بهبود عملکرد مکانیکی-زیستی ایمپلنت‌ها با امواج فراصوت
محققان کشور با به‌کارگیری امواج فراصوت و ایجاد یک سطح نانوساختار روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور، قابلیت آلیاژ را برای کاربردهای زیستی درون تنی مورد ارزیابی قرار دادند.
به گزارش بازتاب به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، استفاده از ایمپلنت‌های استخوانی و دندانی یکی از مدرن‌ترین روش‌های درمان شکستگی‌های استخوانی و آسیب‌های دندانی به‌شمار می‌رود. مواد مورد استفاده برای ساخت این‌گونه قطعات باید ضمن تحمل شرایط محیطی بدن، خطری نیز ایجاد نکند.
در دهه‌های اخیر آلیاژهای تیتانیوم توانایی خود را در این حوزه به اثبات رسانده‌اند و تلاش‌ها برای بهینه‌سازی هرچه بیشتر این آلیاژها ادامه دارد. در این راستا، محققان دانشگاه تهران با اعمال ضربات مکانیکی فراصوت بر روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور و ایجاد لایه‌های نانوساختار بر روی آن، موفق به ارتقای خواص مکانیکی-زیستی این آلیاژ شدند.
دکتر مهدی خردمندفرد، دانش‌آموخته‌ی مقطع دکتری دانشگاه تهران، ضمن امیدبخش خواندن برخی از آلیاژهای نوظهور تیتانیوم نوع بتا برای کاربردهای پزشکی، طرح حاضر را گامی در جهت استفاده درون تنی آلیاژ تیتانیوم بتا در مقیاس انبوه دانست.
وی افزود: در این پژوهش تلاش کردیم تا با اعمال عملیات سطحی فراصوتی بر روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور بتا موسوم به TNTZ عملکرد مکانیکی و زیستی این آلیاژ را بهبود بخشیم. شایان ذکر است که مهم‌ترین و بارزترین خاصیت مکانیکی این آلیاژ، دارا بودن مدول یانگ پایین و نزدیک به مدول یانگ استخوان است.
وی ادامه داد: اعمال عملیات سطحی فراصوتی موجب می‌شود تا سطح آلیاژ، ساختاری نانویی پیدا کرده و افزایش چندین برابری مقاومت به سایش و همچنین فعالیت‌های زیستی را به دنبال داشته باشد.
این محقق در خصوص نحوه اثرگذاری امواج فراصوت بر خواص سطحی آلیاژ گفت: اعمال فرایند فراصوت بر روی سطح آلیاژ موجب ایجاد تغییر شکل پلاستیک شدید سطحی و متعاقب آن کاهش قابل‌توجه اندازه‌ی دانه‌های سطحی و افزایش مرز دانه می‌شود؛ این موضوع موجب افزایش انرژی سطحی و قابلیت ترشوندگی شده و بهبود چسبندگی سلولی را در پی خواهد داشت.
وی ادامه داد: از سوی دیگر کاهش اندازه دانه باعث می‌شود سختی، مقاومت به سایش و مقاومت به خستگی نیز ارتقا پیدا کند.
به گفته خردمندفرد، در مطالعه حاضر پس از اعمال فرایند اصلاحی نانوساختار سطحی فراصوت روی آلیاژ تیتانیوم بتا TNTZ (Ti-۲۹Nb-۱۳Ta-۴.۶Zr)، مشخصه یابی ساختاری و فازی سطحی به کمک آزمون XRD انجام شده‌است. در ادامه به‌منظور بررسی دقیق‌تر جزییات ریزساختاری میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) مورد استفاده قرار گرفته‌است. در نهایت نمونه‌ها از منظر عملکرد مکانیکی (سایش و سختی) و زیستی (چسبندگی سلولی) ارزیابی شده‌اند.
وی تاکید کرد: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، اعمال فرایند نانوساختارسازی سطحی فراصوت بر روی آلیاژ TNTZ موجب بهبود ۷ برابری مقاومت به سایش و دو برابری چسبندگی سلولی نسبت به آلیاژ پایه می‌شود.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهدی خردمندفرد- دانش‌آموخته مقطع دکتری دانشگاه تهران و دکتر فرشید کاشانی بزرگ عضو هیأت علمی دانشگاه تهران است.
نتایج این کار در مجله Journal of Alloys and Compounds با ضریب تأثیر ۳.۷۷۹ (جلد ۷۶۲، سال ۲۰۱۸، صفحات ۹۴۱ تا ۹۴۹) منتشر شده‌است.
