستیک ورقه ای (در نمونه بدون میکروبافت) به سایش خراشان شد. ضریب اصطکاک پایدارتر نسبت به نمونه بدون میکروبافت از جمله نتایج بدست آمده برای نمونه بهینه لیزر بود. بررسی نتایج مربوط به پوششدهی اکسیدگرافن نشان داد، سوسپانسیون حاوی 5/0 گرم بر لیتر اکسیدگرافن در ایزوپروپانول، ولتاژ 90 ولت و زمان 10 دقیقه پارامترهای بهینه برای تهیه پوششی یکنواخت از اکسید گرافن بود. همچنین، پوشش یکنواختی از پلیوینیل پیرولیدان توسط سوسپانسیونی حاوی 5/0 گرم بر لیتر پلیوینیل پیرولیدان و 3/0 گرم برلیتر تانیک اسید در اتانول و ولتاژ 30 ولت و زمان 10 دقیقه بدست آمد. در ادامه، پوشش دولایه نانوکامپوزیتی با استفاده از دو مرحله فرآیند الکتروفورتیک (اکسید گرافن و در ادامه پلیوینیل پیرولیدان) تهیه شد. نتایج کشت سلولهایMG63 پس ازپنج روز، نشان داد که پوشش کامپوزیتی دولایه دارای بیشینه درصد زیست پذیری (27±185درصد کنترل) نسبت به Ti6Al4V حاوی میکروبافت حفرهای و پوشش اکسیدگرافن بود. نتایج آزمون سایش نشان داد که افزایش بار اعمالی در نمونه بدون میکروبافت باعث افزایش ضریب اصطکاک شد؛ در حالیکه افزایش بار در نمونه بهینه لیزر دارای پوشش اکسیدگرافن باعث کاهش ضریب اصطکاک گردید. همچنین، در بار بهینه چهار نیوتن، کاهش سه برابری ضریب اصطکاک برای نمونه بدون میکروبافت دارای پوشش اکسیدگرافن وکاهش فوقالعاده 11 برابری (نسبت به نمونه بدون میکروبافت) ضریب اصطکاک در نمونه حاوی میکروبافت حفرهای بهینه پوشش دهی شده با اکسیدگرافن از حدود 55/0 به 05/0 مشاهده شد. همچنین ضریب اصطکاک پوشش کامپوزیتی (15/0) نیز کاهش چشمگیری نسبت به نمونه بدون میکروبافت داشت. به این ترتیب، میتوان گفت، استفاده همزمان از دو فرآیند اصلاح سطح توسط تغییر توپوگرافی بوسیله فرآیند لیزر و پوشش روانکار ( اکسیدگرافن و اکسیدگرافن/پلیوینیل پیرولیدان) با بهبود رفتار سایشی و زیستی، میتواند برای کاربرد در پروتز مفصل زانو مفید باشد.
