تعیین خواص مکانیکی سیمان استخوانی با استفاده از فناوری نانو

پژوهشگران ایرانی موفق به تعیین خواص سیمان استخوانی با استفاده از آزمایش‌‌های دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو شدند. سیمان استخوانی استفاده شده در این پژوهش با دو روش مختلف آماده‌‌سازی شده بود و در ادامه تاثیر این دو روش بر خواص مکانیکی سیمان استخوانی مورد بررسی قرار‌‌ گرفت. امروزه آزمایش‌‌های دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو به عنوان یک روش جدید برای بدست آوردن خواص مکانیکی سیمان استخوانی که در ارتوپدی برای استفاده در مفاصل انسان و ساخت پروتزهای استخوانی به کار می‌‌رود، استفاده می‌شود.

این پژوهش به دست مهندس عاطفه کریم‌‌زاده و دکتر مجیدرضا آیت اللهی از دانشگاه علم و صنعت ایران انجام گرفته است و تعیین خواص مکانیکی سیمان استخوانی با استفاده از آزمایش‌‌های دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو و بررسی تاثیر روش ساخت این سیمان‌‌ها (مخلوط کردن با دست یا مخلوط کردن سیمان در خلا) بر خواص مکانیکی آن‌‌ها مهم‌ترین هدف این طرح تحقیقاتی بود.

مهندس کریم‌‌زاده، دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران، مراحل انجام این تحقیق را این گونه توضیح داد: «ابتدا نمونه هایی به ابعاد ۱۰×۱۰×۵ میلیمتر مکعب با دو روش مخلوط کردن با دست (Hand mixing) و مخلوط کردن سیمان در خلا (Vacuum mixing) از سیمان استخوانی (CEMEX RX) ساخته و نمونه‌‌ها به مدت ۲ ماه در دمای محیط نگه داشته شدند و در ادامه نمونه‌‌ها برای انجام آزمایش دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو آماده‌‌سازی شدند. در آزمایش‌‌های دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو لازم است سطح نمونه‌‌ها صاف باشد، به همین دلیل سطح نمونه‌‌ها با کاغذ سنباده‌‌هایی با گریت ۴۰۰ تا ۲۵۰۰ سنباده زده شد و با سوسپانسیون آلومینا با ذرات ۱ میکرون پولیش کاری گردید. پس از آماده‌سازی سطح نمونه‌ها، آزمایش‌های دندانه گذاری نانو و خراش نانو روی آنها انجام گرفت و در انتها نتایج بدست آمده از این آزمایش‌ها با استفاده از آزمون تی مورد بررسی آماری قرار گرفت تا میزان تاثیر روش‌های آماده‌سازی نمونه‌ها بر هر یک از خواص مکانیکی بدست آمده، مشخص شود.»

طی این پژوهش با استفاده از فناوری نانو و آزمایش‌‌های انجام شده در مقیاس نانو، خواص مکانیکی از جمله مدول الاستیسیته، سختی نرمال، سختی خراش و خواص سطحی مانند مقاومت در برابر سایش نمونه‌‌های سیمان استخوانی بدست آمدند.

در ادامه مهندس کریم‌‌زاده در رابطه با نتایج این کار تحقیقاتی بیان کرد: «در این تحقیق روش بهینه برای ساخت این سیمان معرفی شده است و نتایج بدست آمده نشان می‌‌دهد آزمایش‌‌های دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو، روش‌‌های مناسبی برای بدست آوردن خواص مکانیکی و سطحی سیمان استخوانی است و همچنین مخلوط کردن سیمان استخوانی با روش مخلوط کردن سیمان در خلا موجب بهبود و ارتقای خواص مکانیکی و سطحی سیمان استخوانی می‌‌شود.»

روش ارائه شده در این پژوهش به دلیل مزایای برتر خود، می‌‌تواند در حل برخی مشکلات موجود در این زمینه کمک بسزایی کند. وی با اشاره به مزایای این روش ارزیابی ابراز داشت: «با استفاده از آزمایش‌‌های دندانه‌‌گذاری نانو و خراش نانو می‌‌توان خواص مکانیکی و سطحی سیمان استخوانی را با صرف هزینه و وقت کمتر بدست آورد. زیرا ساخت نمونه با این روش به میزان بسیار کمی ماده نیاز دارد و فرایند ساخت نمونه برای انجام این آزمایش‌‌ها دشوار نیست. همچنین بدست آوردن خواص مکانیکی ماده با استفاده از داده‌‌های بدست آمده از آزمایش‌‌های دندانه گذاری نانو و خراش نانو، با استفاده از روابط موجود به سادگی امکان پذیر است و نتایج بدست آمده نیز قابل اطمینان است. به علاوه این آزمایش‌‌ها جزء روش‌‌های غیر مخرب بوده و نمونه مورد استفاده تخریب نمی‌شود و مجددا قابل استفاده است.»

به گفته مهندس کریم‌‌زاده، این تیم تحقیقاتی در نظر دارند تا امکان انجام این آزمایش‌‌ها را برای بدست آوردن خواص مکانیکی و سطحی سایر بیومتریال‌‌ها مورد بررسی قرار دهند. وی دلیل این بررسی دیگر بیومتریال‌‌ها را این چنین عنوان کرد: «به دلیل این که ساخت نمونه از بیومتریال‌‌ها دشوار و پرهزینه است و از آنجایی که در این آزمایش‌‌ها، نمونه ای با شکل پیچیده و ابعاد بزرگی نیاز ندارد، ما قصد داریم تا این بررسی‌‌ها بر روی دیگر بیومتریال‌‌ها ادامه پیدا کند.»

نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Polymer Testing (جلد ۳۱، شماره ۶، سپتامبر سال ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن این مقاله را در صفحات ۸۲۸ الی ۸۳۳ همین شماره مشاهده نمایند.