دانلود مقاله کاربرد آلیاژ تیتانیوم در زیست پزشکی و محیط بیولوژیکی

مقدمه
تیتانیوم و آلیاژ های آن به طور گسترده ای در زمینه های زیست پزشکی به دلیل استحکام منحصر به فرد بالا، مقاومت بالا به خوردگی، وسازگاری زیستی در محیط های بیولوژیکی مورد استفاده قرار گرفته است(1-3).با این وجود، تلفیق بیولوژیکی بین پیوند استخوان و تیتانیوم بعد از پیوند جراحی به تاخیر افتاده است زیرا لایه پسیویشن طبیعی تیتانیوم از نظر زیستی بی خطر است(4). برای بهبود پاسخ اسئواینتگریشن، تولید هیدروکسیل آپاتیت-(HA) فعال تشکیل شده بر روی تیتانیوم با استفاده از فنون اصلاح سطحی نظیر اسپری پلاسما و سول ژل (5-7) مطالعه شده است. اگرچه پوشش دهی HA از طریق این فنون تجاری سازی شده است، لایه پوششی حاوی طیف وسیعی از ترکیبات شیمیایی است که می توانند موجب کاهش خواص فعال زیستی تیتانیوم شوند(8). پوشش دهی پلاسمای الکتروشیمیایی EP یک روش مفید برای تولید لایه های سرامیک چسبنده است که مواد سازنده آن به شدت بستگی به ترکیب الکترولیت دارد(9-10). از این روی پوشش دهی EP اخیرا برای معرفی لایه های HA با انتخاب الکترولیت های مناسب با افزودنی های شیمیایی نظیر مونوهیدرات استات کلسیم(11)، دی هیدروژن فسفات سدیم(12) و گلیکوروفسفات دی سدیم پنتاهیدرات (13) مورد استفاده قرار گرفته است زیرا این افزودنی های شیمیایی نقش مهمی به عنوان پیش ساز ها و پیش ماده ها در تسریع تشکیل HA ایفا می کنند. نی و همکاران (14) برای نخستین بار، تشکیل لایه HA را بر روی آلیاژ های تیتانیوم دوبلکس توسط اکسیداسیون میکرو قوس با در دو مرحله بررسی کردند که نمونه ها در الکترولیت به مدت 600 ثانیه جهت تولید لایه TiO2 پوشش دهی شدند و مجددا در الکترولیت فسفات حاوی پودر های HA فراوری شدند. بی و همکاران (15) تولید لایه پوششی HA بر روی تیتانیوم با اکسیداسیون میکروقوس در الکترولیت NaOH با پودر های HA کردند.اگرچه چندین مطالعه به بررسی فراوری و تولید لایه های خالص HA پرداخته اند، مسائلی نظیر تجزیه HA توسط واکنش های الکتروشیمیایی و تبدیل فاز های بلورین به بی شکل تاشی از افزودنی های شیمیایی، هنوز حل نشده باقی مانده است. در صورت استفاده از الکترولیت های حاوی افزودنی های شیمایی که قادر به واکنش با HA، لایه خالص HA به طور موفقیت آمیزی بر روی تیتانیوم تشکیل می شود. از این روی، هدف ما تولید لایه خالص HA از طریق پوشش دهی EP در الکترولیت KOH حاوی ذرات HA است. این هدف در مقایسه با الکترولیت های KOH + K3PO4 با ذرات HA برای درک تاثیر یون های فسفات بر رشد لایه HA است. به علاوه، مکانیسم اصلی رشد لایه خالص HA در رابطه با میکروساختارها با افزایش زمان پوشش دهی مورد بحث قرار گرفته است.

چکیده
پوشش چند لایه ای زیست سازگار جدیدی توسط رسوب دهی لایه های تیتانیوم و HA بر سوبستراهای Ti6Al4V با استفاده از پردازش پراش به کمک مگنترون فرکانس رادیویی برای بهبود خواص بین وجهی بین پوشش و سوبسترا تولید شد.
پوشش چند لایه ای متشکل از یک پوشش چسبی زیرین تیتانیومی، لایه متناوب و لایه فوقانی HA بود. بین پوشش چسب و لایه فوقانی یک لایه متناوب توسط افزایش تدریجی مقدار تیتانیوم با افزایش عمق لایه فوقانی HA ایجاد شد.نتایج آزمایشی نشان داد که پوشش پراش دهی شده دارای ضخامت یکنواخت و اتصال خوب با سوبسترا می باشد. پوشش چند لایه ای، رفتار الکتروشیمیایی بهتری را نسبت به پوشش HA مونولیتیک نشان داد. نتایج SEM خلا پایین و XRD نشان داد که پوشش بسیار متبلور به طور محسوس در سیال شبیه سازی شده قابل حل نبود. مقاومت چسبی بالاتر از 60Mpa حتی بعد از 14 هفته خیساندن تغییر نشان نداد. پوشش های کامپوزیت چند لایه ای دارای مزیت های مقاومت چسبی بالا و غیر کاهشی و مقاومت زیاد به حمله SBF هستند.
در مطالعات اولیه توسط محققان( 17-18)،HA مونولیتیک و یک سری از پوشش های HA/Ti تک لایه ای بر روی سوبستراهای Ti6Al4V با استفاده از سیستم پراش RF رسوب داده شد.نتایج قبلی نشان داد که پوشش های HA مونولیتیک بسیار متبلور در سه هفته بعد از غوطه ورزی در سیال شبیه سازی شده به شدت متورق شد(SBF).پوشش های HA/Ti از اهداف شامل 10 درصد حجمی تیتانیوم است که تقریبا دست نخورده باقی مانده و مقاومت چسبندگی همه آن ها بیش از 60 مگاپاسکال است که طی 14 هفته خیساندن تغییری نکرد. در این مطالعه، پوشش های چندلایه ای تحت پراش RF بر روی سوبسترای Ti6Al4V قرار گرفتند. تلاش بر این بود تا مزیت های هر دو پوشش نازک و مفاهیم پوشش درجه بندی شده عاملی ترکیب شود. تاکید اصلی بر تعیین رفتار انحلال پوشش های چند لایه ای با استفاده از SBF است.سیال شبیه سازی شده بدن SBF توسط کوکوبو (19) برای همه تست های خیساندن استفاده شدند. محلول Sbf متشکل از 7.9949 g NaCl, 0.3528 g NaHCO3, 0.2235 g، KCl, 0.147 g K2HPO4, 0.305 g MgCl2 _ 6H2O, 0.2775 g،
CaCl2, 0.071 g Na2SO4 در 1000 میلی لیتر آب مقطر بوده و تا اسیدیته 7.4 با اسید هیدروکلریک و trishydroxymethyl aminomethane (CH2OH)3CNH2). بافر شد. مقاومت خوردگی از طریق تست پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در SBF هوادهی شده در 37 درجه با استفاده از سلول سه الکترودی کلاسیک متصل به سیستم الکتروشیمیایی CHI 660A( دستگاه CH، آستین تگزاس) ارزیابی شدند. الکترود مرجع Ag/AgCl و الکترود کانتر پلاتینوم به کار برده شدند.سطح نمونه توسط الکل اتیل و آب مقطر پاک سازی شد. پتانسیل اسکن شده متغیر از 1.5 تا 3 ولت(vs. Ag/AgCl) بود و سرعت پاک سازی 0.5 mV/s بود. اندازه گیری های پتانسیودینامیکی بعد از غوطه ورزی در محلول SBF آغاز شدند.برای تست های غوطه ورزی، نمونه های پوشش دهی شده هر کدام با سطح مقطع 1 سانتی متر مربع در ویال هایی با 20 میلی لیتر محلول آزمایش غوطه ور و در 37 درجه در سرتاسر آزمایش نگه داشته اند. بعد از یک دوره زمانی از قبل تعیین شده، نمونه ها از ویال ها خارج و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی رویشی خلا پایین آزمایش شدند(Topcon SM-300، توکیو ژاپن). ترکیب فازی پوشش ها توسط یک انکسارسنج اشعه ایکس(RigakuD-MA X IIB, Tokyo, Japan) با یک تابش کاک فیلتر شده با نیکل شناسایی شدند. طیف سنجی الکترون برای آنالیز شیمیایی (،Scientific, UK VG Escalab210, VG ) برای تعیین نسبت Ca/P استفاده شدند. مقاومت های چسبندگی با استفاده از سیستم سباستین تجاری (Sebastian Five, Quad Group, Spokane, WA) اندازه گیری شدند که در مناطق دیگر توصیف شده است(17). تستر میکروهاردنس دیجیتال (HMV-2000، شیمیزو، کیوتو،ژاپن) با یک هرم الماسی چهار جانبه برای ارزیابی سختی پوشش ها قبل از و بعد از خیساندن در SBF استفاده شدند. روش تجزیه واریانس یک سویه برای ارزیابی معنی داری اماری مقاومت چسبندگی و میکروهارنس استفاده شد. در همه کلاس ها، نتایج اختلاف معنی داری از نظر آماری در سطح P<0.05 نشان داد.