ارائه آلیاژهای نوین برای ایمپلنت‌های استخوانی از سوی پژوهشگران دانشگاه امیرکبیر
به نقل از خبرگزاری مهر و بر اساس اعلام دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دکتر مهرانگیز رجبی و دکتر الهام رجبی، که هر دو فارغ‌التحصیل مقطع دکتری از این دانشگاه هستند، تحت supervision دکتر کامران دهقانی، عضو هیأت علمی دانشگاه، پروژه‌ای پژوهشی را با عنوان «طراحی و ساخت آلیاژ جدید آنتروپی بالا TiZrNbMoV و TiZrNbMoTa به منظور بررسی ویژگی‌های خوردگی، ساییدگی و سازگاری زیستی آن‌ها» آغاز نموده‌اند.
رجبی در این خصوص بیان کرد: آلیاژ Ti-6Al-4V در حال حاضر به عنوان یکی از پرکاربردترین کاشتنی‌های استخوانی شناخته می‌شود، اما همواره نگرانی‌هایی درباره مقاومت در برابر سایش و غلظت یون‌های آزادشده توسط این آلیاژ در بدن وجود دارد.
او با اشاره به این که در حین استفاده از این آلیاژ سنتی، آزاد شدن یون‌های سمی مانند وانادیوم و آلومینیوم در اطراف بافت می‌تواند منجر به بروز بیماری‌هایی نظیر آلزایمر و سایر اختلالات عصبی گردد، اظهار داشت: به علاوه، نرخ بالای سایش در اتصالات مصنوعی به عنوان یکی دیگر از نقاط ضعف آلیاژ استاندارد Ti-6Al-4V شناخته می‌شود و بنابراین، محققان بر این باورند که فقدان مقاومت مناسب در برابر سایش در تیتانیم و آلیاژهای آن ممکن است منجر به کاهش عمر زیست‌مواد در داخل بدن شود.
وی با اشاره به عواقب ناشی از مقاومت پایین سایشی آلیاژ Ti-6Al-4V افزود: ضایعات ناشی از سایش در طول زمان ممکن است بافت را ملتهب کرده و بیماری‌های دیگری به همراه داشته باشد.
این فارغ‌التحصیل دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: به دلیل محدودیت‌ها و مشکلات موجود در آلیاژهای سنتی، اخیراً آلیاژهای جدید و آنتروپی بالا به دلیل داشتن خواص ویژه و سازگاری زیستی بالا به عنوان جایگزین‌های مناسبی برای بیومواد متداول مورد توجه قرار گرفته‌اند.
او خاطرنشان کرد: از این رو در این تحقیق، دو آلیاژ جدید از نوع آنتروپی بالا، یعنی TiZrNbMoV و TiZrNbMoTa طراحی و تولید شدند. این فرآیند با استفاده از روابط ترمودینامیکی و نرم‌افزارهای شبیه‌سازی به منظور تولید زیست‌مواد انجام گرفت. سپس، خواص سازگاری زیستی این آلیاژها با آلیاژ سنتی Ti-6Al-4V مقایسه شد. نتایج آزمایشات انجام‌شده بر روی آلیاژ جدید آنتروپی بالای Ti35Nb25Zr15Mo15V10 نشان داد که این آلیاژ در مقایسه با ایمپلنت رایج Ti-6Al-4V، مقاومت به خوردگی بالاتری به ویژه در محیط‌های مشابه بدن دارد. همچنین، بررسی‌های مربوط به تکثیر و زنده‌مانی سلولی این آلیاژها نشان داد که آلیاژهای آنتروپی بالای TiZrNbMoV و TiZrNbMoTa از سازگاری زیستی بسیار بالاتری برخوردارند و می‌توانند جایگزین عالی برای بیومواد متداول Ti-6Al-4V باشند.
رجبی یکی از ویژگی‌های مهم در ارزیابی ویژگی‌های ایمپلنت‌های فلزی را مدول الاستیک آلیاژ عنوان کرد، که باید عدد آن با استخوان بسیار متناسب باشد و بیان داشت: به‌طور معمول، مدول الاستیک آلیاژهای رایج در حوزه ارتوپدی بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ گیگاپاسکال متغیر است. این مدول الاستیک بالای آلیاژهای مرسوم می‌تواند در درازمدت منجر به بروز پدیده سپرشدگی تنش، شل شدن ایمپلنت و بروز پوکی استخوان شود. در حالی که، مدول الاستیک آلیاژ آنتروپی بالای جدید طراحی‌شده، کمتر از کاشتنی‌های سنتی بوده و حدود ۸۰ تا ۱۰۰ گیگاپاسکال اندازه‌گیری شده است، که این امر نشان‌دهنده سازگاری زیستی بالای آلیاژ جدید می‌باشد.
او همچنین اضافه کرد: بررسی رفتار سایشی این آلیاژها حاکی از آن است که آلیاژ آنتروپی بالای TiZrNbMoTa در مقایسه با Ti-6Al-4V، مقاومت سایشی تقریباً ۶۱ درصدی بیشتری نشان داد. بنابراین، آلیاژ جدیدی که طراحی شده است، می‌تواند انتخاب مناسبی به عنوان جایگزینی برای آلیاژ مرسوم Ti-6Al-4V در عرصه مهندسی پزشکی باشد.
این محقق تأکید کرد که آلیاژهای آنتروپی بالا یک گروه جدید از آلیاژها هستند که به دلیل ویژگی‌های خاص خود، امکان به‌کارگیری آن‌ها در کاربردهای متنوع به ویژه در مهندسی پزشکی وجود دارد. آلیاژ آنتروپی بالایی که طراحی کرده‌ایم با هدف استفاده به عنوان ایمپلنت استخوانی در زمینه مهندسی پزشکی تولید شده است.
او در پایان افزود: به طور کلی، طراحی و فرآوری آلیاژ آنتروپی بالای جدید Ti35Nb25Zr15Mo15V10 و Ti35Nb25Zr15Mo15Ta10 برای کاربردهای پزشکی با سازگاری زیستی بالا، یکی از نوآوری‌های اصلی این پروژه محسوب می‌شود که تاکنون به‌طور جدی مورد بررسی قرار نگرفته است.
