توصيفگر ها :
آلياژ AZ31منيزيم , اكسيد روي , شيشه زيست فعال , اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي , الكتروفورتيك , كشت سلول , آلمار بلو
چكيده فارسي :
كاشتني¬هاي زيستي، با كاربرد گسترده در حوزه¬¬هاي پزشكي، جراحي، دندان¬پزشكي و ارتوپدي در مركز توجه بسياري از پژوهش-گران قرار گرفته¬اند. يكي از گزينه¬هاي مورد توجه در اين زمينه آلياژ AZ31منيزيم مي¬باشد. مهم¬ترين چالش در زمينه استفاده از اين فلز، كنترل رهايش يون منيزيم در محيط¬هاي شبيه¬سازي بدن مي¬باشد. اصلاح و يا تقويت خواص سطحي كاشتني¬هاي زيستي، راهي براي كنترل و بهبود عملكرد آن¬ها در محل اتصال كاشتني و بافت است. هدف پژوهش حاضر، بررسي خواص زيستي پوشش¬هاي كامپوزيت اكسيد روي حاوي ذرات زيست فعال ايجاد شده روي زيرلايه آلياژ منيزيم AZ31 به روش رسوب¬دهي الكتروفورتيك است. نانوذرات كامپوزيتي اكسيد روي-شيشه زيست فعال به روش سل-ژل سونوشيميايي سنتز شدند. ذرات سنتز شده با تكنيك¬هاي مختلفي مانند SEM ، TEM ، XRD ، FTIR و EDS مشاهده و مشخصه¬ يابي شدند. تصاويرTEM حضور ذرات ZnO با مورفولوژي هگزاگونال و اندازه متوسط 9 ± 259 نانو¬متر، به همراه يك پوسته نازك از ذرات شيشه زيست فعال با مورفورلوژي كروي و متوسط قطر 3 ± 26 نانومتر را در ذرات كامپوزيتي سنتز شده، تاييد كرد. اصلاح سطح اين ذرات با استفاده از دوپامين براي ايجاد بار سطحي برابر، انجام شد. جهت كنترل سرعت تخريب زيرلايه آلياژ منيزيم، ابتدا يك لايه مياني با روش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي ايجاد شد و سپس از روش رسوب¬دهي الكتروفورتيك كاتدي براي بدست آوردن يك لايه نازك ذرات اكسيد روي و كامپوزيتي استفاده شد. پس از بهينه¬سازي شرايط، ذرات اكسيد روي و كامپوزيتي در مدت زمان 10 دقيقه و به ترتيب در پتانسيل 30،20 ولت و 15، 25 ولت لايه نشاني شدند. لايه مياني ايجاد شده با استفاده از تكنيك هاي SEM و XRD مورد بررسي قرار گرفت. تصاوير SEM از سطح و مقطع نمونه¬ها تهيه و بررسي شد. به منظور تاييد اثربخشي ذرات كامپوزيتي بر خواص پوشش، طيف سنجي بلند¬مدت امپدانس الكتروشيميايي در محلول PBS انجام شد و نتايج نشان از عملكرد سدي بهتر پوشش¬هاي كامپوزيتي داشت. پوشش كامپوزيتي ايجاد شده در پتانسيل 15 ولت، خاصيت سدي بهتري نشان داد. مقاومت كل اين نمونه پس از 28 روز غوطه¬وري در محلول PBS نسبت به پوشش اكسيد ¬روي ايجاد شده در پتانسيل 20 ولت، 2 برابر افزايش يافت. تست زبري سنجي، چسبندگي و ترشوندگي به منظور مشخصه¬يابي خواص پوشش¬ها انجام شد. نتايج نشان داد كه استفاده از ذرات كامپوزيتي به دليل زبري سطحي كه ايجاد مي كنند، چسبندگي پوشش به سطح لايه مياني را نسبت به پوشش¬هاي اكسيد روي خالص، از شاخص 3B به 4B افزايش مي¬دهد. هم¬چنين افزايش زبري سطح با كاهش زاويه ترشوندگي، سبب بهبود رفتار زيستي در نمونه¬هاي كامپوزيتي شد. مطالعه رفتار زيستي بلند مدتي پوشش¬ها در محلول SBF نشان¬گر تسريع جوانه¬زني و رشد ذرات هيدروكسي آپاتيت تشكيل شده روي سطح پوشش كامپوزيتي بود. رده سلولي استئوبلاست موش MC3T3-E1 بر روي نمونه¬ها كشت و جهت بررسي مورفولوژي سلول، رنگ آميزي در روزهاي اول و سوم كشت انجام شد. سطح زنده ماندن سلول¬ها پس از 1 روز كشت، در پوشش هاي اكسيد روي و اكسيد روي- شيشه زيست فعال مشابه يا كمي بالاتر از زيرلايه با و بدون لايه مياني بود. اين امر نشان از چسبندگي اوليه سلول ها بر روي پوشش دارد. تكثير سلولي از طريق شمارش سلول¬ها در روز¬هاي اول و سوم كشت تاييد شد. فعاليت متابوليكي سلول بر روي نمونه ها با استفاده از روش رنگ سنجي آلمار بلودر روزهاي 1، 3 و 5 كشت سلول انجام شده و بقاي سلوليِ بالاتر در پوشش كامپوزيتي را نشان داد.
چكيده انگليسي :
Bio implants have received attention from many researchers due to their wide application in medicine, surgery, dentistry, and orthopedics. One of the considered options in this field is AZ31 magnesium alloy. The most important challenge in the use of this metal is to control the release of magnesium ions in body simulation mediums. Modifying or enhancing the surface properties of bio-implants is a way to control and improve their performance at the implant and tissue interface. The aim of this study was to investigate the biological properties of Zinc oxide composite coatings containing bioactive particles formed on AZ31 magnesium substrate by electrophoretic deposition method. Zinc oxide-Bioactive glass composite nanoparticles were synthesized by the sonochemical sol-gel method. The synthesized particles were observed and characterized by different techniques such as SEM, TEM, XRD, FTIR, and EDS. TEM images confirmed the presence of ZnO particles with a hexagonal morphology and an average size of 259 ± 9 nm, along with a thin Bioactive glass shell with a diameter of 26 ± 3 nm in the synthesized composite particles. The surface modification of these particles was performed using dopamine to make an equal surface charge. To control the degradation rate of magnesium substrate, first, an intermediate layer was coated by plasma electrolytic oxidation method and then cathodic electrophoretic deposition method was used to obtain a thin layer of Zinc oxide and composite particles. After optimizing the conditions, ZnO and composite particles were electrophoretically deposited for 10 minutes and at the potential of 20, 30 volts, and 15, 25 volts, respectively. The obtained intermediate layer was examined using SEM and XRD techniques. The surface and cross-sectional SEM images of the samples were prepared and analyzed. To confirm the effectiveness of composite particles on the properties of the coating, long-term electrochemical impedance spectroscopy was performed in the Phosphate buffered saline solution and showed better barrier performance of the composite coatings. The composite coating prepared at the potential of 15 volts showed better barrier properties. The total resistance of this sample after 28 days was 2 times higher than the zinc oxide coating prepared at the potential of 20 volts. Roughness, adhesion, and wettability tests were performed to characterize the properties of the coatings. The results showed that using composite particles due to the surface roughness they create, increases the adhesion of the coating to the surface of the intermediate layer than pure zinc oxide coatings from 3B to 4B. Also, increasing the surface roughness by reducing the wetting angle, improved the biological behavior in composite samples. The study of long-term biological behavior of coatings in body simulation fluid showed an acceleration of germination and growth of hydroxyapatite particles formed on the surface of the composite coating. Mouse osteoblastic cell line MC3T3-E1 was cultured on the samples and stained on the first and third days of culture to examine the cell skeleton. Cell viability levels after 1 day of culture were similar or slightly higher in the coatings than other samples. This indicates the initial adhesion of the cells on the coating. Cell proliferation was confirmed by cell count on the first and third days of culture. Cell metabolic activity was performed on the samples using Alamar Blue colorimetric assay on days 1, 3, and 5 of cell culture and showed higher cell viability in the composite coating.
