ي

2

پاييز

1391

1- مقدمه
استفاده از سراميكهاي زيستي به منظور جايگزيني يا تعمير برخي اعضا و قسمتهاي آسيب ديده (اسـتخوان هـا، دنـدانهـا، برخـيبافتهاي نرم، دريچه قلب و…) از ديرباز بسيار مرسوم بوده است[1و2 ]. استفاده از سراميكهاي زيست فعال به دليل خواص زيستي مناسب در مقايسه با فلزات و پليمرها به سرعت در حال افزايش است[3]. از ميان سراميكهاي زيستي، شيشه و شيشه-سراميك هـادر سيستم 5SiO2-CaO-P2O گروه وسيعي از مواد زيستي ميباشند كه كاربردهاي باليني گستردهايي دارند[4]. شيشههـاي زيـستيهنگاميكه در بدن قرار ميگيرند به راحتي با سيالهاي فيزيولوژيكي واكنش داده و تشكيل يك پيونـد قـوي بـا بافـتهـاي نـرم وسخت در حين فعاليت سلولي ميدهند [1]. اما بهطور كلي شيشهها به دليل چقرمگي شكست پايين موادي تردي بوده و نـسبت بـهترك بسيار حساس عمل ميكنند. با تبديل شيشه به شيشه-سراميك، چقرمگي شكست افزايش مييابد، اما همچنان ايـن دسـته ازمواد نسبت به ترك حساس باقي ميمانند. ايجاد تنش سطحي فشاري به واسطه تعويض يوني و ساخت كامپوزيـت شـامل شيـشه-سراميك و فاز ثانويه تقويت كننده، از روشهاي بهبود چقرمگي شيشه-سراميك مي باشد[5]. تحقيقات گسترده ايي در جهـت توليـدكامپوزيتهاي پايه شيشه-سراميك و فاز تقويت كننده صورت گرفته است[6]. اخيرا زيركونيا پايدار شده با ايتريم بـه دليـل خـواصمكانيكي و زيست سازگاري مناسب به طور گستردهايي در كاربردهاي پزشكي مورد توجه قرار گرفته است[7].
شيشهها مي توانند به دو روش ذوبي و سل-ژل توليد شوند. اما روش سل-ژل به دليل دماي توليد پايينتـر، خلـوص و همگنـيبيشتر مورد توجه قرار گرفته است[8 و 9]. شيشههاي زيست سازگار توليدي به روش سل-ژل در مقايسه با شيشههـاي توليـديبه روش ذوبي با تركيب مشابه زيست سازگارتر ميباشند. افزايش خاصيت زيـست سـازگاري بـه دليـل تخلخـلهـايي بـا ابعـاد
-9135601713

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

9
نانومتري و افزايش سطح است كه موجب افزايش سرعت انحلال و تسريع مكانيـسمهـاي زيـست سـازگاري مـيشـود [10]. درسال هاي اخير مواد زيستي با ساختاري در محدوده نانومتري بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند. از مزاياي دست يابي به ساختاري در محدوده نانومتري ميتوان به بهبود خواص مكانيكي بر طبق رابطه ] Hall-Petch11] و افزايش چسبندگي سلولهاي استخوان ساز و كاهش مرگ سلولي اشاره كرد. همچنين واكنش پذيري بالاي اين سطوح افزايش معدني شدن آپاتيت را در سطح آنها به همراه داشته و سبب تثبيت سريعتر كاشتني در محيط بدن خواهد شد[12].
هدف از اين پژوهش بررسي اثر زيركونيا بر ريز ساختار نانو پودر كامپوزيت شيشه-سراميك كلسيم فسفاتي/ زيركونيا پايدار شـدهتوسط ايتريم به روش سل-ژل ميباشد.
2- فعاليت هاي تجربي
ابتدا 064/0 مول تري اتيل اورتوسيليكات (TEOS) به عنوان منبع تامين كننـده 2 SiOبـه آهـستگي در مقـدار معينـي از اسـيدنيتريك با غلظت 2/0 مولار مخلوط گرديد. در ادامه 005/0 مول تري اتيل فسفات (TEP) به صورت قطره قطره به محلـول درحال هم خوردن اضافه شده و جهت انحلال كامل، به مدت 45 دقيقه محلول بر روي دستگاه همزن در حال هـم خـوردن بـاقي ماند. سپس مقدار 031/0 مول از پودر كلسيم نيترات داراي چهار مولكول آب در مدت يك ساعت به محلول اضافه شـد. تمـاميمواد اوليه از خلوص بالايي برخوردار بوده و از شركت مرك آلمان تهيه گرديد.
به منظور دستيابي به ساختاري در محدوده نانومتري پلي اتيلن گليكل (PEG, Merck) بـا جـرم مولكـولي 4000 و بـا نـسبت01/0PEG/TEOS= به محلول اضافه شده و به مدت يك ساعت تحـت هـم زدن قـرار گرفـت. زيركونيـا كلرايـد (4(ZrCl از شركت مرك و نيترات ايتريم هگزاهيدرات تهيه شده از شركت داجونگ به عنوان منابع زيركونيـا و ايتـريم مـورد اسـتفاده قـرارگرفتند. هر كدام از اين دو ماده به طور جداگانه در آب 50 درجه سيليسيوس حل شده و با يكديگر مخلوط گشته و سپس مقادير مختلف زيركونيا پايدار شده با 5 درصد مولي ايتريم به سل اوليه اضافه ميگردد (جدول 1).
جدول 1- مشخصات شيشه سراميكهاي زيست فعال با درصدهاي مختلف از زيركونيا پايدار شده با ايتريا
نمونه تركيب
BG-0YSZ شيشه- سراميك زيست فعال بدون افزودني
BG-2YSZ شيشه- سراميك با 2 درصد وزني زيركونيا پايدار شده
BG-4YSZ شيشه- سراميك با 4 درصد وزني زيركونيا پايدار شده
BG-6YSZ شيشه- سراميك با 6 درصد وزني زيركونيا پايدار شده
سرانجام سل حاصل به خشك كن با دماي C°40 منتقل گرديد تا سل خشك شده و تبديل به ژل گـردد . سـرانجام كامپوزيـتپودري به منظور عمليات حرارتي در كوره با اتمسفر هوا قرار گرفت. بـا توجـه بـه آنـاليز حرارتـي افتراقـي (DTA) در محـدوده 120-100 و 220-200 درجه سلسيوس به دليل خروج مواد فرار، سرعت گرمايشC/min °1/0 بوده اسـت. در سـاير محـدودهدمايي، سرعت گرمايش برابر باC/min °2 بوده است. نمونهها در دماي 700 درجه سانتيگراد به مدت 3 سـاعت بـاقي مانـده وسپس تا دماي محيط در كوره سرد شدند.
به منظور بررسي رفتار حرارتي شيشه توليد شده آناليز حرارتي افتراقي(DTA) در هوا تـا دمـايC °900 بـا سـرعت گرمـايش °C/min 10 صورت گرفت. آناليز ساختاري و فازي شيشه توليد شده با روش سـل -ژل توسـط آنـاليز پرتـو ايكـس (XRD) در محدوه زاويهايي °70<θ2<°20 با گام C/min° 2/0 انجام گرفت. اندازه دانهها توسط رابطه شرر محاسبه شده است[4].
t=0/9/βcosθكه در آنt اندازه دانه، طول موج (5406/1 آنگستروم )، عـرض پيـك انتخـاب شـده در نـصف ارتفـاع و زاويـه پيـكمي باشد. پارامتر شبكه هيدروكسي آپاتيت موجود در شبكه شيشه- سراميك توسط رابطههاي استاندارد موجود مابين فاصله بـينصفحهايي و پارامتر شبكه هگزاگونال محاسبه گرديد. حجم سلول واحـد هيدروكـسي آپاتيـت نيـز توسـط رابطـه زيـر محاسـبه
گرديد[9] كه a و c ثوابت شبكه در سيستم هگزاگونال ميباشند. V=2/589a2c شيشه- سراميك توليد شده توسط طيف سنجي مادون قرمز (FTIR) در محدوده 1-cm4000-400 مورد مطالعـه قـرار گرفـت .
همچنين جهت بررسي بيشتر مورفولوژي پودر توليد شده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد.
3- نتايج و بحث
كنترل دما در فرآيند توليد تاثيرات زيادي را بر روي خواص نهايي پودر توليد شده و همچنين پيشرفت واكنشها دارد. بـه همـينمنظور رفتار حرارتي پودر توليد شده توسط آناليز حرارتي افتراقي مورد بررسي قرار گرفـت . دو پيـك گرمـازا در محـدوده دمـايي120-100 و 500 درجه سلسيوس در نمونهBG-0YSZ مشاهده مي شود. با افزودن يون زيركونيا پايدار شده، پيك نـسبتاً پهـندر 500 در جه سلسيوس از بين رفته و پيك تيز در محدوده 220-200 درجه سيليسيوس ظاهر شده است. اين پيك ها مـيتوانـدبه دليل سوختن و خروج مواد آلي و آب باشد.

شكل 1- نمودار DTA ژل خشك شده
هنگامي كه زيركونيا كلرايد با آب گرم مخلوط ميگردد، طبق واكنش منجر به آزاد شدن اسيد كلريك ميگردد:
ZrCl4+2H2O→4HCl+ZrO2
تغييرات pH در سل (شكل 2) موجب كاهش شديد زمان ژل شدن و در نتيجه منجر به خارج نشدن بخشي از مواد فرار در داخل خشك كن ميگردد. در نمونه بدون زيركونيا، بخشي از مواد فرار در خشك كن خارج شـده و بنـابراين پيكـي در محـدوده 200درجه سلسيوس مشاهده نشده است. با سوختن بخشي از مواد فرار در نمونـه هـاي بـا زيركونيـا، در محـدوده دمـايي 200 درجـهسلسيوس و ايجاد حرارت، انرژي لازم براي خروج ديگر مواد فرار فراهم شده و بنابراين واكنشي در محـدوده دمـايي500 درجـهسلسيوس در نمونههاي با افزودني ديده نميشود. به دليل اينكه گازها هنگام خروج از نمونه از فرصـت كـافي برخـوردار باشـند،سرعت گرمايش در محدوده دمايي 100 و 200 درجه سلسيوس در حد امكان كم انتخاب گرديد.


دیدگاهتان را بنویسید