ساخت و مشخصه¬یابی نانوکامپوزیت متخلخل زیست فعال پایه آلیاژ کبالت-کرم

عدم تطابق خواص مکانیکی آلیاژهای کاشتنی پایه کبالت موجب شل¬شدن در اثر تنش حفاظتی و زیست خنثی بودن این آلیاژ نیز سبب تشکیل بافت لیفی در اطراف آن پس از قرارگیری در محیط طبیعی بدن می¬شود. از طرف دیگر با استفاده از سرامیک¬ها و شیشه¬های زیست فعال با داشتن خواص زیست¬فعالی مناسب، و مواد متخلخل با خواص مکانیکی ویژه می¬توان خواص دلخواه متناسب با بافت استخوانی را طراحی و تامین نمود. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه یابی نانوکامپوزیت متخلخل پایه آلیاژ وایتالیم و سرامیک زیست¬فعال بود. به منظور آماده¬سازی و مشخصه¬یابی اجزا تشکیل دهنده نانوکامپوزیت متخلخل پایه کبالت، ابتدا پودر شیشه زیست¬فعال نانومتری s58 به روش سل-ژل تهیه و اثر دما بر خواص ساختاری، مکانیکی و زیست¬فعالی آن بررسی گردید. سپس از دو نوع آلیاژ پایه کبالت به عنوان ماده تشکیل دهنده زمینه، شامل پودرهای اتمیزه شده گازی وتراشه¬های حاصل از براده¬برداری شمش¬های کوچک ریختگی استفاده شد. در ادامه به منظور تغییر در اندازه ذرات و ساختار، هر دونوع آلیاژ آسیاکاری شدند. سپس اندازه دانه¬ها، چگالی نابجایی¬ها، درصد تغییرات فازی، تغییرات ریزسختی و نحوه توزیع اندازه ذرات بررسی و اندازه¬گیری شد. در مرحله بعد با توجه به نتایج حاصل شده از پودرهای اتمیزه شده- (p2)، پودرهای اتمیزه شده که به مدت 12 ساعت (mp2) و تراشه¬های حاصل از براده¬برداری شمش¬های کوچک ریختگی که به مدت 9 ساعت آسیاکاری شدند (mp1)، استفاده شد. به منظور بررسی اثر دما و زمان بر فرایند تف¬جوشی و اثر آن برخواص مکانیکی و مورفولوژی، از پودرهای p2 و دماهای 1100، 1150، 1200 و 1250 درجه سانتیگراد به مدت زمان¬های 3، 6، 9 و 12 ساعت استفاده شد. سپس به منظور بررسی اثر تغییر درصد تخلخل بر خواص مکانیکی از درصدهای تخلخل مختلف و از پودرهای p2، mp2 و mp1 استفاده گردید. در نهایت با توجه به نتایج حاصل، آزمون زیست¬فعالی در محلول شبیه¬سازی شده بدن انجام شد. پس از انجام کشت سلول، میزان سمیت با آزمون دی¬متیل تیازل دی فنیل تترازولیوم و بررسی میزان رشد و چسبندگی سلولی با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی برروی نانوکامپوزیت¬های متخلخل ساخته شده از پودرهای p2 و mp2 انجام پذیرفت. بررسی اثر دما بر شیشه زیست¬فعال s58، حاکی از تبدیل شیشه به ماده سرامیکی در دمای بالاتر از 918 درجه سانتیگراد، کاهش خاصیت زیست¬فعالی و حفظ آن و همچنین افزایش خواص مکانیکی بود. بررسی اثر آسیاکاری بر پودرهای فلزی، نشانگر کاهش اندازه ذرات، کاهش اندازه دانه¬ها، افزایش چگالی نابجایی¬ها، افزایش ریزسختی و افزایش درصد فاز منشور شش وجهی متراکم (hcp) به سرعت و در روندی غیر مشابه برای دو نوع آلیاژ بود. نتایج سنجش استحکام و درصد تخلخل¬های بدست آمده از کامپوزیت¬های ساخته شده از پودر p2 حاکی از وجود رابطه¬ای منطقی بین آن¬ها بود به طوری که سرعت افزایش استحکام با کاهش درصد تخلخل طبق رابطه¬ای مشخص افزایش می¬یافت. نتایج فاز شناسی با پراش پرتو ایکس، بررسی¬های ریزساختار و ریزسختی نشان دهنده¬ی عدم تغییرات فازی، رسوب ذرات کاربیدی غنی از کرم و مولیبدن در مرزدانه¬ها در دمای 1250 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت و کاهش ریزسختی بود. علاوه بر این، تغییرات اندازه منطقه گلویی نشان¬گر حاکم بودن مکانیزم دیفوزیون حجمی بر فرایند تف¬جوشی در دمای 1250 درجه سانتیگراد بود. بررسی سطح شکست بعد از آزمون تنش-کرنش فشاری نشان¬گر وجود مورفولوژی¬های شکست بین دانه¬ای، نرم و تورقی است که در اثر دگرگونی فاز مکعبی با وجوه مرکزدار (fcc) به hcp اتفاق می¬افتد. شکل منحنی¬های تنش-کرنش فشاری نمونه¬های کامپوزیتی ساخته شده توسط پودر mp2 و mp1 به ترتیب متفاوت و مشابه با منحنی¬های کامپوزیتی ساخته شده توسط پودر p2 بود. همچنین استحکام فشاری و ضریب کشسانی نمونه¬های کامپوزیتی ساخته شده توسط پودر mp2 افزایش و نمونه¬¬های کامپوزیتی ساخته شده توسط پودر mp1 کاهش محسوسی را نسبت به کامپوزیت¬های ساخته شده از پودر p2 نشان می¬داد. بررسی تغییرات درصد تخلخل نسبی برحسب ضریب کشسانی نسبی نشان¬گر وجود رابطه¬ای متفاوت با مکانیزم تئوری پیشنهاد شده توسط گیبسون-اشبی بود. نتایج نشان داد که خواص مکانیکی نمونه¬های ساخته شده از پودر p2 و mp2 با خواص مکانیکی تعیین شده برای کاشتنی¬های جایگزین استخوان متراکم تناسب دارد. بررسی¬های غوطه¬وری در محلول شبیه¬سازی شده بدن حاکی از رشد بلور¬های آپاتیت بر سطح نمونه¬های نانوکامپوزیتی متخلخل و نشان¬گر وجود خواص زیست¬فعالی این نمونه¬ها است. در نهایت نتایج سمیت شناسی و کشت سلول نشان¬گر عدم مرگ سلولی و همچنین تکثیر، چسبندگی و رشد سلول¬ها بر سطح و درون تخلخل¬های نمونه¬های نانوکامپوزیت متخلخل بود