تهیه و مشخصه یابی پودر نانومتری فورستریت به روش آلیاژسازی مکانیکی و سل-ژل

با وجود خواص زیستی مناسب هیدروکسی آپاتیت، استفاده از بیوسرامیک های جایگزین با خواص مکانیکی بهتر و زیست سازگاری مناسب می تواند تا حدودی مشکلات کاشتنی های تحت بار را برطرف سازد. به تازگی، فورستریت به عنوان یک بیوسرامیک برای کاربردهای پزشکی پیشنهاد شده است. از طرف دیگر، فورستریت نانومتری می تواند رفتار و عملکرد زیستی بهتری را در برداشته باشد. هدف از این پژوهش، تهیه و مشخصه یابی نانوپودر فورستریت به روش آلیاژ سازی مکانیکی و سل- ژل و ساخت قطعه چگال فورستریت نانوساختار از پودر نانومتری است. پودر فورستریت با اجرای یک مرحله عملیات آلیاژ سازی مکانیکی و سپس عملیات حرارتی ساخته شد. مواد اولیه شامل اکسید سیلیسیم و کربنات منیزیم بود و از هگزا فلویور سیلیکات به عنوان عامل تسریع کننده فرایند استفاده شد. تأثیر زمان آلیاژ سازی مکانیکی و دمای عملیات حرارتی بعدی بر ساختار فازی و اندازه دانه پودر نهایی بررسی شد. فرایند ساخت نانوپودر فورستریت به روش سل- ژل با استفاده از نیترات منیزیم آبدار و اکسید سیلیسیم کلوییدی اجرا شد. به منظور رسیدن به ساختار خالص در دمای پایین و اجرای عملیات حرارتی در زمان کم، از ساکارز و پلی وینیل الکل به عنوان مواد تشکیل دهنده زمینه پلیمری استفاده شد. تاثیر دمای کلسینه کردن و میزان ساکارز بر ترکیب فازی، اندازه دانه و مورفولوژی پودر نهایی بررسی شد. خواص زیست فعالی نانوپودر فورستریت تهیه شده (با هر دو روش) با غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن به مدت چهارهفته، بررسی شد. آزمون کشت سلول به منظور ارزیابی زیست سازگاری نانوپودر فورستریت در غلظت های مختلف به انجام رسید و مورفولوژی ونحوه رشد سلول ها در سطح قطعات نانوکریستال فورستریت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. قطعه چگال فورستریت با فرایند تف جوشی دو مرحله ای ساخته شد و ارزیابی شد. از روش های پراش پرتو ایکس (xrd)، آنالیز حرارتی افتراقی ( dtaو tg)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) به منظور مشخصه یابی پودر تولیدی استفاده شد. طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (ftir)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، طیف سنجی جذب اتمی (aas)، اسپکتروفتومتری و آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (edx) به منظور ارزیابی خواص زیست فعالی نانوپودر فورستریت استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) به منظور ارزیابی مورفولوژی سلول-های کشت شده در سطح نانوسرامیک فورستریت استفاده شد. نتایج نشان داد که بدون حضور عامل فلویوردار، فاز خالص فورستریت با اندازه دانه 56 نانومتر و اندازه ذرات حدود 25-60 نانومتر بعد از 10 ساعت آلیاژ سازی مکانیکی و یک ساعت عملیات حرارتی در 1200 درجه سانتی گراد، حاصل شده است. در اثر حضور عامل فلویوردار، فورستریت خالص با اندازه دانه 28 نانومتر بعد از 5 ساعت آلیاژ سازی مکانیکی و یک ساعت عملیات حرارتی در 900 درجه سانتی گراد تهیه شد. همچنین با اجرای فرایند سل- ژل، نانوپودر فورستریت با اندازه دانه حدود 17-20 نانومتر و اندازه ذرات 10-35 نانومتر با استفاده از نسبت مولی ساکارز به منیزیم معادل 4 به 1 در دمای 800 درجه سانتی گراد و به مدت 2 ساعت حاصل شد. افزایش میزان ساکارز و یا کاهش آن، موجب افزایش دمای تشکیل فورستریت کاملاً خالص شد. نتایج آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن حاکی از آن بود که نانوپودر فورستریت بر خلاف فورستریت میکرونی قابلیت تشکیل آپاتیت را در محلول شبیه سازی شده بدن دارد که نشان دهنده زیست فعالی آن است. نتایج آزمون کشت سلول، نشان دهنده تاثیر عدم سمیت نانوپودر فورستریت بر روی سلول ها بود. درغلظت های پایین فورستریت، علاوه بر عدم سمیت سلولی، رفتار تشویق به رشد سلولی نیز مشاهده شد. نتایج آزمون چسبندگی سلولی بر سطح بیوسرامیک فورستریت نانوساختار نیز نشان دهنده چسبندگی و رشد سلول ها در سطح سرامیک بود. قطعه چگال فورستریت (22/0± 1/98 درصد چگالی تیوری) از نانوپودر فورستریت تهیه شده به روش آلیاژ سازی مکانیکی، با اندازه دانه 65-70 نانومتر با استفاده از فرایند تف جوشی دو مرحله ای تهیه شد. همچنین قطعه چگال فورستریت (18/0± 6/98 درصد چگالی تیوری) از نانوپودر فورستریت تهیه شده به روش سل- ژل، با اندازه دانه 30-45 نانومتر با استفاده از فرایند تف جوشی دو مرحله ای تهیه شد. با توجه به زیست فعالی و زیست سازگاری نانوپودر فورستریت، پودر و قطعه چگال نانومتری تهیه شده در این پژوهش می تواند در مصارفی مانند پر کردن عیوب استخوانی و ساخت کاشتنی های ارتوپدی و دندانی تحت بارگذاری به کار رود.