ساخت و مشخصه یابی نانو کامپوزیت پلی اتیلن- فورستریت

چکیده در سال های اخیر استفاده از نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری جهت تعمیر نواقص و آسیب های موجود در بافت استخوان و همچنین توسعه مواد کاشتنی استخوانی مورد توجه قرار گرفته اند. این در حالی است که به تازگی مشخص شده است که استخوان خود یک نانو کامپوزیت با زمینه پلیمری از نوع کلاژن و هیدروکسی آپاتیت به صورت تقویت کننده می باشد. به همین دلیل نانو کامپوزیت کلاژن و هیدروکسی آپاتیت شبیه ترین نانو کامپوزیت به استخوان می باشد. اما به دلیل محدودیت منابع و روش های تولید کلاژن و همین طور نقص این کامپوزیت در تحمل بارهای کششی زیاد و همین طور اثبات زیست فعالی فورستریت به عنوان یک نانو سرامیک زیست سازگار و اینکه خواص مکانیکی آن بهتر از نانو هیدروکسی آپاتیت می باشد، نانو کامپوزیت پلی اتیلن- فورستریت را به عنوان یک محصول جایگزین کامپوزیت کلاژن و هیدروکسی آپاتیت مطرح کرده است. این در حالی است که پلی اتیلن یک پلیمر با دسترسی بسیار بالا می باشد. هدف از انجام این پژوهش، تهیه و مشخصه یابی نانو کامپوزیت پلی اتیلن- فورستریت بود. مواد اولیه مورد استفاده در این پژوهش، تالک، کربنات منیزیم و پلی اتیلن(uhmwpe) بود. ابتدا پودر تالک و کربنات منیزیم جهت تولید فورستریت به نسبت مولی مشخص با یکدیگر مخلوط و آسیاکاری شد وسپس به مدت زمان 10 دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد حرارت داده شد. سپس فورستریت تهیه شده با این روش تحت آزمون های (xrd)، به منظور بررسی ساختار فازی، (sem)، به منظور بررسی مورفولوژی و توزیع ذرات و آزمون زیست فعالی، در طول چهار هفته در محلول (sbf) به منظور سنجش زیست فعالی، قرار گرفت. سپس فورستریت تولید شده به این روش، با استفاده از آسیاب مکانیکی با پودر پلی اتیلن مخلوط شده و سپس با دو روش پرس و اکستروژن تبدیل به کامپوزیت با چهار درصد حجمی فورستریت گردید. کامپوزیت های تهیه شده با این دو روش سپس تحت آزمون (xrd) جهت بررسی ساختار فازی و تأیید حضور فازهای مطلوب قرار گرفت. به منظور بررسی مورفولوژی و توزیع ذرات فورستریت در زمینه پلی اتیلن از آزمون (sem) استفاده گردید. به منظور سنجش زیست فعالی نانو کامپوزیت های تهیه شده به مدت 28 روز در محلول شبیه سازی شده بدن (sbf) مورد آزمون زیست فعالی قرار گرفت. کامپوزیت ها، پس از آزمون زیست فعالی دوباره تحت آزمون های (xrd) جهت بررسی و تعیین فازهای حاصل از انجام آزمون زیست فعالی و آزمون (sem) و آنالیز عنصری (edx) به منظور بررسی مورفولوژی محصولات آزمون زیست فعالی قرار گرفت. نانوکامپوزیت های پلی اتیلن- فورستریت تولید شده با استفاده از اکستروژن، همچنین تحت آزمون کشش به منظور بررسی خواص مکانیکی کششی آن ها و همچنین مقایسه آن ها با خواص مکانیکی کششی استخوان و نانو کامپوزیت های مشابه با زمینه پلی اتیلن قرار گرفت. نتایج حاکی از تشکیل کریستالیت های فورستریت با ابعاد 30 نانو متر پس از 10 ساعت آلیاژسازی مکانیکی و سپس حرارت در 1000 درجه سانتی-گراد به مدت 10 دقیقه بود. همچنین نتایج حاکی از حضور کریستالیت های فورستریت با اندازه 30 نانومتر و با توزیع نسبتا مناسب در زمینه پلی اتیلن بود. نتایج حاصل از آزمون زیست فعالی حاکی از این بود که نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- فورستریت دارای قابلیت تشکیل هیدروکسی آپاتیت در تماس با محلول شبیه سازی شده بدن می باشند ولی این خاصیت نسبت به سایر نانو کامپوزیت ها با زمینه پلی اتیلن پایین تر بود و در بین نانو کامپوزیت های تهیه شده نانو کامپوزیت با 40 درصد حجمی فورستریت دارای بیشترین خاصیت زیست فعالی بود. نتایج حاصل از تست کشش بر روی نمونه های کامپوزیتی حاکی از افزایش مدول الاستیسیته با افزایش درصد حجمی کریستالیت های فورستریت در زمینه پلی اتیلن بود و از این لحاظ نانو کامپوزیت با 40 درصد حجمی فورستریت دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به بقیه نانو کامپوزیت ها با درصدهای پایین تر فورستریت بود. همچنین نانو کامپوزیت با 40 درصد حجمی فورستریت دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به نانو کامپوزیت های دیگر با زمینه پلی اتیلن بود چرا که دارای خواص مکانیکی کششی شبیه تری تسبت به خواص مکانیکی کششی بافت طبیعی استخوان خصوصا استخوان غشایی بود. کلمات کلیدی: نانو کامپوزیت، فورستریت، پلی اتیلن، اکستروژن، پرس، مدول الاستیسیته، زیست فعال.