coating of biomaterials by sol-gel method, پوشش دهی بایو مواد به روش سل ژل

1. ‫سمینار‬ ‫عنوان‬
‫ژل‬ ‫سل‬ ‫روش‬ ‫به‬ ‫مواد‬ ‫بایو‬ ‫دهی‬ ‫پوشش‬
‫دهندگان‬ ‫ارائه‬:
‫رئیسی‬ ‫نوشین‬
‫جهانشیری‬ ‫فروغ‬

2. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬1
‫مقدمه‬
‫پوشش‬‫دهی‬‫ژل‬ ‫سل‬ ‫روش‬ ‫با‬ ‫مواد‬ ‫بایو‬
‫مروری‬‫انجام‬ ‫تحقیقات‬ ‫برخی‬ ‫بر‬ ‫اجمالی‬‫شده‬
‫موردی‬ ‫مطالعات‬
‫بندی‬ ‫جمع‬
‫منابع‬

3. ‫مواد‬ ‫بایو‬
‫بایو‬‫مواد‬‫به‬‫هر‬‫ماده‬‫ی‬‫طبیعی‬‫و‬‫سنتزی‬‫گفته‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫واکن‬‫ش‬‫هایی‬‫با‬
‫بافت‬‫ها‬‫و‬‫مایعات‬‫بیولوژیکی‬‫بدن‬‫دارند‬‫و‬‫به‬‫منظور‬‫تعمیر‬‫قسم‬‫تی‬‫از‬‫بدن‬
‫یا‬‫جایگزینی‬‫بافت‬‫آسیب‬‫دیده‬‫استفاده‬‫می‬‫شوند‬.
‫سطح‬‫بایو‬‫مواد‬‫نقش‬‫اساسی‬‫را‬‫در‬‫تعریف‬‫کردن‬‫ویژگی‬‫های‬‫آن‬‫دار‬‫د‬‫و‬‫به‬
‫منظور‬‫عملکردهای‬‫کلی‬‫اش‬‫در‬‫بدن‬‫بخصوص‬‫واکنش‬‫با‬‫بافت‬‫های‬
‫اطرافش‬‫می‬‫تواند‬‫اصالح‬‫یا‬‫پوشش‬‫داده‬‫شود‬.
2

4. ‫اهداف‬‫دهی‬ ‫پوشش‬ ‫اصلی‬
‫کاهش‬/‫حذف‬‫جذب‬‫پروتئین‬
‫کاهش‬/‫حذف‬‫چسبندگی‬‫سلول‬
‫کاهش‬‫چسبندگی‬‫باکتریایی‬
‫افزایش‬‫مقاومت‬‫در‬‫برابر‬‫خوردگی‬/‫فرسای‬‫ش‬
3
‫ارتقاء‬‫چسبندگی‬‫س‬‫لول‬
‫روان‬‫سازی‬
‫افزایش‬‫سختی‬

5. ‫روش‬‫پوشش‬ ‫های‬‫دهی‬‫مواد‬ ‫بایو‬
‫اسپری‬ ‫پالسما‬
‫مغناطیسی‬ ‫پراکنش‬
‫الکتروشیمیایی‬
‫غوطه‬‫در‬ ‫وری‬‫مذاب‬
4
‫الکتریکی‬ ‫دادن‬ ‫رسوب‬
‫بخار‬ ‫دادن‬ ‫رسوب‬
‫ژل‬ ‫سل‬

6. ‫روش‬‫سل‬‫در‬ ‫ژل‬‫مواد‬ ‫بایو‬ ‫دهی‬ ‫پوشش‬5
‫در‬‫این‬‫روش‬‫در‬‫واقع‬‫از‬‫اصل‬‫محلول‬‫سازی‬‫و‬‫رسوب‬‫دهی‬‫جامدات‬‫در‬
‫مایعات‬‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫تغییر‬‫پارامترهایی‬‫مثل‬‫دما‬‫استفاده‬‫ک‬‫می‬‫نیم‬‫و‬
‫محصوالتی‬‫مثل‬‫پوشش‬‫و‬‫پودر‬‫را‬‫به‬‫دست‬‫آوریم‬‫می‬.

7. ‫روش‬‫سل‬‫در‬ ‫ژل‬‫مواد‬ ‫بایو‬ ‫دهی‬ ‫پوشش‬6
‫ابتدا‬‫تهیه‬ ‫محلول‬ ‫یك‬ ‫دهیم‬ ‫پوشش‬ ‫خواهیم‬‫می‬ ‫که‬ ‫ای‬ ‫ماده‬ ‫از‬‫می‬‫ک‬‫نیم‬.
‫تبدی‬ ‫سل‬ ‫به‬ ‫مناسب‬ ‫حالل‬ ‫افزودن‬ ‫با‬ ‫آمده‬ ‫دست‬ ‫به‬ ‫همگن‬ ‫محلول‬‫ل‬
‫می‬‫کنیم‬.
‫بعد‬‫ژالتینی‬ ‫ماده‬ ‫یك‬ ‫به‬ ‫تبدیل‬ ‫را‬ ‫آن‬ ‫محلول‬ ‫این‬ ‫دادن‬ ‫حرارت‬ ‫با‬‫می‬-
‫نماییم‬.
‫با‬‫پوشش‬ ‫پذیرنده‬ ‫ماده‬ ‫روی‬ ‫را‬ ‫محلول‬ ‫در‬ ‫معلق‬ ‫مواد‬ ،‫دادن‬ ‫حرارت‬ ‫ادامه‬
‫می‬ ‫رسوب‬‫دهیم‬.

8. ‫روش‬‫سل‬‫در‬ ‫ژل‬‫مواد‬ ‫بایو‬ ‫دهی‬ ‫پوشش‬7
‫ک‬ ‫باشد‬ ‫پیوسته‬ ‫الیه‬ ‫یك‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫تواند‬‫می‬ ‫رسوب‬ ‫این‬ ‫حال‬‫ه‬‫ضخامت‬
‫از‬ ‫کمتر‬ ‫آن‬100‫است‬ ‫نانومتر‬.
‫یا‬‫از‬ ‫الیه‬ ‫این‬ ‫ضخامت‬ ‫اگر‬100‫اینک‬ ‫علت‬ ‫به‬ ،‫باشد‬ ‫بیشتر‬ ‫نانومتر‬‫از‬ ‫ه‬
‫ساختار‬ ‫نانو‬ ‫الیة‬ ‫یك‬ ،‫است‬ ‫شده‬ ‫تشکیل‬ ‫نانومتری‬ ‫ذرات‬‫است‬.

9. 8 ‫با‬ ‫دهی‬ ‫پوشش‬ ‫مزایای‬‫ژل‬ ‫سل‬ ‫روش‬
‫دمای‬ ‫در‬ ‫مواد‬ ‫تهیه‬‫پایین‬
‫دردماهای‬ ‫مختلف‬ ‫مواد‬ ‫سینتر‬ ‫امکان‬‫پائین‬‫تر‬
‫یکنواختی‬‫در‬‫ترکیب‬
‫امکان‬‫مواد‬ ‫از‬ ‫وسیعی‬ ‫سطح‬ ‫در‬ ‫ها‬‫پوشش‬ ‫و‬ ‫فیبرها‬ ‫تهیه‬‫جامد‬
‫امکان‬‫متخلخل‬ ‫مواد‬ ‫سنتز‬

10. 9 ‫بر‬ ‫اجمالی‬ ‫مروری‬‫تحقیقات‬ ‫برخی‬‫شده‬ ‫انجام‬
‫گزارش‬ ‫سال‬ ‫پوشش‬ ‫الیه‬ ‫زیر‬ ‫شماره‬
2015 TiO2/PCL ‫تیتانیوم‬ 1
2004 TiO2 ‫نزن‬ ‫زنگ‬ ‫فوالد‬L316 2
2009 CaO–SiO2–P2O5 ‫نزن‬ ‫زنگ‬ ‫فوالد‬L316 3
2014 HA ‫منیزیم‬ ‫آلیاژ‬(MA8M) 4
2013 FHA, FA, HA ‫تیتانیوم‬ 5

11. 10 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬1
‫مشخصه‬‫یابی‬‫و‬‫خصوصیات‬‫بایو‬‫لوژیکی‬‫پوشش‬‫هیبریدی‬TiO2/PCL
‫آماده‬‫شده‬‫به‬‫روش‬‫سل‬-‫ژل‬‫به‬‫منظور‬‫اصالح‬‫ایمپلنت‬‫های‬‫تیتانی‬‫م‬
‫یك‬ ‫سریع‬ ‫گیری‬ ‫شکل‬ ‫به‬ ‫قادر‬ ‫آن‬ ‫آلیاژهای‬ ‫و‬ ‫تیتانیم‬‫الیه‬‫ی‬‫اکسیدی‬
‫سطح‬ ‫روی‬ ‫فشرده‬ ‫و‬ ‫پایدار‬ ‫تیتانیم‬‫می‬ ‫خود‬‫باشند‬.
‫شدن‬ ‫برداشته‬‫الیه‬‫اکسیدی‬ ‫ی‬‫علت‬ ‫به‬ ‫محافظ‬‫سایش‬‫های‬‫مک‬‫انیکی‬
‫می‬‫تواند‬‫خوردگی‬ ‫به‬ ‫مقاومت‬ ‫کاهش‬ ‫سبب‬‫شود‬ ‫تیتانیم‬.
‫روش‬‫های‬‫مختلفی‬‫به‬‫منظور‬‫جلوگیری‬‫از‬‫شکست‬‫ایمپلنت‬‫به‬‫د‬‫لیل‬‫سایش‬
‫وجود‬‫دارد‬‫که‬‫عبارتند‬‫از‬:
‫افزایش‬‫ضخامت‬‫الیه‬‫ی‬‫اکسیدی‬
‫استفاده‬‫از‬‫پوشش‬‫محافظ‬

12. 11 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬1
‫مشخصه‬‫یابی‬‫و‬‫خصوصیات‬‫بایو‬‫لوژیکی‬‫پوشش‬‫هیبریدی‬TiO2/PCL
‫آماده‬‫شده‬‫به‬‫روش‬‫سل‬-‫ژل‬‫به‬‫منظور‬‫اصالح‬‫ایمپلنت‬‫های‬‫تیتانی‬‫م‬
‫در‬‫این‬‫تحقیق‬‫از‬‫روش‬‫سل‬-‫ژل‬‫به‬‫منظور‬‫سنتز‬‫نانو‬‫کامپوزیت‬‫آلی‬-‫غیرآلی‬‫حاوی‬
‫ماتریس‬‫تیتانیم‬‫استفاده‬‫شده‬‫که‬‫درصدهای‬‫مختلفی‬‫از‬‫پلیمر‬‫زیست‬‫س‬‫ازگار‬
‫پلی‬‫کاپروالکتون‬(PCL)‫به‬‫آن‬‫اضافه‬‫شده‬‫است‬.‫ماده‬‫ی‬‫مورد‬‫نظر‬‫برای‬‫پوشش‬‫در‬
‫این‬‫تحقیق‬cpTi-4‫است‬،‫که‬‫یك‬‫فلز‬‫با‬‫کاربرد‬‫گسترده‬‫در‬‫ایمپلنت‬،‫ها‬‫ارتو‬،‫پدی‬
‫دندان‬‫پزشکی‬‫و‬‫سیم‬‫های‬‫ارتوپدی‬‫می‬‫باشد‬.

13. 12 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬1
‫نتایج‬‫و‬‫بحث‬
(A)‫یکنواخت‬ ‫و‬ ‫ترکیبی‬ ‫ی‬ ‫الیه‬ ‫با‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫پوشش‬ ‫کامل‬ ‫طور‬ ‫به‬ ‫دیسك‬
(B)‫شفاف‬ ‫ژل‬TiO2+PCL 30 wt.%‫شدن‬ ‫خشك‬ ‫از‬ ‫بعد‬

14. 13 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬1
‫نتایج‬‫و‬‫بحث‬
‫تصاویر‬SEM‫نمونه‬‫ی‬‫داده‬ ‫پوشش‬‫شده‬(A)‫و‬‫داده‬ ‫پوشش‬‫نشده‬(B)،‫از‬ ‫بعد‬21‫محلول‬ ‫در‬ ‫وری‬ ‫غوطه‬ ‫روز‬SBF،(C)EDX‫ها‬ ‫کریستال‬

15. 14 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬2
‫نانو‬‫پودر‬‫شیشه‬‫ی‬‫بایو‬‫اکتیو‬‫و‬‫پوشش‬‫شیشه‬‫زیست‬‫فعال‬‫برای‬‫بهبود‬
‫زیست‬‫سازگاری‬‫ایمپلنت‬‫های‬‫فلزی‬
‫اکتیویت‬ ‫بایو‬ ‫داشتن‬ ‫عدم‬ ‫و‬ ‫خوردگی‬ ‫به‬ ‫مقاومت‬ ‫بحث‬ ‫معموال‬‫دو‬ ‫ه‬
‫می‬ ‫شمار‬ ‫به‬ ‫ها‬ ‫ایمپلنت‬ ‫مهم‬ ‫محدودیت‬‫آید‬.
‫زن‬ ‫فوالد‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫کم‬ ‫قیمت‬ ‫با‬ ‫پزشکی‬ ‫وسایل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫را‬ ‫نزن‬ ‫گ‬
‫است‬ ‫کرده‬ ‫اجباری‬.
‫بایو‬ ‫های‬ ‫سرامیك‬ ‫فعال‬ ‫زیست‬ ‫های‬ ‫شیشه‬‫اکتیو‬‫ول‬ ‫هستند‬‫ی‬
‫ر‬ ‫بار‬ ‫تحت‬ ‫ایمپلنت‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫استفاده‬ ‫برای‬ ‫کافی‬ ‫استحکام‬‫ا‬‫ندارند‬.

16. 15 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬2
‫نانو‬‫پودر‬‫شیشه‬‫ی‬‫بایو‬‫اکتیو‬‫و‬‫پوشش‬‫شیشه‬‫زیست‬‫فعال‬‫برای‬‫بهبو‬‫د‬‫زیست‬‫سازگاری‬
‫ایمپلنت‬‫های‬‫فلزی‬
‫آماده‬‫سازی‬‫شیشه‬‫زیست‬‫فعال‬‫نانو‬‫پودر‬‫به‬‫روش‬‫سل‬-‫ژل‬
‫تهیه‬‫ی‬‫سل‬:
‫ابتدا‬‫اتانول‬‫و‬‫پیش‬‫ماده‬‫ی‬TEOS‫مخلوط‬‫شده‬‫سپس‬‫آب‬‫مقطر‬‫اضافه‬‫می‬‫شود‬.
‫بعد‬‫از‬30،‫دقیقه‬‫هیدروژن‬‫آمونیوم‬‫فسفات‬‫به‬‫محلول‬‫اضافه‬‫می‬‫شود‬.
20‫دقیقه‬‫دیگر‬‫کلسیم‬‫نیترید‬‫اضافه‬‫می‬‫شود‬.
‫سل‬‫ها‬‫در‬‫آون‬‫نگه‬‫داری‬‫می‬‫شوند‬.

17. 16 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬2
‫نانو‬‫پودر‬‫شیشه‬‫ی‬‫بایو‬‫اکتیو‬‫و‬‫پوشش‬‫شیشه‬‫زیست‬‫فعال‬‫برای‬‫بهبو‬‫د‬‫زیست‬‫سازگاری‬
‫ایمپلنت‬‫های‬‫فلزی‬
‫پوشش‬‫دهی‬‫نمونه‬:
‫استفاده‬‫از‬‫نمونه‬‫های‬‫فوالد‬‫زنگ‬‫نزن‬316L‫در‬‫ابعاد‬(2×2×0.2cm)
‫نمونه‬‫ها‬‫در‬‫سل‬‫با‬‫سرعت‬cm/min5‫غوطه‬‫ور‬‫می‬‫شوند‬.
‫سپس‬‫به‬‫مدت‬30‫دقیقه‬‫در‬‫دمای‬‫اتاق‬‫نگه‬‫داری‬‫می‬‫شوند‬.
‫در‬‫آون‬‫در‬‫دمای‬300‫درجه‬‫سانتی‬‫گراد‬‫برای‬5‫ساعت‬‫حرارت‬‫داده‬‫می‬‫شوند‬.
‫عملیات‬‫حرارتی‬‫پایانی‬‫در‬‫دمای‬700‫درجه‬‫سانتی‬‫گراد‬‫به‬‫مدت‬10‫ساعت‬‫انجام‬
‫می‬‫شود‬.

18. 17 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬2
‫تصاویر‬TEM‫و‬ ‫فعال‬ ‫زیست‬ ‫های‬ ‫پودر‬ ‫نانو‬‫الگوی‬XRD‫نانو‬‫پودر‬
‫شده‬ ‫آماده‬ ‫فعال‬ ‫زیست‬ ‫شیشه‬
‫نتایج‬‫و‬‫بحث‬

19. 18 ‫موردی‬ ‫مطالعه‬2
‫نتایج‬‫و‬‫بحث‬
‫منحنی‬FTIR‫الیه‬‫شیشه‬ ‫پودر‬ ‫نانو‬ ‫روی‬ ‫شده‬ ‫تشکیل‬ ‫آپاتیت‬ ‫ی‬‫زیست‬ ‫ی‬‫فعال‬

20. 19 ‫بندی‬ ‫جمع‬
‫روش‬‫های‬‫مختلفی‬‫به‬‫منظور‬‫جلوگیری‬‫از‬‫شکست‬‫ایمپلنت‬‫به‬‫د‬‫لیل‬
‫سایش‬‫و‬‫گسترش‬‫عمر‬‫مفید‬‫آن‬‫انجام‬‫شده‬‫است‬‫که‬‫در‬‫میان‬‫این‬‫ر‬‫وش‬‫ها‬
‫استفاده‬‫از‬‫پوشش‬‫محافظ‬‫که‬‫عالوه‬‫بر‬‫کمك‬‫به‬‫بهبود‬‫عملکرد‬‫م‬‫اده‬‫و‬
‫خواص‬‫مکانیکی‬،‫آن‬‫باعث‬‫افزایش‬‫بایواکتیویته‬‫و‬‫زیست‬‫سا‬‫زگاری‬
‫می‬‫شود‬.
‫در‬‫میان‬‫روش‬‫های‬‫مختلف‬‫استفاده‬‫شده‬‫به‬‫منظور‬‫پوشش‬‫دهی‬‫بایو‬،‫مواد‬
‫روش‬‫سل‬-‫ژل‬‫از‬‫پرکاربردترین‬‫و‬‫رایج‬‫ترین‬‫روش‬‫ها‬‫است‬.‫یکی‬‫از‬‫د‬‫الیل‬
‫این‬،‫امر‬‫دمای‬‫پایین‬‫فرایند‬‫سل‬‫ژل‬‫است‬‫که‬‫سبب‬‫رسیدن‬‫به‬‫س‬‫اختارهای‬
‫همگن‬‫می‬‫شود‬.‫عالوه‬‫بر‬‫این‬‫قیمت‬‫ارزان‬‫و‬‫قابلیت‬‫استفاده‬‫برای‬‫مواد‬
‫پیچیده‬‫از‬‫دیگر‬‫مزایای‬‫این‬‫روش‬‫می‬‫باشد‬.
‫در‬‫میان‬‫ایمپلنت‬‫های‬‫استفاده‬،‫شده‬‫تیتانیوم‬‫و‬‫آلیاژهای‬‫آن‬‫به‬‫د‬‫لیل‬
‫عملکرد‬‫خاص‬‫بیولوژیکی‬‫شان‬‫پتانسیل‬‫زیست‬‫تخریب‬‫پذیر‬‫ی‬‫خوبی‬‫دارند‬.
‫تیتانیوم‬‫زمانیکه‬‫جایگزین‬‫هیدروکسی‬‫آپاتیت‬‫در‬‫بافت‬‫اس‬‫تخوان‬‫می‬‫شود‬،
‫افزایش‬‫رشد‬‫استخوان‬‫را‬‫به‬‫دنبال‬‫دارد‬.
‫نیاز‬‫به‬‫استفاده‬‫از‬‫وسایل‬‫پزشکی‬‫با‬‫قیمت‬‫کم‬،‫استفاده‬‫فوال‬‫د‬‫زنگ‬‫نزن‬‫را‬
‫به‬‫عنوان‬‫یك‬‫ایمپلنت‬‫ارتوپدیك‬‫اقتصادی‬‫اجباری‬‫کرده‬‫است‬.

21. 20 ‫منابع‬
[1] A. R. Boccaccinia , I. Zhitomirskyb, J. Solid State and Materials Science 6 (2002) 251-260.
[2] D. Wang, G.P. Bierwagen, Sol–gel coatings on metals for corrosion protection, Prog.
Org. Coat. 64 (2009) 327–338.
[3] K. De Groot, R. Geesink, C.P.A.T. Klein, P. Serekian, Plasma sprayed coatings of
hydroxylapatite, J. Biomed. Mater. Res. 21 (1987) 1375–1381.
[4] J.E.G. Hulshoff, K. van Dijk, J.P.C.M. van Der Waerden, J.G.C. Wolke, L.A. Ginsel, J.A.
Jansen, Biological evaluation of the effect of magnetron sputtered Ca/P coatings on
osteoblast-like cells in vitro, J. Biomed. Mater. Res. 29 (1995) 967–975.
[5] T. Peltola,M. Pätsi, H. Rahiala, I. Kangasniemi, A. Yli-Urpo, Calciumphosphate induction by
sol–gel-derived titania coatings on titanium substrates in vitro, J. Biomed.
Mater. Res. 41 (1998) 504–510.
[6] M. Catauro, F. Bollino, P. Veronesi, G. Lamanna, Influence of PCL on mechanical properties
and bioactivity of ZrO2-based hybrid coatings synthesized by sol–gel dip coating
technique, Mater. Sci. Eng. C 39 (2014) 344–351.

22. ‫شم‬ ‫توجه‬ ‫از‬ ‫سپاس‬‫ا‬