نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

تاثیر مثبت یون‌ها‌ی سیلسیم و روی در رشد و دگرگشت (متابولیسم) استخوان به اثبات رسیده است. هدف از این پژوهش ساخت و مشخصه‌یابی نانوبیوسرامیک ویلمایت (Zn2SiO4)، حاوی روی و سیلسیم، برای ترمیم نواقص استخوانی بود. سرامیک ویلمایت به‌کمک روش واکنش حالت جامد تهیه شد. ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری این بیوسرامیک مورد ارزیابی قرار گرفت. پتانسیل زتا در محلول سرم فیزیولوژیک تعیین گردید و استحکام فشاری و مدول یانگ نمونه‌ها‌ نیز اندازه‌گیری شد. هم‌چنین توانایی تشکیل هیدروکسی آپاتیت در محلول شبیه‌سازی شده بدن مورد بررسی قرار گرفت و آزمون سنجش سمیت نانوذرات در تماس با سلول‌ها‌ی بنیادی مغز استخوان انجام گرفت. یافته‌ها نشان داد که نانوبیوسرامیک بلوری ویلمایت با ترکیب مورد نظر و مقدار پتانسیل زتای منفی ساخته شد. نتایج نشان داد که توانایی تشکیل هیدروکسی آپاتیت بر سطح ویلمایت در محلول شبیه سازی شده بدن چندان قابل توجه نبود. آزمون MTT عدم سمیت و هم‌چنین فعالیت زیستی و تکثیر سلول‌های بنیادی مغز استخوان انسان در تماس با غلظت مشخصی از نانوذرات ویلمایت را تایید نمود. تمامی این یافته‌ها نشان داد که نانوبیوسرامیک نوین ویلمایت با سازگاری زیستی (عدم سمیت) بسیار مناسب، می‌تواند به عنوان یک بیوماده مناسب برای ترمیم نواقص استخوانی پیشنهاد شود.

در این پژوهش تاثیر استفاده از نانوذرات تیتانیا بر استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت­های آلومینا-کاربید سیلیسیم اتصال مولایتی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از روش ریخته­گری ژل به­کمک سل نانوسیلیس برای شکل دهی این نوع نانوکامپوزیت­ها استفاده شد. دمای پخت ترکیب توسط تحلیل گرمایی مشخص شد و پس از پخت در دمای ^°C 1300 استحکام‌های فشاری و خمشی نانوکامپوزیت مورد ارزیابی قرار گرفت. هم‌چنین خواص فیزیکی، ترکیب فازی و ریزساختار ترکیبات پس از پخت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از نانو تیتانیا تا مقدار 1 درصد وزنی تاثیر زیادی بر بهبود استحکام مکانیکی این نوع نانوکامپوزیت‌ها دارد. افزودن نانوتیتانیا منجر به افزایش مقدار فاز مولایت و رشد بیش­تر ذرات سوزنی شکل آن می‌شود. ازدیاد اتصالات سرامیکی بین ذرات و در نتیجه بهبود استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت به‌دلیل افزایش فاز مولایت حاصل می‌شود.

نانو ذرات نقره، با استفاده از برگ‌های گیاه سیاه‌دانه به ­کمک روش‌های جدید بیولوژیکی ساخته  شد. بدین منظور ابتدا برگ‌های این گیاه در هوا خشک و سپس در آب مقطر جوشانده شد.  نتیجه آن مایعی بود که پس از فیلترکردن، برای احیای یون‌های نقره از محلول‌هایی با غلظت متفاوت از نیترات نقره و با pH ثابت به‌کار رفت. اندازه‌گیری‌های اسپکتروفتومتری، به کمک بررسی میزان تغییر رنگ محلول به‌سمت قهوه‌ای، شکل‌گیری نانو ذرات نقره را در هنگام ساخت  نشان داد.  نمونه‌های پودری به‌دست آمده بعد از مرحله سانتریفیوژ، به‌وسیله پراش پرتو ایکس (XRD)، تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FESEM) و طیف­سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج اندازه‌گیری‌های شیمیایی و فازی به‌همراه تصاویر میکروسکوپی نشان‌دهنده ساخت نانو ذرات نقره کلوخه‌ای شکل با خلوص بالا است. افزون بر ‌این، اثرات تغییر غلظت نمک نقره اولیه بر اندازه نانو ذرات نقره به­وسیله اندازه‌گیری لیزری بررسی شد. نتایج تحلیل تبدیل فوریه فروسرخ نیز نقش گروه‌های عاملی موجود در عصاره گیاه را بر فرایند ساخت مشخص نمود.

در این پژوهش نانو ذرات شیشه زیست فعال (NBG) با موفقیت توسط روش سل-ژل تهیه شد. سپس به‌منظور بهبود قابلیت پراکنده شدن ذرات، عملیات اصلاح سطحی آنها توسط عامل زوجی تری متوکسی سیلیل پروپیل متااکریلات انجام گرفت. بدین‌منظور از روش شیمی تر استفاده گردیدکه طی آن ذرات شیشه زیست فعال به همراه تولوئن(حلال) و ماده اصلاح ساز تحت اتمسفر نیتروژن و به‌مدت 6 ساعت هم زده شد. سپس به‌منظور بررسی اتصال عامل زوجی سیلانی به سطح NBG، قبل و بعد از انجام عملیات اصلاح سطحی، آزمون هایFTIR و AFM انجام گرفت. تصاویرAFM نشان داد که قابلیت پراکنده شدن ذرات پس از اصلاح سطحی به طور چشمگیری افزایش یافته است. در طیفFTIR ذرات اصلاح شده، پیک‌های مشخصه CH3، CH2 و C=O آشکار شد. آنالیزهای مذکور، ایجاد پیوند کوالانسی گروه­های خاص تری متوکسی سیلیل پروپیل متااکریلات به سطح نانو ذرات شیشه زیست فعال را تاییدکرد. در ادامه با استفاده از مواد اولیه فوم پلی یورتان و نانو ذرات شیشه زیست فعال سنتز شده، داربست کامپوزیتی پلیمر/سرامیکی ساخته شد و مورفولوژی و اندازه تخلخل‌ و نیز استحکام فشاری و زیست فعالی توسط های داربست کامپوزیتی حاصله، بررسی گردید. نتایج نشان داد که داربست‌های زیستی با دارا بودن نیازهای اساسی برای استفاده در مهندسی بافت استخوان (90% تخلخل و قطر حفره 600-200 میکرومتر) با موفقیت ساخته‌شده‌اند. جزء پلیمری پوشش، بر ارتباط حفرات داربست و همچنین زیست فعالی نانو ذرات شیشه زیستی تأثیری نداشت. افزایش استحکام فشاری داربست و همچنین زیست فعالی مناسب داربست حاوی نانوذرات شیشه زیست فعال اصلاح سطحی شده در مایع شبیه‌سازی‌شده بدن نشان داد که این داربست، کاندید مناسبی جهت استفاده به‌عنوان داربست زیستی است.

هدف از اجرای پژوهش حاضر، بررسی مقایسه­ای اثر افزودن نانوذرات بیوسرامیک دیوپسید و سیلیکا سولفوریک اسید به جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر، به‌منظور ارتقاء خواص مکانیکی آن بود. به این منظور، ابتدا نانوذرات دیوپسید (DIO) با ترکیب شیمیایی (CaMgSi₂O₆)، به روش سل- ژل ساخته و مشخصات ساختاری و مورفولوژی نانوذرات دیوپسید تعیین شد. نتایج بررسی میکروسکوپی الکترونی (SEM) و اندازه گیری توزیع ذرات لیزری (PSA)، ابعاد نانومتری دیوپسید و آگلومره بودن ذرات آن را نشان داد. هم‌چنین نتایج آزمون پراش پرتو ایکس، خالص بودن ترکیب نانو ذرات دیوپسید را تأیید نمود. نانوذرات سیلیکا سولفوریک اسید(SSA)، نیز از طریق اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات سیلیس توسط کلروسولفونیک اسید ساخته شده و از آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) برای تأیید حضور گروه‌های (SO₃H) بر روی سطح این نانوذرات استفاده شد. در ادامه، با افزودن نانوذرات دیوپسید و سیلیکا سولفوریک اسید در مقادیر 1/0، 3 و 5 درصد وزنی به جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر تجاری (Fuji II GIC)، نانوکامپوزیت ­های سیمان گلاس آینومر ساخته شد و از آزمون­های استحکام فشاری، خمشی به روش سه نقطه‌ای و کششی قطری برای بررسی خواص مکانیکی آن‌ها استفاده شد. نتایج آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ، حضورگروه ­های (SO₃H) را در سطح نانوذرات سیلیس نشان داد. مقادیر استحکام فشاری، استحکام خمشی و استحکام کششی قطری سیمان گلاس آینومر بدون افزودنی به‌ترتیب 5_/42 ، 4_/15 و6 مگاپاسکال بود. اگرچه افزودن یک درصد سیلیکا سولفوریک اسید در حدود 122 درصد این خواص را بهبود داد اما بیشترین میزان افزایش در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت­ های حاوی 3 درصد دیوپسید بود که رشد
160 درصدی را نشان داد.