اصلاح سازی سطحی آلیاژ Ti-6Al-4V به وسیله‌ی پوشش نانوکامپوزیتی ژلاتین- نانوذرات فلوئورآپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، شهرضا، اصفهان، ایران

2 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، نجف آباد، اصفهان، ایران

3 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

هدف از انجام این پژوهش ایجاد پوشش نانوکامپوزیتی ژلاتین-نانوذرات فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم و همچنین پوشش ژلاتین بر روی آلیاژ Ti-6Al-4Vدر جهت بهبود و اصلاح خواص زیستی این آلیاژ بود. برای این منظور ابتدا پوشش نانوکامپوزیتی و همچنین پوشش ژلاتینی به روش غوطه­وری ایجاد شد. سپس خواص فیزیکی، خوردگی و زیستی پوشش ایجاد شده توسط روش­های مختلف بررسی شدند. نتایج حاکی از ایجاد پوشش نانوکامپوزیتی یکنواخت با ضخامتی حدود 26/6 میکرومتر با ساختار و فازهای مناسب و افزایش زبری با افزودن نانوذرات به پوشش ژلاتین بود. اندازه­گیری­های الکتروشیمیایی نشان داد نمونهTi-6Al-4V باپوشش ژلاتین همراه با نانوذرات دارای مقاومت پلاریزاسیون RP=5.349×105 Ωcm2 است که نسبت به نمونه با پوشش ژلاتینی با مقاومت پلاریزاسیون RP=1.191×105 Ωcm2ونمونه بدون پوشش با مقاومتپلاریزاسیونRP=5.2453×104 Ωcm2 ازمقاومت پلاریزاسیون بالاتری برخوردار است. آزمون سمیت سلولی نشان دهنده عدم سمیت سلولی پوشش­ها بود. همچنین رشد و تکثیر سلولی نمونه با پوشش نانوکامپوزیتی نسبت به نمونه بدون پوشش، تفاوت آماری معنی­دار دارد. چسبندگی سلولی بر روی نمونه با پوشش نانوکامپوزیتی نیز نسبت به نمونه بدون پوشش و نمونه با پوشش ژلاتین بسیار بهتر بود.

کلیدواژه‌ها


1. T. Akahovi and M. Niinomi, Fracture Characteristics of Fatigued Ti-6Al-4V ELI as an Implant Material, Materials Science and Engineering,  A243 (1998) 237-243, 1998.

2. WJ. O’Brien, Dental Materials and Their Selection, 2th ed., Quintessence Publishing Co, Inc., 1997.

3. فتحی محمدحسین، مرتضوی وجیهه السادات، کاربرد پزشکی­های بیوسرامیکی ایمپلنت­ها، انتشارات ارکان- دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی-درمانی استان اصفهان، چاپ دوم ص ص195-149، 1381.

4. S. G.Steinmann, Corrosion of surgical implants-in vivo and in vitro tests, in: Evaluation of Biomaterials, ed. By Gd Winter, JL leray, K deGroot, John Wiley and sons Ltd, 1980.

5. S. G. Steinmann, Corrosion of titanium and titanium alloys for surgical implants, Titanium Science and Technoloy, Munich: Deutsche Gesellschaft Fur Metallkunde e.V, 2 (1985) 1373-1379.

6. B. Kasemo and J. Lausmaa, Biomaterial and implant surfaces: on the role of cleanliness, contamination, and preparation procedures, Journal of Biomedical Materials Research, 22 (1988) 145-158, 1988.

7. J. R. Smith and D. A. Lamprou, Polymer coatings for biomedical applications-a review, Transactions of the IMF, 92(2014) 9-19.

8. M. Shirkhanzadeh, Electrochemical preparation of protective oxide coatings on titanium surgical alloys, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 5 (1992) 322-325.

9. H. M. Kim, F. Miyaji, T. Kokubo, and T. Nakamura, Preparation of bioactive Ti and its alloys via simple chemical surface treatment, Journal of Biomedical Materials Research, 32 (1996) 409-417.

10. J. Breme, E. Eisenbarth, H. Hildebrand, A. Ralison, W. Schulte and J. Meyle, Modification of the surface of titanium implants for an improved osseointegration, proceeding of titanium 95, Birmingham, Uk, 2 (1995) 1792-1799.

11. H. B.Wen,  J. R. de Wijn,  F. Z. Cui, and K. de Groot, Preparation of bioactive Ti6Al4V surfaces by a simple method, biomaterials, Biomaterials, 19 (1998) 215-221.

12. J. M. Gomez-Vega,  E. saiz, , A. P. Tomsia,  G. W. Marshall, and S. J. Marshal, Bioactive Glass coatings with hydroxyapatite and bioglass particles on Ti-based implants.1. processing, Biomaterials, 21 (2000) 105-111.

13. W. Suchanek, M. Yoshimura, Processing and properties of hydroxyaptite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants, Journal of Materials Research, 13 (1998) 94-117.

14. L. B. Lum, R. beirne and D. A. Curtis, Histologic evaluation of hydroxyapatite-coated versus uncoated titanium blade implants in delayed and immediately loaded applications, The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, 6 (1991) 456-462.

15. A. Pichat, L. M. Rabbe, J. Rieu, A. Romabert, C. Chabrol, and M. Robelet, Effect of ion implantation on titanium alloy/polyethylene and 16L stainless steel/polyethylene friction couples running in joint prosthese, Surface and Coatings Technology, 1 (1991) 15-22.

16. H. W. Kim, H. E. Kim, and J. C. Knowles, Fluor-hydroxyapatite sol-gel coating on titanium substrate for hard tissue implants, Biomaterials, 25 (2004) 3351-3358.

17. T. Ahmadi, A. Monshi, V. Mortazavi, et al., Synthesis and dissolution behavior of nanosized silicon and magnesium co-doped fluorapatite obtained by high energy ball milling, Ceramics International, 4 (2014) 8341-8349.

18. A. Jafarzadeh, T. Ahmadi, M. Taghian Dehaghani, K. Mohemi, Synthesis, Corrosion and Bioactivity Evaluation of Gelatin/Silicon and Magnesium Co-Doped Fluorapatite Nanocomposite Coating Applied on AZ31 Mg Alloy, Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 59 (2018) 458-464.

19. S. A. Sell, P. S. Wolfe, K. Garg, et al., The Use of Natural Polymers in Tissue Engineering: A Focus on Electrospun Extracellular Matrix Analogues, Polymers, 2 (2010) 522-553.

20. Z. X. Meng, Y. S. Wang, C. Ma, , et al., Electrospinning of PLGA/gelatin randomly-oriented and aligned nanofibers as potential scaffold in tissue engineering, Materials Science and Engineering: C., 30 (2010) 1204-1210.

21. H. Hajiali, S. shahgasempour, M. R. Naimi-Jamal, et al., Electrospun PGA/gelatin nanofibrous scaffolds and their potential application in vascular tissue engineering, International Journal of Nanomedicine, 6 (2011) 2133-2141.

22. فتحی ، محمد حسین، مرتضوی، وجیه­السادات، خواص وکاربرد پزشکی بیوموادفلزی، انشارات ارکان، اصفهان، 1382.

23. J. Degner, F. Singer, L. Cordero, A. R. Boccaccini, S. Virtanen, Electrochemical investigations of magnesium in DMEM with biodegradable polycaprolactone coating as corrosion barrier, Applied Surface Science, 282 (2013) 264-270.

24. C. Wu, Z. Wen, C. Dai, Y. Lu, F. Yang, Fabrication of calcium phosphate/chitosan coatings on AZ91D magnesium alloy with a novel method, Surface and Coatings Technology, 204 (2010) 3336–3347.

25. P. V. Kozlov, G. I. Burdygina, The structure and properties of solid gelatin and the principles of their modification, Polymer, 24 (1983) 651-666

26. M. Djabourov, J. Leblond and P. Papon, Gelation of aqueous gelatin solutions. I. Structural investigation, Journal of Physics France, 49 (1988) 319-332.

27. M. Kazemzadeh Narbat, F. Orang, M. Solati Hashtjin and A. Goudarzi. Fabrication of Porous Hydroxyapatite-Gelatin Composite Scaffolds for Bone Tissue Engineering, Iranian Biomedical Journal 10 (4): (October 2006) 215-223.

28. X. Cui, Y. Li, Q.Li, et al., Influence of phytic acid concentration on performance of phytic acid conversion coatings on the AZ91D magnesium alloy, Materials Chemistry and Physics, 111 (2008) 503–507.

29. H. Ashassi-Sorkhabi, and M. Eshaghi, Corrosion resistance enhancement of electroless Ni–P coating by incorporation of ultrasonically dispersed diamond nanoparticles, Corrosion science, 77 (2013) 185–193.

30. Z. X. Meng, Y. S. Wang, C. Ma, W. Zheng, L. Li, and Y. F. Zheng, Electrospinning of PLGA/gelatin randomly-oriented and aligned nanofibers as potential scaffold in tissue engineering, Materials Science and Engineering C, 30 (2010) 1204-1210.

31. K. M. Woo, V. J. Chen, and P. X. Ma, Nano-fibrous scaffolding architecture selectively enhances protein adsorption contributing to cell attachment, Journal of Biomedical Materials Research A, 167 (2003) 531-437.

32. I. K. Kwon, S. Kidoaki, and T. Matsuda, Electrospun nano- to microfiber fabrics made of biodegradable copolyesters: structural characteristics, mechanical properties and cell adhesion potential, Biomaterials, 26 (2005) 3929-3939.

33. Y. Huang, S. Onyeri, M. Siewe, A. Moshfeghian, and S. V. M. Ã, In vitro characterization of chitosan – gelatin scaffolds for tissue engineering, Biomaterials,  26 (2005) 7616-7627.

34. N. Johari, M. H. Fathi, M. A. Golozar, Fabrication, characterization and evaluation of the mechanical properties of poly (e-caprolactone)/nano-fluoridated hydroxyapatite scaffold for bone tissue engineering, Composites: Part B, 43 (2012) 1671-1675.

35. M. Diba, M. H. Fathi, and M. Kharaziha, Novel forsterite/polycaprolactone nanocomposite scaffold for tissue engineering applications, Materials letters, 65 (2011) 1931-1934.

36. M. Kharaziha, M. H. Fathi, and H. Edris, Effects of Surface Modification on the Mechanical and Structural Properties of Nanofibrous Poly(ε-aprolactone)/Forsterite Scaffold for Tissue Engineering Applications, Material Science and Engineering C, 33 (2013) 4512-4519.