۱۳۹۵-نرگس صفری

نرگس صفری

ایمیل:  ngs.safari1991@gmail.com

• کارشناسی ارشد (95-98): ساخت و ارزیابی نانوکامپوزیت آنتی باکتریال تخریب­پذیر بر پایه منیزیم برای کاشتنی­های ارتوپدی

چکیده

شکستگی و از بین رفتن استخوان یکی از مهمترین چالش­های بشر در طول زندگی است که منجر به محدودیت­های حرکتی و نقص عضو می­شود. در سال­های اخیر، به منظور ترمیم و رفع شکستگی استخوان، انواع کاشتنی­های تخریب­ناپذیر و تخریب­پذیر ساخته شد. با توجه به نقش مهم منیزیم در فرایندهای متابولیکی بدن انسان، منیزیم از جمله مهمترین مواد برای ساخت کاشتنی­های تخریب­پذیر است. با وجود این، سرعت خوردگی بالا در محیط بدن و خواص مکانیکی ضعیف منیزیم نسبت به استخوان، منجر به توسعه آلیاژ و کامپوزیت­های بر پایه منیزیم با سرعت تخریب پایین­تر و خواص مکانیکی بهتر شده است. از دیگر محدودیت­های کاشتنی­های پایه فلزی، ایجاد التهاب و عفونت در محل کاشت است. به همین منظور کاشتنی­های فلزی که ذاتا دارای خاصیت ضدباکتری است، مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مواد با خاصیت ضدباکتری میتوان مس و نانوذرات گرافن را نام برد. بر این اساس، هدف از پژوهش حاضر، ساخت نانوکامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن با استفاده از فرایند تف­جوشی جرقه­ای و ارزیابی خواص و بهینه­سازی آن به منظور دستیابی به نرخ تخریب کنترل شده، خواص مکانیکی اصلاح شده و خواص زیستی و ضدباکتری مطلوب است. بدین منظور، در ابتدا،آلیاژ منیزیم-آلومینیوم-مس حاوی مقادیر مختلف مس (25/0، 5/0 و 1 درصد وزنی) ساخته و غلظت مس موجود در آلیاژ بهینه سازی شد. به منظور ایجاد توزیع یکنواختی از عناصر آلیاژی در زمینه منیزیم، در ابتدا پودرهای آلومینیوم و مس با درصدهای مختلف مس (20، 33 و 50 درصد وزنی) و در زمان­های مختلف آسیاکاری (10، 20 و30 ساعت) ساخته و بهینه سازی شد. در ادامه، بعد از ساخت آلیاژ منیزیم-آلومینیوم-مس به کمک روش پلاسمای جرقه­ای، اثر افزودن درصدهای وزنی مختلف مس بر خواص مکانیکی، تخریب، زیستی و ضدباکتری آلیاژهای منیزیم-آلومینیوم-مس، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزودن 25/0 درصد وزنی مس، رسوبات Al₂Cu توزیع مناسب­تری نسبت به سایر آلیاژها در زمینه منیزیم دارد. همچنین نتایج حاصل از آزمون فشار بر این آلیاژها نشان داد که افزودن 25/0 درصد وزنی مس، منجر به افزایش استحکام فشاری از 9±167 مگاپاسکال(در منیزیم خالص) تا 2±232 مگاپاسگال شد. همچنین، حضور 25/0 درصد وزنی مس منجر به کاهش قابل توجه نرخ تخریب منیزیم از 039/0 سانتی­متر بر ساعت به تا 00584/0 سانتی­متر بر ساعت شد. به علاوه، درصد زیست پذیری سلول­های MG63 در تماس با آلیاژ منیزیم-آلومینیوم-25/0 درصد وزنی مس (8/11±3/161 درصد کنترل) به طور قابل توجهی بالاتر از آن در تماس با منیزم خالص (5/2±9/129 درصد کنترل) شد. علاوه بر این، در حالی که منیزیم هیچ رفتار آنتی­باکتریایی از خود نشان نداد، آلیاژ منیزیم-آلومینیوم-25/0 درصد وزنی مس رفتار آنتی­باکتریایی قابل توجهی از خود نشان داد. در مرحله بعدی، نانوکامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن حاوی دو غلظت مختلف از نانوذرات گرافن(18/0 و 5/0 درصد وزنی) به منظور اصلاح خواص تخریب، زیستی و ضدمیکروبی آلیاژ منیزیم-آلومینیوم-مس ساخته شد. نتایج نشان داد که در حالی که خواص مکانیکی نانوکامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن بهبود قابل توجهی نسبت به آلیاژ منیزیم –آلومینیوم-مس نشان نداد، نرخ تخریب در نانوکامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن حاوی 18/0 درصد وزنی گرافن به کمتر از 00133/0 سانتی­متر بر ساعت کاهش یافت. همچنین، درصد زیست­پذیری سلول­های استخوانی MG63 در تماس با نانوکامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن حاوی 18/0 درصد وزنی گرافن (بعد از سه روز) تا 24±23/208 درصدکنترل، افزایش یافت. علاوه بر این، نانوکامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن حاوی 18/0 درصد وزنی گرافن سبب افزایش قابل توجه قطر هاله عدم رشد (7/4 برابر در مقایسه با آلیاژ منیزیم-آلومینیوم-مس) شد. بر این اساس نانوکامپوزیت­های منیزیم-آلومینیوم-مس/گرافن می­تواند پتانسیل زیادی برای کاربرد به عنوان کاشتنی جهت ترمیم استخوان آسیب دیده داشته باشد.