استفاده از نانوپوشش‌ها در اصلاح سطح استخوان‌های مصنوعی

محقق دانشگاه تهران با همکاری پژوهشگران دانشگاه یو ام مالزی اقدام به بررسی بهبود خواص مواد قابل کاشت در بدن به کمک نانوپوشش تیتانیا کرد. بر اساس نتایج این تحقیقات استفاده از این نانوپوشش سبب افزایش استحکام، سختی، مقاومت سایشی و عمر مفید استخوان‌های مصنوعی در بدن خواهد شد.

به گزارش گروه علمی فناوری برنا، این طرح از جمله مقالات ISI مورد حمایت ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری است که محقق دانشگاه تهران با همکاری پژوهشگران دانشگاه یو ام به آن دست پیدا کرده‌اند.

بنابراین گزارش؛ ابزار و مواد پزشکی در اندازه و شکل‌های گوناگون و با استفاده از مواد مختلفی ساخته می‌شوند. طراحی و ساخت این مواد نیازمند در نظر گرفتن معیارهای بسیار دقیقی است. فولاد ضد زنگ و به ویژه فولاد ضد زنگ 304، از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در این زمینه است.

به گفته‌ی دکتر قادر فرجی، فولاد ضد زنگ 304، در اثر لایه‌ی غیر فعال سطحی، از مقاومت خوردگی بسیار خوبی برخوردار است. با این حال، زمانی که در معرض برخی مایعات خورنده قرار می‌گیرد، در حضور یون‌های هالید، دچار خوردگی‌های موضعی خواهد شد. همچنین سختی و مقاومت سایشی سطحی پایین، در بسیاری از موارد باعث محدودیت استفاده از آن می‌شود.

وی توضیح داد: در این طرح، با استفاده از پوشش نازکی از جنس نانولوله‌های دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، تلاش شده تا سطح فولاد ضدزنگ 304 اصلاح شود. این کار با هدف کاهش ضریب اصطکاک و افزایش خواص مکانیکی این ماده‌ی پرکاربرد در حوزه‌ی پزشکی صورت گرفته است.

فرجی در خصوص مزایای این طرح عنوان کرد: طبق نتایج حاصل شده می‌توان گفت که عمر استخوان (استخوان مصنوعی) با استفاده از این پوشش به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت. افزایش استحکام, سختی و مقاومت سایشی باعث بهبود عملکرد و افزایش عمر مفید استخوان‌های مصنوعی و در نتیجه کاهش هزینه در طول زمان خواهد شد. استفاده از این پوشش در ساخت ابزارهای مختلف پزشکی و خصوصاً ساخت ایمپلنت‌ها و استخوان‌های مصنوعی مورد توجه قرار خواهد گرفت.

به گفته وی، جهت دستیابی به این اهداف، ابتدا تیتانیوم خالص بر روی فولاد ضد زنگ 304 با روش رسوب بخار فیزیکی ( PVDMS) پوشش داده شده است. سپس نانولوله‌های دی اکسید تیتانیوم با روش آندایزینگ در محلول الکترولیت فلورید آمونیم بر سطح تیتانیوم ایجاد شد. پوشش تیتانیم آندایز شده در دماهای مختلف، در اتمسفر گاز نیتروژن تحت عملیات حرارتی قرار گرفت.

این محقق بیان کرد: در این مرحله، لایه‌ی نازک نانولوله‌ها بر روی فولاد ضد زنگ 304 شکل گرفته است. برای مشخصه‌یابی از تجهیزات مختلفی شامل دستگاه آزمایش نفوذ در مقیاس نانو (nanoindentation) و دستگاه آزمون خراش (scratch) استفاده شده است. همچنین جهت مشاهده‌ی نانولوله‌ها از میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی استفاده شده است.

فرجی گفت: نتایج حاکی از این است که پس از ایجاد پوشش نانولوله دی اکسید تیتانیوم در سطح فولاد ضد زنگ 304، سختی سطحی و مدول الاستیسیته به میزان چشمگیری افزایش یافته است. از طرفی ضریب اصطکاک سطح کاهش و عمر بستر افزایش یافته است.

این کار پژوهشی با همکاری دکتر قادر فرجی، عضو هیأت علمی دانشگاه تهران، دکتر عرفان ذال نژاد و دکتر شمشیربند، اعضای هیأت علمی دانشگاه یو ام مالزی، و دکتر عبدالمجید حمودا، عضو هیأت علمی دانشگاه قطر، صورت گرفته و نتایج آن در مجله‌ی Ceramics International (جلد 41، شماره 2، سال 2015، صفحات 2785 تا 2793) منتشر شده است.