هیدروکسی آپاتیت و بررسی راههای تولید آن

مواد و متالوژی
دانلود پایان نامه مهندسی مواد هیدروکسی آپاتیت و بررسی راههای تولید آن چکیده: در بین بیوسرامیك‌ها، خانواده کلسیم‌فسفات‌ها از اهمیت بیشتری برخوردارند. زیرا این خانواده دارای شباهت ساختاری و شیمیایی با بافت سخت بدن (استخوان‌ها و دندان‌ها) هستند و همچنین اجزای سازنده آنها که یون فسفات و کلسیم می‌باشند، جزو یون‌هایی هستند كه به طور طبیعی در بدن انسان موجود می‌باشند. این دو موضوع باعث شده‌ است که این خانواده از بیوسرامیك‌ها از زیست‌سازگاری فوق‌العاده بالایی برخوردار باشند. جدول الف اعضای این خانواده را معرفی می‌کند. از بین کلسیم‌فسفات‌های ذكر شده در جدول الف، از نظر ترمودینامیکی، هیدروکسی‌آپاتیت (HAP) پایدارترین فاز در دما و شرایط بدن است. ساختار بلوری این ماده، کاملاً مشابه فاز معدنی تشکیل‌دهنده استخوان و دندان انسان می‌باشد. به عبارتی، HAP با توجه به شباهت بسیار زیادی که با فاز معدنی بافت سخت بدن دارد، مهمترین بیوسرامیک شناخته شده توسط بشر است که در حال حاضر کاربردهای بی‌شماری در حوزه بیومتریال دارد. پس طبیعی است که سنتز این ماده، با قابلیت کنترل خواص نهایی پودر به دست آمده، مورد توجه دانشمندان و مهندسان بیومتریال قرار بگیرد. اگر چه به علت زیست سازگاری فوق العاده عالی و عدم سمیت، هیدروکسی‌آپاتیت به عنوان یک بیوسرامیک مورد توجه است، محدودیت عمده در استفاده کلینیکی از آن به عنوان یک ایمپلنت متحمل بار، ترد بودن مکانیکی است. عموماً استحکام شکست و تافنس شکست مواد سرامیکی با توزیع و پخش کردن کریستال‌های میله‌ای‌شکل و یا ویسکرها در مواد به طور مؤثری بهبود می‌یابد. از آنجایی که استفاده از ویسکرهای غیر آلی به خاطر مشکل سرطان‌زایی محدودیت دارد و از طرف دیگر چون هیدروکسی‌آپاتیت سازگاری بیولوژیکی فوق العاده‌ای دارد، انتظار می‌رود ویسکرهای هیدروکسی‌آپاتیت بی‌ضرر باشند. لذا به نظر می‌رسد کریستال‌های میله‌ای ‌شکل و یا ویسکرهای هیدروکسی‌آپاتیت می‌توانند به عنوان موادی جهت بهبود خواص مکانیکی بیومتریال‌های سنتزی مفید باشند. تهیه هیدروکسی‌آپاتیت به روش‌های گوناگونی امکانپذیر است که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد. اما به طور کلی سه طریق اصلی برای سنتز هیدروکسی‌آپاتیت وجود دارد که عبارتند از روش رسوب از محلول (روش تر)، روش خشک و روش هیدروترمال. روش‌های دیگر نظیر روش مکانوشیمیایی و روش آلکوکسید از نظر اهمیت و رواج در مرتبه بعدی قرار دارند. ویژگی‌های هیدروکسی‌آپاتیت بسیار به روش تهیه آن وابسته است و همان طور که McDowell و همکاران [48] به درستی خاطر نشان کردند، تفاوت در روش تهیه هیدروکسی‌آپاتیت می‌تواند به تفاوت در ویژگی‌هایی همچون حلالیت، ضریب شکست، ثوابت شبکه، میزان ناخالصی، درجه بی‌نظمی در مواضع OH بلور و میزان Ca و OH موجود در ساختار منجر می‌‌شود. کلمات کلیدی: هیدروکسی آپاتیت ساختار هیدروکسی آپاتیت کاربردهای هیدروکسی آپاتیت روشهای تولید هیدروکسی آپاتیت فهرست مطالب چکیده 2 مقدمه 4 عمده ترین کلسیم فسفاتهای دارای کاربرد بیولوژیک [7] 8 1-1 هیدروکسی‌آپاتیت 9 1-1-1 تاریخچه هیدروکسی‌آپاتیت 9 1-1-2 ساختار کریستالی و کریستالوگرافی هیدروکسی آپاتیت 11 شکل 1-1: ساختار بلوری هیدروکسی‌آپاتیت (تصویر بر صفحه 001) [9]. 13 1-1-3 خواص هیدروکسی‌آپاتیت 13 1-1-3-1 خواص بیولوژیكی 13 1-1-3-2 چگالی 14 1-1-3-3 حلالیت در محیط آبی 14 DCPD > DCP > OCP > β-TCP > HAP 14 1-1-3-4 خواص مکانیکی 14 شکل 1-2: تغییرات چقرمگی شکست با درصد تخلخل در سرامیکهای آپاتیـتی [20] 16 شکل 1-3: تغییرات استحکام فشاری با درصد حجمی تخلخل در سرامیکهای HAP [3] 16 جدول 1-1: مقایسه خواص مکانیکی HApبا استخوان‌های متراکم و اسفنجی [15] 16 1-1-4 ترمودینامیک هیدروکسی‌آپاتیت و تبدیلات فازی آن 17 جدول 1-2: عمدهترین ترکیبات کلسیمفسفاتی بر مبنای رابطه 1-1 [21] 17 شکل 1-4: دیاگرام تعادلی فازی سیستم دوتایی CaO-P2O5 در حضور و عدم‌حضور بخار آب [25] 21 1-1-5 جایگزینی یونی در هیدروکسی‌آپاتیت 22 شکل 1-5: ساختار آپاتیت و فلوروآپاتیت [33] 23 1-2 كاربردهای هیدروكسی آپاتیت 24 1-2-1 کاربردهای پزشکی هیدروكسی‌آپاتیت 24 1-2-2 کاربردهای غیر پزشکی هیدروكسی‌آپاتیت 26 1-3 روشهای تهیه هیدروکسی‌آپاتیت 28 1-3-1 روش رسوبگیری از محلول (شیمی تر) 28 1-3-1-1 روش معمولی شیمی تر 29 شکل 1-6: تغییر اجزای فسفاتی با pH در محلول H3PO4 [52] 33 1-3-1-2 استفاده ازالگوها یا مایسلها 35 شکل 1-7: تصویر TEM پودرهای هیدروکسیآپاتیت بدست آمده توسط Wang و همکاران [68] 38 1-3-1-3 استفاده از منابع انرژی برای کنترل فرایند رسوبگذاری 41 1-3-1-3- الف) استفاده از امواج مافوق صوت در شیمی تر 41 1-3-1-3- ب) استفاده از میکروویو در شیمی تر 42 1-3-1-3-ج) استفاده از انرژی مکانیکی در سنتز شیمی تر (روش مکانوشیمیایی) 43 2- مرحله دوم: کلسینه کردن 44 1-3-2 روش خشک 45 1-3-3 روش هیدروترمال 47 1-3-4 سایر روشها 49 مراجع 50