۱۳۹۶-شادی صالحی

مقطع:

Graduated

شادی صالحی

کارشناسی ارشد (96-99): ساخت و مشخصهیابی پوشش نانوکامپوزیتی فلوئورآپاتیت-اکسید روی-اکسید گرافن بر تیتانیم توسط فرآیند پلاسما اسپری برای کاشتنیهای دندانی

چکیده

امروزه با افزایش جمعیت افراد مسن، کارایی کمتر پروتزهای دندانی و از دست دادن دندانها در اثر عوامل مختلف، استفاده از کاشتنیهای دندانی افزایش یافته است. چالشهای موجود در کاشتنیهای دندانی منجر به تولید کاشتنیهایی که هم از لحاظ بیولوژیکی و هم از لحاظ تریبولوژیکی رفتار مناسب داشته باشند، شده است. آلیاژ تیتانیم Ti6Al4V از جمله مواد زیستی است که به واسطه مدول یانگ نزدیک به استخوان طبیعی و زیست سازگاری عالی از اهمیت بالایی برای ساخت کاشتنیهای دندانی برخوردار است. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصهیابی پوشش نانوکامپوزیتی فلوئورآپاتیت-اکسید روی-اکسید گرافن بر تیتانیم توسط فرآیند پلاسما اسپری برای کاشتنیهای دندانی است. در این راستا، ابتدا پودر نانوکامپوزیتی فلوئورآپاتیت-اکسید روی با غلظتهای مختلف اکسید روی (0، 4، 8، 11 و 15 درصد وزنی) توسط آلیاژسازی مکانیکی سنتز شد. با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس، طیف سنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس و آزمون طیف سنجی مادون قرمز سنتز فلوئورآپاتیت-اکسید روی تایید شد. با افزایش غلظت اکسید روی، اندازه بلورک (از 32 به 19 نانومتر)، درجه بلورینگی (از 34 به 29 درصد)، پارامتر شبکه c (از 693/0 به 681/0 نانومتر) و اندازه ذرات (از 8±51 به 3±38 نانومتر) کاهش یافت. مورفولوژی ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی بررسی شد و مشاهده شد که اکسید روی بر مورفولوژی فلوئورآپاتیت بیتاثیر است. همچنین نتایج زیست فعالی نانوپودرها از طریق غوطهوری در محلول شبیه سازی شده بدن نشان داد که با افزایش غلظت اکسید روی تا 11 درصد وزنی، میزان رسوب آپاتیت افزایش مییابد. علاوه بر این تاثیر اکسید روی بر رفتار سلولهای MG63 بررسی شد. نتایج حاصل از آزمون MTT نشان داد که تمام نمونهها از رشد سلول پشتیبانی میکنند. و حضور اکسید روی نقش مستقیمی در رشد و تکثیر استئوبلاست دارد. همچنین، حضور 8 درصد وزنی اکسید روی (4±135 درصد کنترل) زیست سازگاری بالاتری را نسبت به فلوئورآپاتیت خالص (2±59 درصد کنترل) در روز سوم نشان داد. نتایج ضدباکتری نشان داد که فلوئورآپاتیت هیچگونه خاصیت آنتیباکتریال از خود نشان نداد، در حالی که حضور اکسید روی باعث افزایش قابل توجه این خاصیت شد. اکسید روی بر هر دو نوع باکتری گرم مثبت و گرم منفی اثر مثبت نشان داد و حضور 11 درصد وزنی اکسید روی بیشترین منطقه مهاری را ایجاد کرد. از آنجایی که هدف از حضور اکسید روی، افزایش خاصیت آنتی باکتریال نانوکامپوزیت بود، نمونه فلوئورآپاتیت-11 درصد وزنی اکسید روی که دارای بالاترین خاصیت آنتیباکتریال بود، به عنوان نمونه بهینه انتخاب شد. در ادامه نانوکامپوزیت فلوئورآپاتیت-اکسید روی-اکسید گرافن توسط آلیاژسازی مکانیکی آماده شد و به منظور رسیدن به مورفولوژی کروی و اندازه ذرات مناسب جهت پاشش پلاسمایی، تحت فرآیند خشککن پاششی قرار گرفت. تحت این فرآیند ذراتی به اندازه 10±83 میکرومتر حاصل شد. پس از آن ذرات نانوکامپوزیت فلوئورآپاتیت-اکسید روی-اکسید گرافن تحت پارامترهای مختلف جریان (650، 700 و 750 آمپر)، ولتاژ (35 و 42 ولت) و زمان (2، 5/2، 3، 5/3 دقیقه) بر زیرلایه تیتانیم پوشش داده شد. تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از موفولوژی و ضخامت پوشش نشان داد که جریان 700 آمپر، ولتاژ 42 ولت و زمان 2 دقیقه پارامترهای بهینه برای فرایند پوششدهی هستند. جهت بررسی تاثیر اکسید گرافن بر خواص پوشش، پوشش فلوئورآپاتیت-اکسید روی با پارامترهای بهینه بر زیرلایه تیتانیم پوشش داده شد و خواص چسبندگی، زبری، ریزسختی و ترشوندگی آنها بررسی شد. نتایج نشان داد که حضور اکسید گرافن باعث افزایش ریزسختی (از 16±7/449 به 41±2/761 ویکرز)، کاهش زبری (از 46/0±4/6 به 28/0±1/4 میکرومتر) و کاهش زاویه تماس با آب (از 3/3±81 به 5±58 درجه) شد. همچنین بررسیهای تریبولوژیکی پوششها نشان داد که حضور اکسید گرافن باعث کاهش ضریب اصطکاک (از 6/0 به 4/0) و کاهش سایش (از 02/58 به 10/24 میلیگرم) پوشش شد. مکانیزم سایش در دو نوع پوشش تغییری نکرد و تنها شدت سایش کاهش یافت. سایش با مکانیزم ورقهای شروع شد و در ادامه به علت وجود ذرات سایشی، سایش خراشان نیز حادث شد. نتایج کشت سلولهای MG63 پس از پنج روز نشان داد که پوشش فلوئورآپاتیت-اکسید روی-اکسید گرافن دارای درصد زیست پذیری (14±7/158 درصد کنترل) بالاتری نسبت به تیتانیم (5/7±92 درصد کنترل) بود. هچنین نتایج آزمون زیست فعالی نشان داد که بعد از 14 روز غوطهوری در محلول شبیه سازی شده بدن، یک لایه متراکم هیدروکسیآپاتیت تشکیل شد که تایید کننده قابلیت زیست فعالی پوشش فلوئورآپاتیت-اکسید روی –اکسید گرافن بود. به طور کل، پوشش فلوئورآپاتیت-اکسید روی-اکسید گرافن بر زیرلایه تیتانیم باعث بهبود رفتار تریبولوژیکی و بیولوژیکی آن میشود که میتواند برای کاشتنیهای دندانی مطلوب باشد.