توسعه پوشش دهي آلياژ تيتانيم با هدف كاربرد در مفصل ران وبهبود عملكرد در بدن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پزشكي

كارشناسي ارشد

امروزه با توجه به صنعتي شدن زندگي ها، افزايش جمعيت افراد مسن، كارايي كمتر پروتز ها و قطع عضو در اثر عوامل مختلف استفاده از كاشتني هاي ارتوپدي افزايش يافته است. چالش هاي موجود در كاشتني هاي ارتوپدي منجر به توليد كاشتني هايي كه هم از لحاظ بيولوژيكي و هم از لحاظ تريبولوژيكي رفتار مناسب داشته باشند، شده است. آلياژ تيتانيم Ti6Al4V از جمله مواد زيستي است كه به واسطه مدول يانگ نزديك به استخوان طبيعي و زيست سازگاري عالي از اهميت بالايي براي ساخت كاشتني هاي ارتوپدي برخوردار است. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه يابي پوشش هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا بر تيتانيم توسط فرآيند اسپري حرارتي براي كاشتني هاي ارتوپدي است. در اين راستا، ابتدا پودر هيدروكسي آپاتيت –تيتانيا-آلومينا با مقاديرمختلف تيتانيا (20،15،0) درصد وزني توسط فرآيند آسياكاري مخلوط و همگن سازي شد. با استفاده از الگوي پراش پرتوايكس، طيف سنجي تفكيك انرژي پرتوايكس حضور تيتانيا و آلومينا در پودر هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا تاييد شد . مورفولوژي ذرات با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد و مشاهده شد كه حضور تيتانيا بر مورفولوژي هيدروكسي آپاتيت بي تاثير است. در ادامه پودر هيدروكسي آپاتيت، هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا، هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا –آلومينا تحت پارامترهاي مختلف بر زيرلايه تيتانيم پوشش داده شد. به منظور بررسي تاثير آلومينا بر خواص پوشش، پوشش هيدروكسي آپاتيت و هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا با پارامترهاي بهينه بر زيرلايه تيتانيم پوشش داده شد. خواص زبري، چسبندگي، ترشوندگي، ريزسختي و زيست فعالي آنها بررسي شد، همچنين به منظور بهبود خواص مكانيكي و تقويت پيوند پوشش با زيرلايه، عمليات ذوب سطحي ليزري بر سطح پوشش بهينه هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا انجام گرفت. حضور آلومينا باعث افزايش ريزسختي از 317 به 345 ويكرز در مورد پوشش اسپري حرارتي و 552 ويكرز در مورد نمونه ذوب مجدد ليزري، كاهش زبري از0/06± 8/13به0/2±7/6 ميكرومتر و كاهش زاويه تماس با آب از3±51 به 2±40 درجه در پوشش اسپري حرارتي و در نمونه ذوب مجدد ليزري 1±56 درجه شده است. نتايج نشان داد كه فرآيند ذوب سطحي ليزري به ميزان قابل توجهي در بهبود چسبندگي، كاهش تخلخل و كاهش زبري سطحي پوشش تاثيرگذاراست، در اين فرآيند نيمي از عمق پوشش ذوب مجدد شده، علاوه بر حذف نسبتا كامل تخلخل هاي ساختاري، ناهمگوني هاي سطحي در ساختار حذف و ساختاري نسبتا متراكم حاصل شده است. همچنين نتايج آزمون زيست فعالي نشان داد كه بعد از 14 روز غوطه وري در محلول شبيه سازي شده بدن، يك لايه متراكم هيدروكسي آپاتيت تشكيل شد كه تاييد كننده قابليت زيست فعالي پوشش هاي هيدروكسي آپاتيت، هيدروكسي آپاتيت- تيتانيا، هيدروكسي آپاتيت- تيتانيا-آلومينا بود. همچنين بررسي هاي تريبولوژيكي پوشش ها نشان داد كه حضور آلومينا باعث بهبود مقاومت به سايش پوشش هيدروكسي آپاتيت-تيتانيا-آلومينا وكاهش وزن درآزمون سايش از 17/7 به 4/3 ميلي گرم شده است. مكانيزم سايش در دو نوع پوشش تغيير يافت و شدت سايش نيزكاهش يافت. نتايج كشت سلول هاي MG63 پس از هفت روز نشان داد كه پوشش هيدروكسي آپاتيت – تيتانيا – آلومينا داراي زيست پذيري (10±195 درصد كنترل) بالاتري نسبت به تيتانيم (6±87 درصد كنترل ) بود. به طور كلي پوشش هيدروكسي آپاتيت –تيتانيا-آلومينا بر زيرلايه تيتانيم باعث بهبود رفتار تريبولوژيكي و بيولوژيكي آن مي شود كه مي تواند براي كاشتني هاي ارتوپدي مطلوب باشد.

224614

بيومتريال

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان