بررسي ريزساختار، خواص سايشي، رفتار زيستي و رفتار خوردگي پوششهاي تيتانيم‌نيتريد، تيتانيم‌نايوبيم‌نيتريد و تيتانيم‌سيليكون‌نيتريد اعمال شده بر‌روي‌ايمپلنت‌‌هاي جايگزين كل‌مفصل زانو از جنس آلياژ كبالت-كروم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد متالورژي

كارشناسي ارشد

تعويض كامل مفصل زانو يكي از موفق‌ترين اعمال جراحي ارتوپدي است، اما سايش قطعات پليمري و آزادسازي يون‌هاي فلزي ناشي از خوردگي، طول عمر باليني اين ايمپلنت‌ها را محدود مي‌كند. در اين پژوهش، پوشش‌هاي تيتانيم‌نيتريد، تيتانيم-نايوبيم‌نيتريد و تيتانيم-سيليكون‌نيتريد به روش لايه‌نشاني فيزيكي بخار (كندوپاش مغناطيسي) با ضخامت حدود 2 ميكرومتر بر زيرلايه آلياژ كبالت-مروم-موليبدن اعمال و تأثير درصد نيتروژن اتمسفر (15 تا 50٪) بر ريزساختار و خواص مكانيكي، تريبولوژيكي، خوردگي و زيستي پوشش‌ها بررسي شد. نتايج نانوايندنتيشن نشان داد با افزايش نيتروژن از 15٪ به 50٪، سختي پوشش تيتانيم نيتريد از 10.2 به 2.3–2.9 GPa و مدول الاستيك از 231 به 142 GPa كاهش يافت، در حالي‌كه افزودن نايوبيم و سيليكون سختي را به‌ترتيب به 13.7 و 15.0 GPa (بيشترين مقدار در كل نمونه‌ها) افزايش داد؛ زبري سطح تمامي نمونه‌ها كمتر از 30 نانومتر بود. آزمون پين‌روي‌ديسك در محلول شبيه‌ساز مايع بدن نشان داد ضريب اصطكاك زيرلايه بدون‌پوشش 0.044 و در پوشش‌هاي تيتانيم نيتريد از 0.046تا 0.094با ثبت كمينه توسط نمونه داراي 15% نيتروژن اتمسفر ثبت شد، درحالي‌كه پوشش‌هاي تيتانيم-نايوبيم نيتريد و تيتانيم-سيليكون نيتريد كمترين ضرايب اصطكاك (به‌ترتيب 0.034 و 0.036) را در ميان همه نمونه‌ها ثبت كردند و تنها پوشش‌هايي بودند كه ضريب اصطكاكشان از زيرلايه نيز كمتر بود. آزمون پلاريزاسيون پتانسيودايناميك نشان داد جريان خوردگي تيتانيم نيتريد با افزايش نيتروژن به‌شدت افزايش يافت، از 36.6 nA/cm² در 15٪نيتروژن به 2549 و 2491 nA/cm² در 30٪ و 40٪ نيتروژن) كه ناشي از ريزساختار ستوني و متخلخل تصور ميشود) و در مقابل، پوشش تيتانيم-سيليكون نيتريد كمترين جريان خوردگي(11.3 nA/cm²) و بالاترين مقاومت پلاريزاسيون )1.917 (MΩ.cm² را در ميان همه نمونه‌ها ثبت كرد. زيرلايه جريان خوردگي 18.4 nA/cm² را نشان داد و پوشش تيتانيم-نايوبيم نيتريد با جريان خوردگي 35.52 nA/cm² عملكردي مياني داشت. آزمون سميت سلولي (MTT) مطابق استاندارد ISO 10993-5 نشان داد تمامي پوشش‌ها غيرسمي بوده و زنده‌ماني سلولي بالاي 70٪ (نسبت به كنترل 100٪؛ انحراف‌معيار كمتر از 5٪) داشتند؛ پوشش تيتانيم-سيليكون نيتريد به‌دليل زاويه ترشوندگي كمتر (آب‌دوستي بيشتر)، بالاترين زنده‌ماني سلولي را در ميان نمونه‌ها نشان داد .به‌طور كلي، پوشش تيتانيم-سيليكون‌نيتريد با تركيب بهينه بالاترين سختي(15.0( GPa، كمترين ضريب اصطكاك (0.036) و كمترين جريان خوردگي (11.3 nA/cm²)در كنار بهترين زيست‌سازگاري، به‌عنوان مناسب‌ترين نمونه براي بهبود عملكرد و افزايش طول عمر باليني ايمپلنت‌هاي زانو معرفي ‌شد.

237824

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان