توصيفگر ها :
كربن شبه الماس (DLC) , اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي (PEO) , آلياژ AZ31 , رفتار الكتروشيميايي , خون سازگاري , استنت هاي قلبي-عروقي
چكيده فارسي :
استنت گذاري يكي از مطلوب ترين روش ها جهت درمان گرفتگي عروق كرونري محسوب مي شود. جديدترين نسل از استنت ها، موسوم به استنت هاي تخريب پذير مي باشند. منيزيم و آلياژهاي آن علاوه بر خواص مكانيكي و زيستي بسيار مطلوب، زيست تخريب پذير بوده و براي ساخت استنت هاي تخريب پذير بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. اگرچه نرخ تخريب بالاي اين دسته از مواد، موجب عدم تطابق نرخ تخريب و زمان بهبودي شده و كاهش پايداري مكانيكي پيش از بهبود كامل فرد بيمار را به همراه دارد. هدف از اين پژوهش سنتز و مشخصه يابي پوشش خون سازگار كربن شبه الماس (DLC) بر آلياژ پايه منيزيم AZ31 به منظور بهبود رفتار خوردگي، زيست سازگاري و خون سازگاري مي باشد. همچنين از فرآيند اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي (PEO) جهت كاهش عدم تطابق مكانيكي و بهبود چسبندگي پوشش به زيرلايه استفاده شده است. قابل ذكر است كه كيفيت پوشش و خواص نهايي پوشش هاي DLC به شدت به نسبت پيوندهاي sp2/sp3 در ساختار آنها وابسته است. بنابراين به منظور بررسي تاثير زيرلايه هاي مختلف بر خواص نهايي لايه DLC، ابتدا لايه مياني PEO در دو محلول متفاوت حاوي تركيبات سيليكاتي (PEO-Si) و تركيبات فسفاتي (PEO-Ph) تهيه شد و سپس لايه نهايي DLC روي آنها لايه نشاني شد. به منظور ارزيابي پوشش ها، آزمون هاي پراش پرتو ايكس، طيف سنجي رامان، طيف سنجي فروسرخ با تبديل فوريه، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، زبري سنجي و ترشوندگي، آزمون هاي الكتروشيميايي، آزمون غوطه وري در يك دوره 7 روزه، آزمون رهايش يوني، كشت سلولي (بقاء سلولي و چسبندگي سلولي) و بررسي هاي خون سازگاري (جذب پروتئين و هموليز) انجام گرفت. نتايج طيف سنجي رامان نشان داد كه سنتز پوشش DLC با موفقيت بر هر دو زيرلايه PEO-Si و PEO-Ph انجام گرفته است. اگرچه نسبت ID/IG كه متناسب با نسبت پيوندهاي sp2/sp3 است براي نمونه هاي مختلف متفاوت مي باشد. كاهش نسبت ID/IG براي نمونه DLC/PEO-Si نشان دهنده افزايش هيبريداسيون sp3 در ساختار پوشش مي باشد. مكانيزم رشد لايه DLC بر زيرلايه هاي مختلف نشان مي دهد كه تنش باقي مانده نمونه DLC/PEO-Si بيشتر است كه موجب رشد لايه DLC تحت تنش فشاري بيشتري مي شود و خوشه هاي sp3 بيشتري تشكيل مي گردند. همچنين نتايج طيف سنجي فروسرخ با تبديل فوريه نشان دهنده تشكيل تركيب شيميايي بين كربن و سيليسيم در فصل مشترك بين لايه مياني PEO-Si و DLC در حين فرآيند لايه نشاني DLC مي باشد كه پايداري شيميايي اين نمونه را افزايش خواهد داد. نتايج آزمون هاي الكتروشيميايي در محلول بافر فسفاتي در دماي طبيعي بدن (5/0 ± 37) درجه سانتيگراد نشان داد اگرچه هر دو نمونه PEO-Si و PEO-Ph به شكل قابل ملاحظه اي نرخ خوردگي را كاهش داده اند ولي نمونه PEO-Ph عملكرد الكتروشيميايي بهتري نشان مي دهد. از طرف ديگر پس از اعمال پوشش DLC ظرفيت خازني نمونه ها كاهش يافت. همچنين در بين نمونه هاي با پوشش دولايه، نمونه DLC/PEO-Si عملكرد الكتروشيميايي بهتري را نشان مي دهد، كه مي تواند به علت ساختار شبه الماسي بيشتر و پيوند بهتر پوشش و لايه مياني از طريق ايجاد پيوند بين سليسيم و كربن باشد. نتايج حاصل از آزمون غوطه وري در محلول شبيه ساز بدن در دوره 7 روزه نشان داد كه نمونه هاي با پوشش دولايه DLC/PEO كمترين نرخ آزادسازي هيدروژن، نرخ تجزيه و كمترين تغييرات pH محلول را دارا مي باشند و بهترين عملكرد مربوط به نمونه DLC/PEO-Si مي باشد. نتايج آزمون كشت سلول¬هاي HUVEC بر كليه نمونه ها پس از 1، 3 و 7 روز كشت نشان داد كه نمونه هاي با پوشش دولايه DLC/PEO عملكرد بسيار مناسب زيستي ارائه مي دهند و نمونه DLC/PEO-Ph بهترين عملكرد زيستي را در بين كليه نمونه ها پس از 7 روز نشان مي دهد. همچنين نتايج آزمون هموليز نشان داد كه اگرچه با اعمال پوشش PEO رفتار خون سازگاري نمونه ها بهبود مي يابد ولي تنها با اعمال پوشش DLC بر سطح نمونه هاي PEO عملكرد خون سازگاري نمونه ها براي استفاده در ايمپلنت هاي در تماس با خون از جمله استنت هاي قلبي-عروقي مناسب خواهد بود.
چكيده انگليسي :
Magnesium and its alloys have attracted increasing attention in biomedical applications due to their suitable biodegradation properties. According to in vivo studies magnesium-based implants could be degraded in the human body without any significant adverse effects. However, it has also been reported that rapid degradation rate of magnesium alloys after implantation may lead to an early loss in mechanical properties which does not matches to the healing time. So, controlling the degradation rate, which leads to maintaining the mechanical properties of the magnesium-based implants according to healing time, is very important. In this regard applying a protective coating is one of the most effective, and therefore potentially become a growing topic of research in magnesium-based implants. Diamond-like carbon (DLC) coating is commonly used in biomedical applications, in addition to possesses excellent mechanical properties, is very biologically compatible because its constituent elements are only carbon and hydrogen. Therefore, in the present study, a double-layer diamond-like carbon (DLC)/plasma electrolytic oxidation (PEO) coating was developed on the AZ31 substrate and its electrochemical behavior was studied. In this regard, after fabrication of PEO coatings using two different electrolytes (silicate (PEO-Si) and phosphate (PEO-Ph) compounds), DLC thin films with a thickness of 1μm were synthesized on the substrates using the radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition (RFPECVD) method. The composition, structure and morphology of the coating layers were investigated with X-ray diffractometry, micro-Raman spectra, scanning electron microscopy, and 3D roughness analyzer. Results showed the successful formation of thin and crack-free DLC layer with the thickness of about 1μm on both PEO middle layers. However, the structure and chemical stability of the final DLC layer was dependent on the PEO composition. Moreover, the electrochemical studies in buffer phosphate saline (PBS) at the normal body temperature (37 ± 0.5 °C) showed that while both PEO-Ph and PEO-Si layers significantly decreased the corrosion rate of substrate, PEO-Ph revealed better electrochemical performance. On the other hand, DLC/PEO-Si was more effective than DLC/PEO-Ph to decrease the corrosion rate of substrates owing to the greater bonding of DLC coating on PEO-Si layer. The results of degradation test after 7 days immersion in simulated body fluid (SBF) solution showed that while PEO-Ph revealed the optimized degradation performances between non-DLC coatings, after applying top DLC layer DLC/PEO-Si provided significantly improved degradation performance due to higher diamond-like structure content. Moreover, despite better degradation performance of DLC/PEO-Si, the cell viability of DLC/PEO-Ph was higher between the duplex DLC/PEO coated samples, which may be related to more protein adsorption on the surface of DLC/PEO-Ph. The hemolysis ratio of the PEO coated samples was significantly less than the bare AZ31. However, by applying DLC layer in both cases, hemolysis ratio was reduced significantly as being safe for blood-contact applications. In summary the duplex DLC/PEO coatings in particular in the case of DLC/PEO-Si revealed appropriate in-vitro performance making it a promising coating for biomedical implants especially cardiovascular stents.
