تولید “نانوکامپوزیت” با قابلیت استفاده در بدن در دانشگاه آزاد نجف آباد

به گزارش خبرنگار علمی باشگاه خبرنگاران؛ پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد با بهره‌گیری از روش مکانوشیمیایی موفق به تولید نانوکامپوزیت‌ فلوئورآپاتیت-زیرکونیا شدند. محصول حاصله از پایداری شیمیایی بالا‌تر و سرعت انحلال کمتری در محیط‌های زیستی برخودار است.

در میان محدوده وسیعی از مواد پیشرفته، بیوسرامیک‌ها و کامپوزیت‌های بر پایه آن به دلیل ارائه خواص مطلوب زیستی و عدم بروز اثرات نامطلوب در محیط فیزیولوژیک بدن، به عنوان بهترین مواد جایگزین در کاربردهای استخوانی شناخته شده‌اند. در این می‌ان، هیدروکسی آپاتیت به عنوان فاز اصلی معدنی استخوان در بسیاری از کاربردهای زیستی-پزشکی مورد توجه است. با این وجود نرخ انحلال بالا در محیط‌های فیزیولوژیک، مقاومت به خوردگی پایین در محیط‌های اسیدی و پایداری شیمیایی ضعیف در دماهای بالا کاربرد وسیع‌تر این ماده ارزشمند را با محدودیت مواجه نموده است. از اینرو در سال‌های اخیر پژوهش‌های زیادی به منظور بهبود مشخصات عملکردی هیدروکسی آپاتیت صورت گرفته است. در این میان فلوئور هیدروکسی آپاتیت و فلوئور آپاتیت که در این ساختار‌ها یون‌های فلوئور جایگزین یون‌های هیدروکسیل در ساختار آپاتیت شده‌اند، به دلیل بهبود خواص هیدروکسی آپاتیت بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در حقیقت اینجایگزینی منجر به افزایش پایداری شیمیایی، کاهش سرعت انحلال در محیط‌های زیستی و افزایش تکثیر سلول‌های استخوانی می‌شود.

در کاربردهای زیستی- پزشکی می‌توان از این مواد به عنوان پوشش‌های سطحی بر روی پروتزهای ارتوپدیک و کاشتنی‌های دندانی استفاده نمود. از سوی دیگر بهره‌مندی از تقویت کنندهای سرامیکی نظیر آلومینا، تیتانیا و زیرکونیا نیز می‌تواند در تقویت خواص مکانیکی بیوسرامیک‌های بر پایه آپاتیت بسیار موثر باشد. در مجموع توانایی‌های بالقوه محصول در کاربردهایی نظیر ارتوپدی، دندانی، رسانش دارو، کروماتوگرافی و… می‌بایست بررسی شود.

مهندس بهمن نصیری تبریزی، کار‌شناس ارشد مهندسی مواد و مدرس و پژوهشگر دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد با اشاره به اهداف این تحقیقات گفت: «هدف اصلی در پژوهش حاضر سنتز و مشخصه‌یابی نانوپودر کامپوزیتی فلوئورآپاتیت-زیرکونیا به روش مکانوشیمیایی بود. بدین منظور با استفاده از مواد اولیه بر پایه کلسیم و فسفر و بهره‌مندی از دستگاه آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای نانو پودر کامپوزیتی فوق تولید شد. در مرحله مشخصه‌یابی نیز با استفاده از امکانات آزمایشگاهی ویژگی‌های نانوساختاری محصول بررسی گردید.»

مراحل اصلی در پژوهش حاضر شامل دو بخش تولید و مشخه‌یابی است. نصیری تبریزی با اشاره به این موضوع افزود: «در مرحله تولید با استفاده از مواد بر پایه کلسیم و فسفر و برقراری نسبت‌های مولی مناسب مخلوط اولیه تهیه شد. پس از آن مخلوط حاصله با استفاده از دستگاه آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای در محدوده زمانی ۳۰۰-۵ دقیقه فعال‌سازی شد. بدین منظور از محفظه‌های پلیمری و گلوله‌های زیرکونیایی استفاده شد. نتایج پژوهش‌های قبلی نشان می‌دهد که بهره‌مندی از محیط آسیاب کاری مذکور منجر به بهبود مشخصات ساختاری و ظاهری نانوساختارهای بیوسرامیکی حاصله از فرآیندهای مکانوشیمیایی می‌شود. فرآیند مکانوشیمیایی در دمای اتاق، بدون استفاده از هرگونه عامل کنترل‌کننده واکنش (PCA) و در اتمسفر هوا انجام شد. پس از فعالسازی و تولید محصول پودری به منظور ارزیابی پایداری و بازیابی بلورینگی حرارتی، آنیلینگ در دماهای ۶۰۰ و ۹۰۰ درجه سانتیگراد انجام گردید. در مجموع سادگی روش و قابلیت تولید مجدد از مزیت‌های برجسته فرآیند ارائه شده است که تولید انبوه این ماده کامپوزیتی نوین را امکان‌پذیر می‌سازد. لازم به ذکر است که مشخصات محصول بسته به نوع مواد اولیه مصرفی و پارامترهای فرآیند نظیر زمان، نوع محفظه، اتمسفر، عوامل کنترل‌کننده واکنش می‌تواند متغیر باشد. بنابراین به منظور تولید سایر ترکیبات مشابه، بررسی و تعیین اثر متغیر‌ها بر فرآیند سنتز بسیار حائز اهمیت است. به عنوان مثال با توجه به اینکه زمان‌های بالای فعالسازی موجب آلوده شدن محصول می‌شود، تعیین زمان مناسب برای تولید فرآورده‌ای با خلوص فازی-شیمیایی مطلوب بویژه در کاربردهای زیستی-پزشکی ضروری است.»

به گفته نصیری تبریزی، با توجه به اینکه نرخ انحلال بالا در محیط‌های فیزیولوژیک بدن، مقاومت به خوردگی پایین در محیط‌های اسیدی و پایداری شیمیایی ضعیف در دماهای بالا کاربرد وسیع‌تر هیدروکسی آپاتیت و مواد بر پایه آن را با محدودیت مواجه نموده است. بنابراین با توجه به اصلاحات ساختاری انجام شده در این پژوهش (جایگزینی یون‌های فلوئور و بهره‌مندی از تقویت‌کننده سرامیکی) خواص هیدروکسی آپاتیت تقویت شده است. در حقیقت انتظار می‌رود که محصول حاصله از پایداری شیمیایی بالاتری برخوردار بوده و سرعت انحلال کمتری در محیط‌های زیستی داشته باشد.

نتایج این کار تحقیقاتی که به دست مهندس بهمن نصیری تبریزی و مهندس عباس فهامی کار‌شناس ارشد مهندسی مواد و پژوهشگر دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد صورت گرفته است، در مجله Ceramics International (جلد ۳۹، شماره ۴، ‌ماه می‌سال۲۰۱۳، صفحات ۴۳۲۹–۴۳۳۷) منتشرشده است.