15394

1532 دكتري

دكتري

مهندسي مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1398

[نه]، 94ص. : مصور، جدول، نمودار

مرتضي شمعانيان اصفهاني، حميدرضا سليمي جزي

يوليان آپاچيتي، اميرعباس زادپور

شيدا لباف، مسعود عطاپور، بهروز موحدي

1398/10/22

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1398/10/25

2592886

چكيده اختلاف مدول الاستيك استخوان و ايمپلنتهاي فلزي در بسياري از موارد باعث ايجاد پديده حفاظت تنشي و به دنبال آن شل شدن ايمپلنت در اثر جابهجاييهاي ميكروني در محل كاشت ميگردد در اين راستا معرفي روشهاي نوين ساخت افزايشي فلزات امكان طراحي و توليد ساختارهاي فلزي متخلخل با مدول الاستيك نزديك به بافت استخوان را فراهم نموده است با اين حال عملكرد مطلوب يك بيومتريال به ويژه در كاربردهاي ارتوپدي نيازمند اصلاح همزمان خواص فيزيكي و شيميايي سطح ميباشد در تحقيق حاضر فرايند اكسيداسيون ميكروقوس به منظور اصلاح سطح آلياژ Ti6Al4V مورد استفاده قرار گرفت بهينهسازي شرايط الكتروليت و پارامترهاي الكتريكي فرايند به منظور دستيابي به لايههاي اكسيدي با خواص فيزيكي و شيميايي مناسب براي استفاده در كاربردهاي زيستي انجام شد تصاوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي از مورفولوژي سطح و سطح مقطع لايههاي اكسيدي توزيع همگن ميكروحفرات با قطر كمتر از پنج ميكرومتر را در پوششهاي نهايي نشان داد همچنين آناليز عنصري از سطح پوششها حضور عناصر كلسيم و فسفر را در تركيب لايه اكسيدي تأييد كرد با اين حال بر اساس نتايج آزمونهاي پراش پرتوي ايكس و طيفسنجي تبديل فوريه مادون قرمز اين حضور تنها به تركيبات آمورف و يا يونهاي محلول در ساختار پوشش محدود بود انجام فرايند ثانويه هيدروترمال بر روي لايههاي اكسيداسيون ميكروقوس باعث تبلور مجدد تركيبات آمورف كلسيم فسفات و يونهاي محلول در ساختار و در نتيجه تشكيل نانوكريستالهاي هيدروكسيآپاتيت شد مكانيزم تشكيل و رشد فازهاي كريستالي هيدروكسيآپاتيت به طور دقيق مورد ارزيابي قرار گرفت و نشان داد با آغاز فرايند هيدروترمال عناصر محلول كلسيم و فسفر به سمت سطح نفوذ كرده و با ايجاد ناحيه فوق اشباع غلظتي در سطح باعث تشكيل يكنواخت نانوكريستالهاي دوكيشكل در سرتاسر لايه اكسيدي ميشوند با ادامه فرايند هيدروترمال نانوكريستالهاي سوزنيشكل هيدروكسيآپاتيت در داخل حفرات شروع به رشد كرده و در زمانهاي طولانيتر فرايند ساختار آنها به صورت نانوميلههاي ششوجهي با درصد بلورينگي بيش از 58 درصد تكميل ميگردد در ادامه با توجه به پيشرفتهاي نوين صورت گرفته در حوزه پرينت سهبعدي فلزات و خلأهاي موجود در اصلاح سطح اين ساختارهاي پيچيده تركيب فرايندهاي اكسيداسيون ميكروقوس و هيدروترمال براي نخستين بار بر روي ايمپلنتهاي ماكرومتخلخل توليد شده به روش ساخت افزايشي فلزات ذوب گزينشي به كمك ليزر SLM اعمال شد ساختارهاي هايبريدي بهدست آمده شامل ماكروتخلخلهاي 533 تا 531 ميكرومتري موجود در طراحي ايمپلنت ميكروتخلخلهاي حاصل از فرايند اكسيداسيون ميكروقوس با اندازه كمتر از 2 ميكرومتر و نانوكريستالهاي هيدروكسيآپاتيت در بستر لايه اكسيد تيتانيوم بود نتايج بررسي فعاليت متابوليكي و تمايز سلولي بر روي ايمپلنتهاي پوشش داده شده نشان داد حضور نانوكريستالهاي دوكيشكل با ابعاد كمتر از 559 نانومتر بر روي سطح بيشترين تأثير را بر خواص زيستي و پاسخ سلولي به ايمپلنتهاي ماكرومتخلخل داشته است كلمات كليدي ايمپلنتهاي ماكرومتخلخل SLM اكسيداسيون ميكروقوس نانوكريستالهاي HA ساختارهاي هايبريدي پاسخ سلولي

Development and characterization of micro arc oxidation TiO2 nano coatings enriched with bioactive elementsAbstractAseptic loosening and bacterial infection are the two leading causes of implants failure The recentlydeveloped additively manufacturing techniques have enabled the fabrication of porous biomaterialsto mimic native bone characteristics In this research we aimed to biofunctionalize the surface ofadditively manufactured Ti6Al4V implants using plasma electrolytic oxidation PEO which iscapable of embedding bioactive elements in the oxide matrix We also applied a subsequenthydrothermal treatment to synthesize hydroxyapatite nanocrystals throughout the oxide layer Theformation of HA nanocrystals was found to be interpreted according to the supersaturation of Ca2 and PO43 during the hydrothermal process In the beginning the high local supersaturation resultedin homogenous nucleation of spindle like nanocrystals all over the surface By continuing theprocess depletion of reactant ions in the outermost surface layer lead to a remarkable decrease insupersaturation values and therefore high aspect ratio nanorods and hexagonal nanopillars weregenerated Owing to the not ideal structure and dimensions however the implants surfaces coatedwith HA nanopillars had a negative impact on proliferation and osteogenic differentiation of pre osteoblastic MC3T3 E1 cells By contrast the best cell response was found in the unique hybridstructure of the micro porous PEO layer 3 m and spindle like nanocrystals 150 nm on thesurface of macro porous SLM implants that provided a favorable anchorage substrate forcytoplasmic extensions to easily attach and move on the surface KeywordsMacro porous SLM implants Micro arc oxidation HA nanocrystals Hybrid structure Cellresponse

مرتضي شمعانيان اصفهاني، حميدرضا سليمي جزي

يوليان آپاچيتي، اميرعباس زادپور

شيدا لباف، مسعود عطاپور، بهروز موحدي