۵۰۷۱پ
فارسی
پوشش‌های زیستی پایه تانتالم روی آلیاژ NiTi به روش کندوپاش مغناطیسی
[پایان نامه]
مهدیه سلطانعلی‌پور
صنعتی سهند
۱۴۰۲
۲۰۱ص.
مصور، جدول، نمودار
CD
دکتری
مهندسی مواد
۱۴۰۲/۰۶/۰۱
در آلیاژهای NiTi، از خاصیت سوپرالاستیسیته در طراحی استنت‌های خودبازشو استفاده می‌شود. پوشش‌های پایه تانتالم به روش کندوپاش مغناطیسی روی آلیاژهای NiTi ایجاد شد. این پوشش‌ها به منظور جلوگیری از ایجاد عفونت‌های مرتبط با مواد زیستی، بهبود رفتار زیست‌سازگاری، خوردگی و ردیابی بهتر آلیاژهای NiTi در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی لایه‌نشانی شده است. در این رساله به تاثیر نرخ لایه‌نشانی، دمای زیرلایه و ترکیب گازهای ورودی بر شیمی سطح، مورفولوژی، توپوگرافی، ترشوندگی، رفتار مکانیکی، مقاومت خوردگی، رفتار آنتی‌باکتریال و سمیت سلولی پرداخته شده است.برای تعیین دما‌های استحاله در زیرلایه‌ی NiTi از آنالیز گرماسنجی روبشی افتراقی استفاده شده است. برای زیرلایه‌ی NiTi، نشان داده شد که فاز آستنیت در دمای اتاق (˚C25) و در دمای بدن (˚C37) پایدار است. به طوری که رفتار سوپرالاستیک زیرلایه توسط آزمون کشش بررسی و تأیید شد. بررسی مورفولوژی پوشش‌های لایه‌نشانی شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی نشان داد که همه‌ی پوشش‌های لایه‌نشانی شده کاملاً یکنواخت و عاری از هرگونه ترک هستند. الگوهای GI-XRD پوشش‌های آمورف را در همه‌ی نمونه‌ها نشان داد، به این معنی که حتی دمای ˚C 300 برای تشکیل بلورهای تانتالم کافی نبوده است. پیوند عنصری و آنالیز شیمیایی سطح پوشش‌ها توسط XPS بررسی شد. اندازه‌گیری زاویه‌ی ترشوندگی نشان داد، تمامی نمونه‌های لایه‌نشانی شده، زاویه‌ی ترشوندگی بزرگ‌تری نسبت به زیرلایه‌ی NiTi داشته و حملات یونی کمتری در مقایسه با زیرلایه دریافت کرده‌اند. افزایش زاویه‌ی ترشوندگی یکی از دلایل بهبود رفتار الکتروشیمیایی و مقاومت خوردگی بعد از لایه‌نشانی است. به طوری که چگالی جریان خوردگی برای زیرلایه‌ی NiTi و نمونه O2-I-0.8-300 به ترتیب 480 و 22/1 µA.cm-2 محاسبه شد. ارزیابی رهایش یون‌های نیکل توسط طیف‌سنجی پلاسمای جفت شده‌ی القایی طیف‌سنج نشر نوری نشان داد، از هیچ یک از نمونه‌های لایه‌نشانی شده برخلاف زیرلایه‌ی NiTi، رهایش Ni صورت نگرفته است؛ بنابراین عملکرد زیستی نمونه‌ها از نقطه نظر سمیت ارتقاء یافته است. در روز 7 کشت سلول‌های اندوتلیال سیاهرگ بطنی انسان، در نمونه‌های لایه‌نشانی شده در محیط کندوپاش حاوی Vol. % 100 آرگون، Vol. % 6/16 اکسیژن و محیط حاوی Vol. % 6/16 نیتروژن، به ترتیب به میزان 18/78، 54/126 و 18/150 درصد تکثیر سلولی صورت گرفته است. در تمامی نمونه‌های لایه‌نشانی شده برخلاف زیرلایه‌ی NiTi رفتار آنتی‌باکتریال مشاهده شد. این در حالی است که نمونه‌ی لایه‌نشانی شده در محیط کندوپاش حاوی Vol. % 6/16 اکسیژن، مطلوب‌ترین رفتار آنتی‌باکتریال بعد از گذر 6 ساعت از کشت باکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیا کلی در مطالعات برون‌تنی به نمایش گذاشته است.
In NiTi alloys, the property of superelasticity has been used to design self-expanding stents. Tantalum base coatings were created by magnetic sputtering on NiTi alloys to prevent biomaterial-associated infections, improve biocompatibility, corrosion resistance, and better tracking of these alloys in magnetic resonance imaging. In this thesis, the influence of the deposition rate, the substrate temperature, and the composition of the input gases on surface chemistry, morphology, topography, wettability, mechanical behavior, corrosion resistance, antibacterial and cytotoxicity has been discussed.Differential scanning calorimetry analysis was used to determine the transformation temperatures in the NiTi substrate. It was confirmed that the austenite phase is stable at room temperature and body temperature (37˚C). So the superelastic behavior of the substrate was investigated and confirmed by the tensile test. Examination of the morphology of the deposited coatings by field emission scanning electron microscope showed that all the coatings are uniform and free of any cracks. GI-XRD patterns showed amorphous coatings in all samples, which means that even 300˚C temperature was not enough to form tantalum crystals. The elemental bonding and chemical analysis of the surface of the coatings were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy. In addition, all the deposited samples have a larger water contact angle than the bare NiTi substrate and therefore received fewer ion attacks than the substrate. This leads to improved electrochemical behavior and corrosion resistance. So that the corrosion current density for NiTi substrate and O2-I-0.8-300 sample is 480, and 1.22 µA.cm-2, respectively. The evaluation of the release of nickel ions by coupled inductively coupled plasma-optical emission spectrometry showed that, in contrast to the NiTi substrate, Ni was not released from any of the coated samples and the biocompatibility increased. From the point of cytotoxicity on the 7th day of culture, the deposited samples in the sputtering environment containing 100 Vol. % argon, 16.6 Vol. % oxygen and 16.6 Vol. % nitrogen cell proliferation has been done by 78.18, 126.56, and 150.18 %, respectively. Unlike the NiTi substrate, the antibacterial behavior was observed in all the deposited samples. The O2-I-0.8-300 has shown the most favorable antibacterial against staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria after 6 hours of culture.
Tantalum base biocoatings on NiTi alloy by magnetron sputtering method
آلیاژهای حافظه‌دار NiTi
پوشش‌های پایه تانتالم
کندوپاش مغناطیسی
مقاومت خوردگی
آلیاژهای حافظه‌دار NiTi، پوشش‌های پایه تانتالم، کندوپاش مغناطیسی، مقاومت خوردگی، سلول‌های اندوتلیال سیاهرگ بطنی انسان، سمیت سلولی، رفتار آنتی‌باکتریال
NiTi shape memory alloys; Tantalum base coatings; Magnetron sputtering; Corrosion resistance; Human umbilical vein endothelial cells; Cytotoxicity; Antibacterial behavior
سلطانعلی‌پور، مهدیه
علافی
قره‌شعبانی
اطمینان‌فر
، جعفر خلیل
، اسلام
، محمدرضا
استاد راهنما
استاد مشاور
استاد مشاور
صنعتی سهند
ایران
دانشگاه صنعتی سهند
مواد، ۷۰۷۵۴، ۱۴۰۲
p
TF
92029
a
Y
