17707

1934 دكتري

دكتري

مهندسي مواد و متالورژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

هشت، 104، 7ص.: مصور، جدول، نمودار

كيوان رئيسي، فخرالدين اشرفي زاده

شيدا لباف، مهشيد خرازيها

بهروز شايق بروجني، علي اشرفي، رحمت اله عمادي

1401/05/03

كتابنامه

مهندسي مواد و متالورژي

مهندسي مواد

1401/05/04

2832290

در اين پژوهش، اصلاح سطحي آلياژ Ti6Al4V با استفاده از پوشش نانوذرات هسته-پوسته شيشه زيستي-زيركونيا و بررسي برهم¬كنش كاشتني در محيط شبيه¬سازي شده بدن به منظور ارزيابي رفتار بيولوژيكي آن و نيز ميزان مقاومت سدي پوشش حاصل از اين ذرات در محيط خورنده در مقايسه با پوشش تشكيل شده از ذرات شيشه زيستي جهت كاربرد به عنوان كاشتني¬ استخواني انجام گرفت. در اين راستا، نانوذرات شيشه زيستي و نيز نانوذرات هسته-پوسته شامل هسته شيشه زيستي (SiO2-CaO) و پوسته زيركونيايي به روش سل-ژل سنتز گرديدند. پس از آن نانوذرات سنتز شده، به روش الكتروفورتيك جريان مستقيم بر سطح پاليش مكانيكي شده و نيز آندايز شده (در محلول 1 مولار H3PO4 در آب در ولتاژ V 70 و به مدت 1 دقيقه) آلياژ Ti6Al4V پوشش¬دهي و اثر پارامترهاي مهم الكتروفورتيك مانند ولتاژ، زمان پوشش¬دهي، غلظت اصلاح¬كننده بار سطحي (دوپامين) و چسباننده (پلي¬اتيلن¬ايمين) بر كيفيت پوشش¬ حاصل بررسي شد. بر اساس نتايج به دست آمده، پوشش بهينه حاصل از ذرات هسته-پوسته (ولتاژ V 15، زمان 5 دقيقه، غلظت دوپامين و پلي¬اتيلن¬ايمين به ترتيب برابر با 8/2 wt. % 6/1) عاري از ترك بودند درحالي كه پوشش تشكيل شده از ذرات شيشه زيستي (ولتاژ V 30، زمان 5 دقيقه، غلظت دوپامين و پلي¬اتيلن¬ايمين به ترتيب برابر با 4/1 و wt. % 6/1) داراي ترك¬هاي متعدد و عميق بودند. بر اساس نتايج آزمون بلند مدت خوردگي، مقاومت سدي پوشش هسته-پوسته به مراتب بيشتر از پوشش شيشه زيستي بود (مقدار امپدانس در پوشش حاصل از ذرات هسته-پوسته، 6/7 برابر پوشش شيشه زيستي بود). علت اين امر، علاوه بر حذف ترك¬ها در پوشش هسته-پوسته، آسيب كمتر به لايه اكسيدي ناشي از آندايزينگ سطحي زيرلايه در اين نمونه به دليل ولتاژ كمتر پوشش¬دهي بود. بر اساس تصاوير ميكروسكوپي الكترون روبشي از نمونه¬ها، پس از غوطه وري بلند مدت در محلول شبيه¬سازي شده بدن، با وجود كاهش اندك در ميزان آپاتيت تشكيل شده بر سطح پوشش ذرات هسته-پوسته، اين پوشش همچنان داراي خاصيت زيست فعالي مي-باشد. علاوه براين نتايج نشان داد كه پوشش هسته-پوسته نه تنها از اتصال و گسترش سلول¬هاي MG63 پشتيباني مي¬كند، بلكه به دليل كنترل بيشتر تغييرات pH، تمايز سلول¬هاي استخواني را نيز افزايش مي¬دهد.

In the present study, bioactive glass-zirconia core-shell spherical nanoparticles were synthesized using a combination of sol-gel and sonochemical methods. The results revealed that the nanoparticles possess a  16±4 nm rough tetragonal zirconia shell that surrounded the bioactive glass core. The optimized structure was coated on Ti6Al4V substrate through electrophoretic deposition technique. In order to obtain a stable suspension of nanoparticles in ethanol, dopamine was used as a surface treatment agent and cathodic electrophoretic deposition was successfully achieved on the Ti6Al4V substrate. Also, the utilization of polyethyleneimine improved the adhesion between the coating and substrate. Due to the differences in surface charge of zirconia and bioactive glass nanoparticles, a high voltage and surfactant concentration are necessary for the simultaneous deposition of the particles. However, in the presence of core-shell nanoparticles, this issue was overcome. Microscopic examination of the coatings confirmed the elimination of cracks in core-shell constituted coatings. The adhesion between the coating and substrate increased significantly due to the rough surface of the core-shell nanoparticles. The appropriate cohesion due to the core-shell particles, lower coating thickness, and the reduced cathodic voltage resulted in higher barrier performance of the coatings compared to the bioactive glass coating group as tested in a phosphate-buffered saline solution (impedance (|Z|) was 7.6 times higher). In addition, despite the presence of a ZrO2 shell around the bioactive glass particles, the bioactivity was not greatly affected. Furthermore, the cell viability study on the core-shell coating, following exposure to MG63 cells, confirmed the non-cytotoxic nature of the coatings. According to the SEM images, cell proliferation improved significantly on the core-shell coatings compared to a bioactive glass group, perhaps due to the excellent pH control owing to the presence of a zirconia shell. These results confirmed the positive effects of using core-shell coating on the improvement of bioactivity and corrosion performance of the Ti6Al4V implant.

كيوان رئيسي، فخرالدين اشرفي زاده

شيدا لباف، مهشيد خرازيها

بهروز شايق بروجني، علي اشرفي، رحمت اله عمادي