بهبود عملکرد مکانیکی-زیستی ایمپلنت‌ ها با امواج فراصوت

به گزارش جام جم آنلاین به نقل از ایرنا، استفاده از ایمپلنت‌های استخوانی و دندانی یکی از مدرن‌ترین روش‌های درمان شکستگی‌های استخوانی و آسیب‌های دندانی به‌ شمار می‌رود. مواد مورد استفاده برای ساخت این‌ قطعات باید ضمن تحمل شرایط محیطی بدن، خطری 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 روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور و ایجاد لایه‌های نانوساختار روی آن، موفق به ارتقای خواص مکانیکی-زیستی این آلیاژ شدند.

دکتر مهدی خردمندفرد، دانش‌آموخته‌ مقطع دکتری دانشگاه تهران، ضمن امیدبخش خواندن برخی آلیاژهای نوظهور تیتانیوم نوع بتا برای کاربردهای پزشکی، طرح حاضر را گامی در استفاده‌ درون تنی آلیاژ تیتانیوم بتا در مقیاس انبوه دانست و افزود: در پژوهش حاضر تلاش کردیم با اعمال عملیات سطحی فراصوتی روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور بتا موسوم به TNTZ عملکرد مکانیکی و زیستی این آلیاژ را بهبود بخشیم. مهم‌ترین و بارزترین خاصیت مکانیکی این آلیاژ، داشتن مدول یانگ پایین و نزدیک به مدول یانگ استخوان است.
وی ادامه داد: اعمال عملیات سطحی فراصوتی موجب می‌شود سطح آلیاژ، ساختاری نانویی پیدا کرده و افزایش چند برابری مقاومت به سایش همچنین فعالیت‌های زیستی را به دنبال داشته باشد.
این محقق در خصوص نحوه‌ اثرگذاری امواج فراصوت بر خواص سطحی آلیاژ توضیح داد: اعمال فرایند فراصوت روی سطح آلیاژ موجب ایجاد تغییر شکل پلاستیک شدید سطحی و متعاقب آن کاهش قابل ‌توجه اندازه‌ 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. 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-29Nb-13Ta-4.6Zr)، مشخصه یابی ساختاری و فازی سطحی به کمک آزمون XRD انجام شده‌ است. در ادامه برای بررسی دقیق‌تر جزییات ریزساختاری میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) استفاده شده ‌است. در نهایت نمونه‌ها از منظر عملکرد مکانیکی (سایش و سختی) و زیستی (چسبندگی سلولی) ارزیابی شده‌اند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، اعمال فرایند نانوساختارسازی سطحی فراصوت روی آلیاژ TNTZ موجب بهبود هفت 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 نهران- و دکتر فرشید کاشانی بزرگ- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- است. نتایج این کار در مجله‌ی ‌ Journal of Alloys and Compounds با ضریب تأثیر 3.779 (جلد 762، سال 2018، صفحات 941 تا 949) منتشر شده‌است.