التعديلات الكيميائية لسطح سيراميك الألومينا للتطبيقات الحيوية

الباحث

سارة شافي كزار

المشرف

إسراء قحطان صبري

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

هندسة المواد / هندسة السيراميك ومواد البناء

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Alumina ceramic;Surface modification;Bioactivity;Biomedical applications

يتمتع سيراميك الألومينا (Al2O3) بموثوقية ميكانيكية عالية و توافق بيولوجي , ويتم استخدامه في زراعة العظام . من ناحية أخرىء تعتبر الألومينا خاملة بيولوجيا ولها محدودية من حيث ضعف الربط على السطح البيني للمادة والعظم؛ فتصبح عملية تثبيت المزروعة صعبة مما يؤكد الحاجة إلى اجراء تعديلات للسطح. لهذا السبب تم استخدام العديد من التقنيات الكيميائية لتحسين أداء السيراميك الخامل الحيوي الى السيراميك النشط الحيوي. حيث تم تطبيق اربع معالجات مختلفة لعينات من الألومينا بهدف تغيير طبيعة السطح باستخدام : المحلول القلوي Uo pill, (NaOH 5M للأشعة فوق البنفسجية، والأحماض الأمينية ،L-Lysine والمعالجات السلينية (silanization treatment) . تمت المعالجة بالمحلول القلوي (5M NaOH) لفترات زمنية مختلفة (12,16,20) ساعة ,وتم اختيار 16 ساعة كأفضل وقت لإنتاج خشونة أعلى و تم اعتمادها كمعالجة مسبقة للمعاملات التالية (عملية السلينية ) و (الأحماض الأمينية) . تتضمن خطوات معالجة السلينية استخدام تراكيز مختلفة )50% , 15 ,5 ,2) V/V من محلول (APTES) عند 100 درجة مئوية لمدة ساعتين. أما المعالجة بالأحماض Arie) تضمنت غمر العينات لمدة 4 ساعة عند درجة حرارة الغرفة في دورق زجاجي يحتوي على 9650 وزن/حجم من اللايسين، واخيرا تم اجراء المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لعينات الألومينا النقية بتعريضها للأشعة فوق البنفسجية بطول موجة 250 نانومتر لمدة ساعة. تم فحص جميع العينات المعالجة و غير المعالجة باستخدام اجهزة780 AFM, FTIR, و FESEM | كما تم فحص الخواص الفيزيائية (الكثافة و المسامية الضاهرية)والخواص الميكانيكية (الصلابة وقوة الضغط ). اظهرت النتائج ان المسامية وخشونة السطح تزداد مع المعالجة القلوية والاشعة فوق البنفسجية وتقل مع السلينية والأحماض الأمينية. بلغت اقصى مسامية وخشونة السطح )%58( و )91.4( على التوالي للعينة المعالجة بمحلول NaOH لمدة 16 ساعة بينما اظهرت سلوك عكسي للخواص الميكانيكية (الحد الأقصى لمقاومة الضغط والصلادة للعينات المعالجة ب MPa) i silanization 80.4( و ( MPa 398.35 ) على التوالي .هذه النتائج اكدتها نتائج FESEM نظرا لطبيعة السيراميك بالأضافة الى المسامية العالية و خشونة السطح ,كانت قيمة زاوية التلامس صفرا بالنسبة للألومينا غير المعالجة والعينات المعالجة بالقلويات و محاليل Cee الأحماض الأمينية والأشعة فوق البنفسجية مما يعني انها تعتبر اسطحا محبة للماء بينما كانت زاوية التلامس (79.57) للعينات السيلانية (APTES) بنسبة 9050. تم اجراء الاختبار البيولوجي عن طريق غمر العينات المعالجة وغير المعالجة في محلول محاكي لسوائل الجسم (SBF) لمدة 7 ايام. تم تقييم النشاط الحيوي بواسطة اختبارات XRD و EDX sFESEM التي كشفت عن تكوين كمية من الهيدروكسي اباتيت على الأسطح., مما يعطي دليلا على نشاطها الحيوي بينما لا يوجد تكوين اباتيت في العينة غير المعالجة. بشكل ale اظهرت نتائج البحث القدرة على تعديل سطح الألومينا من خامل الى نشط وأثبات دور انشاء01!4 على نمو الهيدروكسي اباتيت الشبيه بالعظم من خلال توفير المزيد من مواقع التنوية. اكدت نتائج التحلل الحيوي السلوك الخامل للألومينا غير المعالجة ومعدل تحلل عالي للعينات المعالجة بالمحلول القلوي والسلينية.

Alumina ceramics (Al2O3) have a high mechanical reliability and are biologically compatible; they are utilized in bone implants. On the other hand, alumina is bioinert material that have limitations in terms of lack direct bone-material interface and bone ingrowths to develop and becomes challenging for any implant anchorage which underling the need for surface modifications. Several chemical techniques have been used to improve the performance of bioinert-ceramic to bioactive ceramic. There are four different surface alteration treatments on alumina bulk samples using alkaline solution (5M NaOH) attack, exposure to ultraviolet radiation, amino acid (L-lysine) treatment, and, silanization treatments. Treatment by alkaline solution (5M NaOH) was done for different time (12, 16, 20) hour, 16 hour was choose as the best result for producing higher roughness and consider pre-treatment for treatments by silane and amino acid. Silanization steps include pre-treatment by 5 M NaOH solution for 16 hour then using different concentration (2,5,15,50)% V/V of (APTES) solution at 100 Co for two hour. Amino acid treatment was done after pre-treatment with a 5M NaOH solution for 16 hours; the samples were soaked for 24 hours at room temperature in a glass beaker containing 50% w/v Lysine. Finally, UV treatment was done for pure alumina samples by exposed to UV radiation with wavelength 254 nm for one hour. All treated and untreated alumina samples were investigated using the XRD, FTIR, AFM and FESEM. In addition, the samples characterized in terms of physical properties (density and apparent porosity) and the mechanical properties (hardness and compressive strength). The result showed that porosity and surface roughness increase with Alkaline and UV treatment and decrease with silanization and amino acid treatment, the Maximum porosity and surface roughness were ( 58%) and (91.4 nm) respectively for sample treated with NaOH solution for 16 hour, that associating with reverse behavior for mechanical properties , the best mechanical properties (Max. compressive strength and hardness) belong to samples treated with Silanization were (80.4) MPa and (398.35) MPa respectively . These outcomes confirmed by FESEM results. Due to the natural of ceramic as well as high porosity and surface roughness the value of contact angle was zero for untreated alumina and samples treated by alkali, amino acid solutions and UV which means they consider super hydrophilic surfaces. While it was ( 79.5o ) for 50% APTES silanized samples. The biological test was done by immersion the treated and untreated samples in simulated body fluid (SBF) for 7 days. Bioactivity evaluated by XRD, FESEM and EDX tests, which revealed the formation of apatite on the surfaces, giving evidence to their bioactivity while there is no apatite formation on untreated sample. In general, these results demonstrate the ability to modifying alumina surface from inert to active and proving the role of creating OH – groups to induce the growth of bone-like apatite by providing more nucleation sites. Bio-degradation results confirmed the inert behavior of untreated alumina and proved superior degradation for samples treated by alkali solution and silanization.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب