ساخت و مشخصه یابی بیوسرامیک نانو کریستالی فورستریت به روش فعال سازی مکانیکی

در سالهای اخیر برخی از سرامیک های شامل منیزیم و سیلیسیم در توسعه مواد کاشتنی استخوانی مورد توجه قرار گرفته اند. فورستریت از جمله این مواد بوده که اخیراً به عنوان یک بیوسرامیک مطرح شده است. علاوه بر این، نانوپودرفورستریت رفتار زیستی بهتری در مقایسه با فورستریت میکرونی نشان داده است. هدف از پژوهش حاضر، تهیه و مشخصه یابی پودر نانوساختار فورستریت به روش فعال سازی مکانیکی و ارزیابی خواص زیستی آن بود. مواد اولیه مورد استفاده در این تحقیق شامل پودر تالک، کربنات منیزیم، اکسید منیزیم، آمونیوم فلوراید و آمونیوم کلراید بود. از پودرهای آمونیوم فلورید و آمونیوم کلرید به عنوان عوامل تسریع کننده فرایند استفاده شد. مواد اولیه با نسبت مولی منطبق بر ترکیب فورستریت آسیاکاری شده و سپس تحت عملیات آنیل قرار گرفت. تأثیر عوامل مختلف از جمله زمان فعال سازی، دمای عملیات حرارتی، زمان عملیات حرارتی، استفاده از پودرهای اولیه کلسینه شده و پودرهای آمونیوم فلوراید و آمونیوم کلراید بر ساختار فازی و اندازه کریستالیت های پودر تولیدی بررسی شد. از تکنیک های مختلفی برای ارزیابی و مشخصه یابی محصولات تولیدی استفاده شد. از تکنیک پراش پرتو ایکس (xrd) به منظور بررسی ساختار فازی و تأیید حضور فازهای مطلوب در ترکیب بدست آمده و از آنالیز حرارتی همزمان (sta) برای ارزیابی حرارتی محصول تولیدی استفاده شد. به منظور بررسی مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات و آگلومره های پودرهای اولیه و تولیدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاده شد. همچنین مورفولوژی و اندازه کریستالیت های پودر فورستریت نانوساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) ارزیابی شد. همچنین توزیع اندازه ذرات پودر فورستریت تولیدی به کمک آزمون پراکنش دینامیکی نور (dls) ارزیابی شد. بمنظور بررسی میزان تخریب پذیری، پودر فورستریت نانوساختار تولید شده به صورت قرص درآمده و به مدت چهار هفته در محلول رینگر قرارداده شد. همچنین خواص زیست فعالی پودر نانوساختار فورستریت تولید شده پس از قرص زنی با قراردادن در محلول شبیه سازی شده بدن (sbf) به مدت چهار هفته ارزیابی شد. طیف سنج مادون قرمز با تبدیل فوریه (ftir) برای ارزیابی بنیان های موجود در سطح نمونه های غوطه ور شده در محلول شبیه سازی شده بدن مورد استفاده قرار گرفت. مورفولوژی و چگونگی رسوبات آپاتیت در سطح نمونه ها با روش میکروسکوپ الکترونی روبشی ارزیابی شد. آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (edx) جهت بررسی آپاتیت های تشکیل شده مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از طیف سنج جذب اتمی (aas) برای بررسی رهایش یونی نمونه ها و تأییدی بر تشکیل رسوبات آپاتیت، استفاده شد. با توجه به آزمون های صورت گرفته و نیز بررسی ترمودینامیکی سیستم، مکانیزم هایی جهت توضیح واکنش های صورت گرفته حین تشکیل پودر نانوساختار فورستریت به روش های مختلف، به عنوان فرضیه مطرح شد. نتایج نشان داد که بدون حضور یون های فلوئور و کلر، پودر تک فاز نانوساختار فورستریت پس از 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای اکسید منیزیم و تالک و یک ساعت عملیات حرارتی بعدی در 1000 درجه سانتی گراد با اندازه کریستالیت های 40 نانومتر حاصل می گردد. همچنین پودر فورستریت نانوساختار با 10 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات منیزیم و تالک و 10 دقیقه عملیات حرارتی بعدی در 1000 درجه سانتی گراد با اندازه کریستالیت های 30 نانومتر حاصل شد. حضور یون های فلوئور و کلر سبب کاهش زمان فعال سازی مکانیکی و زمان عملیات حرارتی شد. در مقابل اندازه کریستالیت های بدست آمده در نتیجه تغییر مکانیزم تشکیل فورستریت افزایش یافت. پودر فورستریت نانوساختار پس از 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات منیزیم و تالک و اضافه کردن آمونیوم فلوراید و مخلوط کردن آن ها برای 5 دقیقه توسط آسیا گلوله ای و یک ساعت عملیات حرارتی در 1000 درجه سانتیگراد با اندازه کریستالیت های 53 نانومتر بدست آمد. نیز فورستریت نانوساختار پس از 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات منیزیم و تالک و اضافه کردن آمونیوم کلراید و مخلوط کردن آن ها برای 5 دقیقه توسط آسیا گلوله ای و دو دقیقه عملیات حرارتی در 1000 درجه سانتیگراد حاصل شد. نتایج بدست آمده از آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده نشان داد که نانوپودر فورستریت بر خلاف فورستریت میکرونی، کاملاً زیست فعال بوده و به خوبی قابلیت تشکیل آپاتیت در محلول شبیه سازی شده بدن را دارد. نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن است که پودر فورستریت نانوساختار زیست فعال بوده و می تواند به عنوان یک ماده زیستی در مصارف پزشکی از جمله پر کردن عیوب استخوانی و مصارف تحت بار به کار رود.