ساخت آلیاژهای دوتایی Mg-Ca به عنوان مواد زیست‌تخریب‌پذیر در درون استخوان
The development of binary Mg-Ca alloys for use as biodegradable materials within bone
آلیاژهای منیزیم به راحتی در محلول‌های آبی دارای یون کلر حل می‌شوند. این ویژگی یکتا و جالب، توجه محققین را جلب کرده است تا از آن برای تولید نوعی از مواد زیست‌تخریب‌پذیر استفاده کنند. مواد زیست تخریب پذیر پس از استفاده در بدن و جایگذاری در استخوان، به تدریج تخریب شده و استخوان جدید به جای آن تشکیل می‌شود. بیشتر مطالعات در زمینه آلیاژهای منیزیم بر سیستم‌های آلیاژی Mg-Al و Mg-RE متمرکز بوده است. 1- سیستم آلیاژ Mg-Al: برای نمونه، میله‌های آلیاژ AZ31 و AZ91 موجب افزایش تشکیل استخوان جدید شدند و لایه خوردگی هردو آلیاژ نشان دادند که فسفات کلسیم بیولوژیکی بر روی آن انباشته شده است. 2- سیستم آلیاژی Mg-RE: خوردگی آلیاژهای LAE442 و WE43 نیز با AZ31 و AZ91 مقایسه شده است و مشخص شد که نرخ خوردگی LAE442 کم‌تر از سه مورد دیگر بوده است. اما این آلیاژها کماکان با مشکلاتی در این زمینه روبرو بوده‌اند. در یکی از مهم‌ترین پژوهش ها در این زمینه که در سال 2008 در مجله Biomaterials منتشر شده است، از آلیاژ منیزیم-کلسیم به این منظور استفاده شد چون کلسیم عنصر اصلی استخوان انسان است و برای ارتباط سلول‌ها ضروری است. علاوه بر آن، چگالی کلسیم پایین است و موجب تشکیل آلیاژی با چگالی نزدیک به استخوان انسان می‌شود.
طبق نمودار دیاگرام فازی کلسیم-منیزیم، حداکثر انحلال کلسیم در منیزیم در دمای 789 کلوین، برابر با 1.34 درصد وزنی است. در نتیجه، نمونه‌هایی با درصد وزنی بین 1 تا 20% از کلسیم ساخته شدند اما نمونه‌های دارای 5 و 10 درصد وزنی بسیار ترد بودند و در نتیجه تنها نمونه‌های دارای 1 تا 3 درصد وزنی در نظر گرفته شدند. برای ساخت نمونه‌ها، پودرهای فلزی خالص منیزیم و کلسیم ذوب شده و تحت اتمسفر ترکیبی از SF6 و CO2 در درون قالب فولادی ریخته شدند. نتایج XRD نشان دادند که این آلیاژها از دو فاز تشکیل شده بودند: آلفا(منیزیم) و Mg2Ca. نتایج تست کشش و خوردگی آزمایشگاهی نشان دادند که خواص مکانیکی با میزان کلسیم و عملیات تولید، قابل کنترل بوده است و با افزایش درصد کلسیم، استحکام تسلیم و میزان تغییر شکل، کاهش یافت. استحکام تسلیم نهایی آلیاژ دارای یک درصد وزنی کلسیم برابر با 239 مگاپاسکال بوده و تغییر شکل آن 10.63% گزارش شده است. تست خوردگی آزمایشگاهی در درون مایع شبیه سازی شدۀ بدن نشان داد که میکروساختار این آلیاژها بر خواص خوردگی به شدت اثرگذار بوده است. افزایش فاز Mg2Ca منجر به افزایش نرخ خوردگی شد اما نورد گرم و اکستروژن گرم بر روی آن، توانست نرخ خوردگی را کاهش دهد. ارزیابی سمیت سلولی با سلول‌های L-929 نشان داد که آلیاژ Mg-1Ca موجب سمیت سلول‌ها نمی‌شود. تست‌های رادیوگرافی نشان دادند که پین‌های آلیاژ Mg-1Ca به تدریج در کم‌تر از 90 روز تخریب شدند و در سه ماه، استخوان جدیدی تشکیل شد. تمام این نتایج موید این نکته بودند که آلیاژ Mg-1Ca دارای زیست سازگاری قابل قبول است و می‌تواند به عنوان ماده ایمپلنت زیست تخریب پذیر، به کار رود.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
