رفتن به محتوای اصلی
x
ایجاد پوشش كامپوزیتی حاوی نانوذرات شیشه زیست فعال - دارو بر زیرلایه آلیاژ منیزیم AZ31 به روش اكسیداسیون الكترولیتی پلاسمایی
تاریخ دفاع
استاد

كيوان رئيسي

دانشکده
مهندسی مواد

به منظور بهبود عملکرد زیستی و کنترل نرخ تخریب آلیاژ منیزیمAZ31، پوشش‌ اکسیدی حاوی نانوذرات شیشه زیست فعال (BG) با استفاده از روش پوشش دهی اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) روی سطح آن ایجاد شد. بدین منظور، ابتدا نانوذرات BG از طریق روش سل ژل سنتز و سپس با پلی دوپامین (BG/PDA) اصلاح سطح شدند. در ادامه، نانوذرات با و بدون اصلاح سطح در یک الکترولیت قلیایی فسفاتی پراکنده و سپس توسط فرایند PEO تحت شکل موج‌های تک‌قطبی و دوقطبی وارد ترکیب پوشش شدند. بررسی مورفولوژی سطحی توسط SEM نشان داد که تمامی پوشش‌ها دارای سطحی متخلخل به شکل دهانه‌های آتشفشانی هستند. پوشش PEO تولید شده تحت شکل موج تک قطبی دارای میکروحفرات بزرگ‌تری است. در شکل موج دوقطبی، اعمال چرخه‌ کاتدی به دو دلیل کاهش شدت تخلیه در هر چرخه آندی و همچنین تصادفی‌سازی   شکست‌های آندی باعث کاهش اندازه حفرات شده است. با افزودن نانوذرات BG در الکترولیت، این نانوذرات در میکروحفرات پوشش‌ نفوذ کرده‌اند. نانوذرات BG به دلیل بار سطحی منفی در حین فرایند به طور مؤثر به سمت الکترود مثبت (آند) سوق داده شده‌اند اما به دلیل تمایل بالای نانوذرات BG به آگلومره شدن، میزان ورود آن‌ها به پوشش کم است. برهمکنش PDA با سطح نانوذرات BG، پایداری آن‌ها در الکترولیت را بهبود بخشیده و منجر به مشارکت بیشتر آن‌ها در پوشش شده است. بیشترین میزان ورود نانوذرات BG/PDA   به پوشش‌ها در شکل موج دوقطبی به دلیل وجود هر دو بار سطحی منفی و مثبت نانوذرات BG/PDA   بوده است. نتایج آنالیز عنصری به وضوح نشان داد که با افزودن نانوذرات BG/PDA، میزان عناصر کلسیم و سیلیسیم ناشی از ترکیبات BG در پوشش‌ها به ویژه تحت شکل‌موج دوقطبی به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است که حاکی از ورود بیشتر نانوذرات BG/PDA به درون پوشش است. بررسی الگوی XRD پوشش‌ها نشان داد که پوشش‌های PEO   حاوی نانوذرات در مقایسه با پوشش‌های بدون نانوذره تغییری نکرده و دارای هیچ پیکی مربوط به فاز BG نیستند. بنابراین حضور پیک پهن مربوط به ساختار آمورف نشان می‌دهد نانوذرات BG و BG/PDA در طی فرآیند پوشش‌دهی کریستاله نشده و ساختار آمورف خود را حفظ کرده‌اند. اندازه‌گیری زبری و زاویه تماس پوشش‌ها نشان می‌دهد که پوشش رشد یافته در حضور نانوذرات BG/PDA تحت شکل موج دوقطبی، بیشترین زبری حدود   1.76 میکرومتر و کمترین زاویه تماس برابر با 30 درجه را نشان می‌دهد که منجر به بهبود   عملکرد زیستی   و ترویج   تکثیر سلولی می‌گردد. آزمون­های برون ­تنی نشان می­دهد که ورود نانوذرات BG و BG/PDA عملکرد زیست فعالی پوشش­ها را افزایش داده و تشکیل هیدروکسی آپاتیت را در سطح پوشش تسهیل می­کنتد و پوشش دارای بیشترین مشارکت نانوذرات BG/PDA، نسبت کلسیم به فسفر 45/1 که به نسبت استوکیومتری کلسیم به فسفر هیدروکسی‌آپاتیت بسیار نزدیک است را نشان می‌دهد. ارزیابی عملکرد خوردگی توسط آزمون طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول بافر فسفات نشان داد که تمامی پوشش‌ها دارای عملکرد سدی بوده، اما پوشش‌های حاوی نانوذرات BG/PDA کمترین میزان تخریب را در طی غوطه‌وری طولانی‌مدت نشان دادند، بطوریکه این پوشش‌ها بالاترین مقاومت پلاریزاسیون حدود k?.cm²?? را پس از ?? روز غوطه‌وری ارائه دادند. در ادامه، جهت عملکرد آنتی‌باکتری این پوشش­ها، داروی جنتامایسین سولفات (GS) به دو روش مختلف بارگذاری در حین پوشش­دهی PEO (BG/PDA/GSPEO) و بارگذاری پس از فرایند پوشش­دهی از طریق روش غوطه‌وری (BG/PDA/GSDIP) انجام شد. نتایج نشان داد که پوشش‌های حاوی GS به طور قابل توجهی رشد باکتری‌ها را مهار کرده، بطوریکه پس از 24 ساعت کشت باکتری E. coli روی پوشش BG/PDA/GSPEO تعداد 8 کولنی و روی پوشش BG/PDA/GSDIP تنها 1 کولنی توانستند رشد نمایند. این دو پوشش روند رهایش داروی دوگانه‌ای را نیز نشان می‌دهند که برای جلوگیری از عفونت کاشتنی در مراحل مختلف ضروری است. پوشش BG/PDA/GSPEO طی پنج روز به طور پیوسته GS را آزاد کرده، در حالی که BG/PDA/GSDIP یک انتشار اولیه سریع را برای اثرگذاری آنتی‌باکتری فوری نشان داد. این پژوهش بر پتانسیل پوشش‌های کامپوزیتی BG/PDA/GS برای بهبود نتایج بالینی کاشتنی­های ارتوپدی بر پایه   آلیاژ   منیزیم با ارائه عملکرد خوردگی مطلوب، حفاظت آنتی‌باکتری قوی و فعالیت زیستی تأکید می‌کند.

تحت نظارت وف ایرانی