تولید و مشخصه یابی پودر و پوشش نانوساختار تیتانات کلسیم به روش سل ـ ژل و بهبود رفتار زیست فعالی آن

چکیده به تازگی ماده جدیدی با نام تیتانات کلسیم در حوزه علم بیومواد و مرتبط با کاشتنی های ارتوپدی مورد استفاده در بدن معرفی شده است. این ماده، بیوسرامیکی با خواص مکانیکی مطلوب و رفتار زیستی قابل قبول است. اما بر خلاف انتظار، زیست فعالی تیتانات کلسیم ساخته شده به روش سل- ژل در پژوهش های قبلی تایید نشده و یا مورد تردید واقع شده است. هدف از این پژوهش تهیه و مشخصه یابی پودر نانوساختار تیتانات کلسیم به کمک روش سل- ژل با استفاده از پیش سازهای جدید، ایجاد پوشش نانوساختار این ماده با استفاده از روش سل- ژل غوطه وری بر زیرلایه های تیتانیومی و نیز بررسی تأثیر ساختار نانو بر رفتار زیست فعالی و بهبود آن در این بیوسرامیک بود. برای تولید پودر نانوساختار از تیتانیوم ایزوپروپوکساید و نیترات کلسیم به عنوان مواد اولیه استفاده شد. از عملیات گرمادهی سریع برای تهیه پودر نانوساختار بر ژل خشک در دماهای 520 تا1000 درجه سانتی گراد استفاده شد. برای تولید پوشش نانوساختار تیتانات کلسیم از همان مواد اولیه مورد استفاده برای تولید پودر استفاده شده و پوشش نانوساختار به روش سل- ژل غوطه وری و با استفاده از عملیات گرمادهی سریع در 800 درجه سانتی گراد بر روی زیرلایه تیتانیوم خالص تجارتی اعمال گردید. تکنیک پراش پرتو ایکس (xrd) به منظور تأیید حضور فازهای مطلوب در ترکیب مورد استفاده قرار گرفت. به کمک آنالیز حرارتی کالری متری روبشی افتراقی (dsc)، خواص حرارتی ژل خشک شده ارزیابی شد. طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (ftir) نیز برای آنالیز بنیان های موجود در پودر حاصل استفاده گردید. مورفولوژی، ریزساختار و همچنین ترکیب شیمیایی سطحی نمونه ها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) به همراه سیستم آنالیز تفکیک انرژی پرتوی ایکس (edx) بررسی شد. به منظور ارزیابی آزمایشگاهی زیست فعالی پودر و پوشش تیتانات کلسیم، نمونه ها به مدت 4 هفته در محلول شبیه سازی شد? بدن (sbf) غوطه ور گردید. برای اندازه گیری غلظت محلول حاوی نمونه های غوطه ور شده آزمون یون سنجی با روش طیف سنجی جذب اتمی (aas) و همچنین روش اسپکتروفوتومتری مورد استفاده قرار گرفت. آزمون آنالیز حرارتی dsc روشن ساخت که فاز کریستالی تیتانات کلسیم در دمای 514 درجه سانتی گراد و بالاتر، تشکیل می گردد. ارزیابی ساختاری(فازی) با تکنیک xrd نشان داد دمای بهینه انجام عملیات گرمادهی سریع برای تولید پودر نانوساختار خالص تیتانات کلسیم با ساختار کریستالی پرووسکایت 800 درجه سانتی گراد است. اندازه بلورک های پودر با کمک روش شرر بین 56- 63 نانومتر را تخمین زده شد. آنالیز طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ftir) آشکار ساخت که گروه های موثر در زیست فعالی نظیر گروه هیدروکسیل (oh¯)و باند ti-oh در ساختار پودر حاصل حضور دارند. تصاویر sem به دست آمده از پودر نشان داد آگلومره های کروی شکل با توزیع یکنواخت تشکیل شده اند. همچنین نتایج آنالیز xrd انجام شده بر پوشش تهیه شده تأیید کرد با انجام عملیات گرمادهی سریع در 800 درجه سانتی گراد به مدت 8 دقیقه، پوشش تیتانات کلسیم نانوساختار با ساختار کریستالی پرووسکایت بر زیرلایه تیتانیومی تشکیل می شود. به علاوه تصاویر sem به دست آمده از پوشش تیتانات کلسیم نشان داد پوششی یکنواخت و عاری از ترک با ضخامت 3 میکرون و اندازه بلورک های کمتر از 100 نانومتر تشکیل شده است. نتایج ارزیابی آزمایشگاهی زیست فعالی حاصل از آنالیزهای xrd ، ftir ، edx و یون سنجی نشان داد که فاز کلسیم فسفات (آپاتیت) بر روی سطح پودر تشکیل شده است. همچنین تصاویر sem نمونه پوشش غوطه ور شده در در محلول شبیه سازی شد? بدن (sbf) از ایجاد رسوبات سطحی کلسیم فسفات و کاهش زبری سطح خبر داد. یافته های پژوهش حاضر نشان داد که بر خلاف پژوهش های قبلی، تیتانات کلسیم نانوساختار تولید شده با روش سل- ژل زیست فعال بوده و با توجه به خواص مکانیکی مطلوب و زیست سازگاری قابل قبول، می تواند درکاربردهای زیستی پزشکی به ویژه در کاشتنی های تحت بار مورد استفاده قرار گیرد.