مواد و فناوری های پیشرفته
سال:1397 | دوره:7 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

آسیب استخوانی یکی از چالش های علم پزشکی محسوب می شود که هر ساله هزینه زیادی را در دنیا برای درمان به خود اختصاص داده است. امروزه، ساخت داربست مناسب به منظور جایگزینی برای بافت از دست رفته با هدف بازسازی، ترمیم و بازگرداندن عملکرد بافت، جهت درمان آسیب استخوانی به طورگسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب پروتیین-پلی ساکارید در داربست ها با قابلیت ترغیب تشکیل آپاتیت استخوانی یک روش قابل قبول برای شبیه سازی محیط خارج سلولی استخوانی شده است. در این مقاله، داربست های جدید کامپوزیتی زیست فعال، بر پایه پلی ساکارید کاپا-کاراگینان و نانوالیاف فیبرویین به منظور استفاده در کاربردهای بازسازی استخوانی، سنتز و مشخصه یابی شده است. نانو الیاف فیبرویین با روش الکتروریسی تهیه و به عنوان فاز تقویت کننده در مقادیر مختلف به محلول کاپا-کاراگینان 5/0 % وزنی اضافه شده و داربست های سه بعدی توسط فریز-درایر ساخته شده اند. جهت ارزیابی داربست پیشنهادی، روش های مشخصه یابی مختلفی به منظور آنالیز ساختاری، مورفولوژی، مکانیکی و میزان آپاتیت تشکیل شده بر روی سطح داربست ها، به کار گرفته شده است و با نمونه کاپا-کاراگینان خالص، مورد مقایسه قرار گرفته اند. نتایج حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی وجود ساختار متخلخل با ارتباط درونی و درصد تخلخل و میانگین اندازه حفرات مناسب با سلول های استخوانی را نشان داده است. علاوه بر این، نتایج آنالیز طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس از داربست های قرار گرفته در محلول شبیه سازی شده بدن، تشکیل لایه ای از کلسیم فسفات بر روی سطح داربست ها را نشان داده است. همچنین نتایج حاصل از آزمون اندازه گیری میزان سمیت سلولی، زنده مانی بالای 90% برای تمامی داربست ها، زیست سازگاری و عدم سمیت داربست ها را به اثبات رسانده است و چسبندگی و لنگراندازی مناسب سلول ها بر روی سطح داربست ها که لایه ای سلولی ایجاد کرده اند، مشاهده گردیده است.

در این پژوهش نانو ذرات هماتیت آلاییده شده با تیتانیم و قلع به روش هیدروترمال با هدف افزایش سطح و بهبود خواص فوتو آندی هماتیت سنتز شد و بطور همزمان بر روی شیشه FTO نشانده شد. در این روش برای رسیدن به لایه کامل هماتیت با چسبندگی مناسب بر روی شیشه FTO واکنشگرها (محلول آمونیوم و کلرید آهن) بطور غیر مستقیم با یکدیگر در دمای C 120 و زمان 24 ساعت واکنش داده شدند. پوشش ها در دمای C 550 کلسینه شدند. آنالیز پراش پرتو ایکس XRD سنتز فاز هماتیت خالص را با ساختار بلورین رمبوهدرال α-Fe2O3 پس از عملیات حرارتی لایه نشانده شده در دمای 550 درجه سانتیگراد تایید کرد. بررسی کامل تر سنتز با کمک آنالیز FTIR صورت گرفت و با استفاده از نتایج UV-Vis انرژی پهنای باند نمونه ها با و بدون افزودنی محاسبه شد. به کمک تصاویر FESEM نیز ریز ساختار و مورفولوژی پودرهای سنتز شده بررسی و مقایسه گردید. نتایج نشان دادند که افزودن 1% وزنی تیتانیم به سنتز نانو ذرات کروی شکل یکنواخت و با کمترین انرژی پهنای باند eV 85/1 منجر می شود.

در این مطالعه، نیترید کربن گرافیتی (g-C3N4) از چگالش گرمایی ملامین در دو دمای 450 و 550 درجه سانتیگراد ساخته شد. همچنین، الکترود نانوساختارهای متخلخل دی اکسید تیتانیوم (TiO2 NP) به عنوان بستر برای لایه نشانی g-C3N4 با روش آندیزاسیون بر روی فویل تیتانیوم (Ti) ساخته شد و سپس برای بهبود رسانندگی الکتریکی به روش الکتروشیمیایی احیا گردید. لایه نیترید کربن گرافیتی به روش الکتروفورتیک بر روی الکترود نانوساختارهای متخلخل احیا شده (Re-TiO2 NP/Ti) لایه نشانی گردید و الکترود نانوساختارهای متخلخل دی اکسید تیتانیوم احیا شده/نیترید کربن گرافیتی (g-C3N4/Re-TiO2 NP/Ti) حاصل به عنوان الکترود ابرخازنی مورد استفاده قرار گرفت. مقایسه ی خواص ابرخازنی الکترودهای (g-C3N4/Re-TiO2 NP/Ti) نشان داد که بازده الکتروشیمیایی و ظرفیت ویژه الکترود g-C3N4(450)/Re-TiO2 NP/Ti نسبت به الکترودg-C3N4(550)/Re-TiO2 NP/Ti بیشتر است که این پدیده، به دلیل مقادیر بالای نیتروژن و در نتیجه، افزایش سایت های فعال، افزایش انتقال بار و آبدوستی در الکترود g-C3N4(450)/Re-TiO2 NP/Ti می باشد.

در تحقیق حاضر رفتار مقاومت به شوک حرارتی آلومینای تکفاز و دو نوع کامپوزیت نانو و میکروساختار از آلومینا/تیتانات آلومینیوم حاوی 20 درصد وزنی فاز ثانویه، به روش تجربی آزمون کویینچ-استحکام مورد مطالعه قرارگرفته است. کامپوزیت ها با افزودن دو نوع TiO2 در مقیاس میکرو و نانومتر به آلومینا جهت تشکیل فاز ثانویه، ساخته شدند. پودرهای اولیه بصورت دوغاب با هم مخلوط شده و پس از خشک کردن، نمونه ها توسط پرس تهیه شدند. فاز تیتانات آلومینیوم طی فرآیند زینتر واکنشی درجا از فازهای TiO2 و Al2O3 حین عملیات زینتزیگ در کوره تشکیل شد. کامپوزیت های تهیه شده با انجام آزمون مقاومت به شوک حرارتی با نمودارهای s-DT و آزمون های پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی با گسیل میدانی (FESEM) مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج حاکی از تشکیل کامل فاز ثانویه تیتانات آلومینیوم (Al2TiO5) طی افزودن هر دو نوع TiO2 در زمینه آلومینایی بود. فاز ثانویه در کامپوزیت نانو ساختار بصورت لایه های ظریف در مقیاس نانو در محل تقاطع دانه های زمینه مشاهده شد. نتایج نشان دهنده مقادیر مقاومت به شوک 230، 265 و C290 به ترتیب برای نمونه های: آلومینای تکفاز، کامپوزیت میکرونی و نانوکامپوزیت بودند. این افزایش مقدار مقاومت به شوک حرارتی در کامپوزیت ها نسبت به آلومینا را می توان به بالا بودن مقاومت به شوک فاز ثانویه تیتانات آلومینیوم نسبت به آلومینا و همچنین رفتار منحنی R در چقرمگی کامپوزیت ها و فعال شدن مکانیسم میکرو ترک شدن نسبت داد.

تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی بالا در ساخت کاشتنی های تحت بار استفاده می شوند. با این وجود از لحاظ رفتارهای سطحی و تریبولوژی دچار ضعف هستند. در این پژوهش مکانیزم ایجاد پوشش محافظ کامپوزیتی TiB/TiB2 روی تیتانیوم خالص تجاری به روش نفوذی پک سمانتاسیون و توانایی استخوان سازی آن در آزمون های in-vitro مطالعه شده اند. فرایند بوردهی در دماهای مختلف (C 800 و C 1000) به مدت 60 دقیقه انجام شد. بررسی تصاویر SEM از سطح مقطع نمونه ها و مطالعه مدل های نفوذی نشان داد که در یک زمان مشخص با افزایش دما گرادیان غلظتی از اتم های بور در سطح تیتانیوم ایجاد می شود که منجر به تشکیل ترکیب های TiB2، Ti3B4 و TiB از سطح به عمق نمونه می شود. نتایج فاز شناسی به کمک فن XRD مکانیزم را تایید کرد. همچنین نتایج نشان داد که بوردهی در دمای C 800 منجر به تشکیل پوشش تک فاز TiB و بوردهی در دمای C 1000 منجر به تشکیل پوشش کامپوزیت TiB/TiB2 می شود. نتایج آزمون in-vitro توانایی استخوان سازی طی دو هفته غوطه وری در محلول شبیه ساز بدن (SBF) برای نمونه های بدون و با پوشش نشان داد که پوشش کامپوزیت TiB/TiB2 قادر است سطح تیتانیوم خالص تجاری را از یک بیوماده خنثی به یک بیوماده زیست فعال با قابلیت استخوان سازی تبدیل نماید. تصویر SEM از سطح پوشش کامپوزیت TiB/TiB2 پس از دو هفته غوطه وری تشکیل رسوبات آپاتیت استخوانی با ساختار متخلخل و مشابه بافت استخوان اسفنجی را نشان داد.

کامپوزیت های زمینه آلومینیوم به دلیل خواص مکانیکی مطلوب بخصوص استحکام ویژه بسیار بالا در صنایع هوافضا و خودروسازی از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند. در این پژوهش تاثیر افزودنی اکسید وانادیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت زمینه آلومینیوم تهیه شده به وسیله تفجوشی پلاسمای جرقه ای بررسی شد. پودر اکسید وانادیم 5 ظرفیتی به میزان 5، 10 و 15 درصد وزنی توسط مخلوط کن پر انرژی اسپکس با پودر آلومینیوم در محیط تر مخلوط شد و سپس مخلوط بدست آمده در دمای 70 درجه سانتیگراد بر روی هیتر خشک شد. فرآیند تفجوشی توسط روش پلاسمای جرقه ای در دماهای 400 و 450 درجه سانتیگراد در شرایط خلاء و در فشار اولیه 10 و فشار پایانی 30 مگاپاسکال انجام شد. نتایج الگوی پراش پرتو ایکس تشکیل موضعی از فاز آلومیناید وانادیم و کاهش ظرفیت اکسید وانادیم را با افزایش دمای تفجوشی نشان داد. نتایج بررسی خواص مکانیکی بیان کننده بیشترین میزان استحکام خمشی (11± 141 مگا پاسکال) و سختی (12± 103 ویکرز) برای نمونه حاوی 15 در صد وزنی اکسید وانادیم و تفجوشی شده در دمای 450 درجه بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده توضیع نسبتا یکنواخت فاز تقویت کننده در ریز ساختار بوده و به دلیل ذوب موضعی اکسید وانادیم در فصل مشترک ذرات آلومینیوم مخلوطی از فازهای اکسیدی مشاهده می شود.

در این پژوهش جاذب[mk1] ی با ترکیب 75 درصد وزنی زیرکونیم، 22 درصد وزنی کبالت، 1. 5 درصد وزنی پرزدمیم و 1. 5 درصد وزنی نیودمیم سنتز شده است تا تاثیر این عناصر بر شرایط فعال سازی و خواص جذبی آن [mk2] بررسی و با تاثیر ایتریم مقایسه شود. با توجه به اکتیویته بالای جاذب های تبخیر نشونده، برای از بین بردن لایه اکسیدی، نمونه ها ابتدا به مدت 20 دقیقه در دمای 100 قرار داده شده و سپس به مدت 80 دقیقه در دماهای 360 فعال شدند. نتایج تست جذب بر حسب تغییرات فشار و دما زمان مشخص که شروع دمای فعال سازی برای نمونه حاوی ایتریم تقریبا 60 درجه کاهش داشته و از 260 به 200 رسیده است. فشار شروع تست جذب در محفظه جاذب برای همه نمونه ها 1. 5×10-5 mmHg بوده که فشار نهایی سیستم با جاذب حاوی ایتریم کمترین میزان را داشته و برابر باmmHg 1. 3×10-6است. همچنین بعد از پایان فعال سازی و ثبت فشار نهایی ارتباط بین راکتور و پمپ های خلاء قطع شده تا زمان لازم برای شکستن خلاء از mmHg001/0 تا mmHg 2/0 مشخص شود. حداکثر زمان شکستن خلاء برای نمونه حاوی ایتریم بوده که برابر با 4955 ثانیه می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده، عملکرد پرزدمیم، نیودمیم و ایتریم نزدیک به یکدیگر بوده و هر 3 عنصر نزدیک به ده برابر فشار سیستم را کاهش داده و زمان شکستن خلاء را به بالاتر از 4000 ثانیه افزایش داده اند.

این پژوهش با دیدگاه تاثیر کمک فرآیندهای پلیمری گوناگون بر پدیده چسبش-لغزش در آمیزه های پلی اتیلنی انجام شده است. در فرآیند اکستروژن پلیمرهای گرمانرم هم چون پلی اتیلن ها برای این که محصولات مناسب و کارامدی مانند پوشش های سیمی، لوله ها، بطری ها، و فیلم ها تهیه شود، مطلوب است که محصولات نهایی، سطوحی صاف و صیقل داشته باشند. هم چنین در صنعت نیاز است که سرعت فرآیند اکستروژن تا حد ممکن بالا و فشار این فرآیند تا حد ممکن پایین باشد تا بتوان بیشترین استفاده را از ماشین آلات فرآیندی داشت و در نتیجه هزینه های فرآیندی را تا حد امکان کاهش داد. در این پژوهش ابتدا، مستربچ های MBM و MBR (دارای 35-40% دوده) به پودر پلی اتیلن با چگالی زیاد (PE100) اضافه شد و اثر آن ها بر کاهش پدیده ویسکوالاستیکی تایید شد. در مرحله بعد، سه نوع کمک فرآیند با اسامی تجاری Viton، Fx و Daikin با غلظت های ppm 50، 100 و 150 برای کاهش پدیده یادشده به آمیزه های PE100MBR و PE100MBM اضافه شد. آزمون ریومتری لوله مویین بصورت کمی مشخص نمود که پدیده چسبش-لغزش چه تغییراتی داشته است. آزمون ریزبینی نیز به طور کیفی تغییرات رخ داده در محصول اکسترودشده را نمایش داد. آزمون گشتاورسنجی نیز اثر کمک فرآیندها را بر آمپر و انرژی مصرف شده دستگاه تعیین نمود. در نهایت، به دلیل اهمیت کاهش انرژی در فرآیند و هم چنین بهبود کیفیت محصول نهایی، نمونه هایی با این ویژگی ها تولید شد. با توجه به ساختار کمک فرآیندهای پلیمری که برپایه فلیوروالاستومر و هایپربرنچ ها می باشند، مشخص شد که با افزودن این مواد باعث بهبود فرآیندپذیری و هم چنین تسهیل آن شده است و در آخر ظاهر محصول صاف تر و صیقل تر شده است.