تأثیر مقدار و نوع نانو بیوسرامیک تقویت کننده بر خواص مکانیکی کامپوزیت آلیاژ پایه کبالت- بیوسرامیک نانومتری

در بین بیومواد مورد استفاده در کاشتنی های ارتوپدی، آلیاژهای پایه کبالت از جایگاه ویژه ای برخوردارند. علت استفاده گسترده از این آلیاژها خواص مکانیکی، مقاومت سایشی، مقاومت خوردگی و زیست سازگاری مناسب است. طول عمر کوتاه کاشتنی های مفصل ران به طور کلی ناشی از شل شدن کاشتنی است که به سبب ناهماهنگی و عدم انطباق ضریب کشسانی بین استخوان و کاشتنی فلزی و در نتیجه پدیده تنش سپری، پیوند ضعیف بین بافت میزبان و کاشتنی فلزی به علت سطح زیست خنثی، سایش و لق شدن در کاشتنی فلز- پلیمر پدید می آید. یک راه برای افزایش عمر و دوام کاشتنی فلزی در بدن می تواند کاهش ضریب کشسانی برای انطباق آن با استخوان باشد و همچنین می توان پیوند بین سلول های زنده و کاشتنی را از طریق بهبود ساختار یا ترکیب افزایش داد. در این راستا استفاده از نانوبیوسرامیک هایی نظیر فلوئورآپاتیت، هیدروکسی آپاتیت و فورستریت که از خواصی نظیر زیست سازگاری و زیست فعالی برخوردار می باشند و تهیه کامپوزیت می تواند موفقیت آمیز باشد. در این پژوهش کامپوزیت های زمینه آلیاژ کبالت- کرم- مولیبدن حاوی 15،10 و 20 درصد وزنی فلوئورآپاتیت، فورستریت و هیدروکسی آپاتیت به عنوان تقویت کننده تهیه شد و تأثیر نوع و مقدار نانوبیوسرامیک تقویت کننده بر خواص مکانیکی و رفتار زیستی کامپوزیت های تهیه شده، بررسی شد. جهت تهیه کامپوزیت ها؛ یک ساعت آسیاکاری به منظور مخلوط سازی زمینه و تقویت کننده بیوسرامیکی، پرس سرد پودرهای کامپوزیتی تحت فشار 750 مگاپاسکال و تف جوشی در دمای 1100 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت انجام شد. چگالی، سختی، استحکام فشاری، ضریب کشسانی و رفتار زیستی کامپوزیت های تهیه شده از جمله خواص مورد ارزیابی بود. ارزیابی خواص مکانیکی کامپوزیت ها نشان داد که ضریب کشسانی آلیاژ پایه کبالت تقویت شده با 15،10و20 درصد وزنی فلوئورآپاتیت، فورستریت و هیدروکسی آپاتیت به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. با افزایش مقدار تقویت کننده در کامپوزیت های تهیه شده ضریب کشسانی کاهش می یابد. این کاهش تأثیر زیادی در جلوگیری از پدیده تنش سپری دارد. نتایج همچنین نشان داد که استحکام فشاری کامپوزیت های آلیاژ پایه کبالت حاوی 10،15 و20 درصد وزنی فورستریت، فلوئورآپاتیت و هیدروکسی آپاتیت کمتر از استحکام فشاری آلیاژ پایه کبالت ریختگی است که این استحکام با افزایش مقدار تقویت کننده بیوسرامیکی کاهش می یابد. سختی کامپوزیت های تهیه شده نیز بیشتر از آلیاژ پایه کبالت ریختگی بود که با افزایش مقدار تقویت کننده سختی افزایش یافت. به طور کلی نتایج نشان داد که بیشترین چگالی، سختی، استحکام فشاری و ضریب کشسانی مربوط به کامپوزیت های آلیاژ پایه کبالت حاوی 10 درصد وزنی تقویت کننده بیوسرامیکی بود. بالاترین خواص مکانیکی مربوط به کامپوزیت های آلیاژ پایه کبالت تقویت شده با فورستریت نانومتری بود. ارزیابی رفتار زیستی کامپوزیت های تولید شده نشان داد که آلیاژ پایه کبالت زیست خنثی با افزودن نانوبیوسرامیک های زیست فعال به آن، زیست فعال شده و آپاتیت بر سطح تشکیل می شود و می تواند قابلیت پیوند با استخوان را بر خلاف آلیاژ پایه کبالت ریختگی داشته باشد. با افزایش مقدار تقویت کننده بیوسرامیکی (فاز زیست فعال) در کامپوزیت ها رسوبات آپاتیتی بیشتری بر سطح کامپوزیت ها تشکیل شد.