۱۳۹۴-محبوبه صادقی

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.