توصيفگر ها :
آلياژ Ti6Al4V , رسوب‌دهي الكتريكي , اكسيدروي , مورفولوژي سطحي , خوردگي , ضدباكتريايي , كشت سلول
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، پوشش اكسيدروي به روش رسوب‌دهي الكتريكي از يك محلول حاوي نمك نيترات روي در غلظت‌هاي 0/1، 0/2، 0/3و 0/4 مولار بر زيرلايه آلياژ Ti6Al4V اعمال شد. تطابق تغييرات جريان برحسب زمان در تمامي شرايط پوشش‌دهي با مدل جوانهزني شريفكر-هيلز حاكي از پيش‌رونده بودن نحوه جوانهزني اكسيدروي در همه غلظت‌ها بود. نتايج نشان داد كه برخلاف آماده‌سازي زيرلايه، پارامترهاي پوشش‌دهي مانند غلظت، دما و پتانسيل تأثير تعيين‌كننده‌اي بر مورفولوژي پوشش‌ها و جهت‌گيري دانه‌هاي اكسيدروي داشته است. تصاوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي نشان داد كه با افزايش غلظت روي در حمام پوشش‌دهي، مورفولوژي پوشش از كرمي‌شكل به سمت صفحه‌اي تغيير مي‌يابد. هم‌چنين مورفولوژي‌هاي مختلف ازجمله كروي، كرمي‌شكل، نانو‌تكه‌ها و گل‌مانند با تغيير پتانسيل و دماي پوشش‌دهي در حمام با غلظت 0/1 مولار از يون‌هاي روي به دست آمد. طبق نتايج الكتروشيميايي، در دماهاي پوشش‌دهي پايين (313 و 328 درجه كلوين) و در غلظت 0/1 مولار، جوانهزني اوليه و رشد اكسيدروي از طريق تشكيل پيش‌ساز هيدروكسيد روي رخ مي‌دهد. در مقابل، اكسيدروي در دماهاي بالاتر (343 درجه كلوين) بدون تشكيل پيش‌ساز هيدروكسيد روي و به‌طور مستقيم جوانهزني مي‌كند. به دليل اين مكانيزم متفاوت در رسوب‌دهي الكتريكي، در غلظت 1/0 مولار، بافت مرجح از صفحات چندوجهي (10.0) در دماهاي پايين و بافت مرجح از صفحات قاعده (00.2) در دماهاي بالا رشد مي‌كند. هم‌چنين آناليز پراش پرتو ايكس نشان داد كه پوشش‌هاي تشكيل‌شده داراي بافت مرجح از صفحات چندوجهي (10.0) در غلظت‌هاي 0/1 و 0/2 هستند كه به صفحات قاعده (00.2) در غلظت‌هاي 0/3 و 0/4 مولار تبديل مي‌شود. نتايج خوردگي بلندمدت نشان داد كه بيشترين مقاومت به خوردگي در نمونه‌هاي پوشش داده‌شده در غلظت 0/1 مولار، در دماهاي 313 و 328 درجه كلوين و پتانسيل VAg/AgCl -1/2 به دست مي‌آيد. نتايج غوطه‌وري پوشش‌هاي اكسيدروي در محلول شبيه‌سازي‌شده بدن نشان داد كه بار سطحي مثبت روي سطح پوشش اكسيدروي به تشكيل آپاتيت بر سطح آن‌ها كمك مي‌كند. پوشش اكسيدروي با مورفولوژي كروي (پوشش‌دهي در غلظت 0/1 مولار، دماي 328 درجه كلوين و پتانسيل VVs Ag/AgCl -1/2 ) فعاليت ضدباكتريايي بهتري در برابر هر دو باكتري گرم منفي و گرم مثبت از خود نشان داد. علاوه بر‌اين نتايج نشان داد كه پوشش‌هاي اكسيدروي نه‌تنها از اتصال و گسترش سلول‌هاي MG63 پشتيباني مي‌كند، بلكه بسته به مورفولوژي تمايز سلول‌هاي استخواني را نيز افزايش مي‌دهد. نتايج آزمون آلكالين فسفاتاز و آليزارين‌رد نشان داد كه پوشش اكسيدروي با مورفولوژِي كروي تمايز سلول‌هاي استخواني را ترويج مي‌كند. با توجه به نتايج به‌دست‌آمده پوشش اكسيدروي با مورفولوژي كروي يك پوشش مطلوب براي كاشتني‌هاي استخواني آينده را فراهم مي‌كند. بااين‌حال ، مطالعات زيستي بيشتر همراه با مطالعات in vivo ضروري است.
چكيده انگليسي :
In this study, zinc oxide coating was applied to the Ti6Al4V substrate from a solution containing 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4 M zinc nitrate salt by electrodeposition method. Adoption of current-time curves with Sharifker-Hills model indicated that nucleation mode of ZnO follows the progressive nucleation model in all coating conditions. Unlike the surface preparation of the substrate, the temperature and potential had a significant effect on the grain orientation and morphology of the coatings. SEM images demonstrated that the morphology of the coating changed from worm-like to plate-like structure by increasing zinc ions in electrodeposition bath. Various morphologies including spherical, worm-like, nanoflakes, and flower-like were obtained by changing the potential and temperature in o.1 M zinc nitrate bath. According to electrochemical analysis, at lower temperatures (313 and 328 K), the initial nucleation and growth of zinc oxide occur through the formation of zinc hydroxide precursor. In contrast, the zinc oxide directly nucleates at higher temperatures (343 K) without formation of intermediate zinc hydroxide. Because of this different electrodeposition mechanism, a preferred (10.0) grain orientation was obtained at lower temperatures, while (00.2) grain orientation was intensified at high temperatures. Also, X-ray diffraction analysis showed that (10.0) and (00.2) grain orientation was obtained at 0.1, o.2 and 0.3, 0.4 M concentration, respectively. Long-term corrosion results showed that the highest corrosion performance was obtained in coated specimens at the concentration of 0.1 M, at of 313 and 328 K and a -1.2 VVsAg/AgCl. Our results confirmed the in vitro bioactivity of ZnO coatings, originated from their positive surface charge. Zinc oxide coating with spherical morphology had better antibacterial activity against E. Coil and S. Aureus bacteria. In addition, zinc oxide coatings not only supported attachment and spreading of MG63 cells, but also promoted osteogenic differentiation of cells, depending on the morphology. Noticeably, alkaline phosphatase expression and alizarin red activity results demonstrated that the spherical-like zinc oxide coating significantly promoted osteogenic differentiation. According to our findings, it was envisioned that the zinc oxide coating with spherical morphology provided an optimal coating for future bone implants. However, further biological along with in-vivo studies are necessary.
