مطالعات نانوساختار ورق استیل 316

مطالعات نانوساختار ورق استیل 316

• بازدید:28
• کامنت:0
• یک شنبه, 15 مهر 1403

مقدمه:

ورق استیل 316 یکی از مواد متداول کاشت فلزی است که به دلیل خواص مکانیکی مطلوب، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی کافی و قابلیت پردازش آسان در تجهیزات صنعتی و پزشکی نظیر مواد کاشتنی مورد استفاده قرار می گیرد. ورق استیل L316 همچنین مزیت قیمتی قابل توجهی را در مقایسه با سایر بیومواد فلزی (به عنوان مثال، تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم) فراهم می کند که آن را به ماده انتخابی برای ساخت ایمپلنت های ارتوپدی در اکثر کشورهای در حال توسعه و توسعه نیافته در سراسر جهان تبدیل می کند. با این حال، ماهیت زیستی ورق استیل L316 مانع از پاسخ سلولی مورد نظر می شود. تشکیل استخوان جدید موثر و استئواینتگراسیون در کاربردهای ارتوپدی محدود است. یکپارچگی استخوانی ناکافی منجر به ریز حرکت ایمپلنت و در دراز مدت به دلیل شل شدن آسپتیک شکست می شود. جدای از عدم فعالیت زیستی، یکی دیگر از مشکلات مهم ایمپلنت های ورق استیل L316 شکست سپتیک آنها است. از آنجایی که ورق استیل L316 هیچ گونه فعالیت ضد باکتریایی ندارد، هنگامی که باکتری ها چسبیده و متعاقباً روی سطوح آن بیوفیلم تشکیل می دهند، از بین بردن آن بسیار دشوار است. اغلب، نیاز به جراحی تجدید نظر و جایگزینی ایمپلنت دارد. با توجه به اینکه بیشتر باکتری ها در برابر آنتی بیوتیک های رایج مقاومت ایجاد می کنند، مبارزه با عفونت تبدیل به یک مسئله مبرم می شود.

تکنولوژی نانو در ورق استیل 316L زیستی:

ایجاد یک توپوگرافی نانوساختار بر روی سطوح ایمپلنت یک استراتژی امیدوارکننده برای بهبود پاسخ بیولوژیکی و جلوگیری از کلونیزاسیون باکتری بر روی سطوح ایمپلنت ورق استیل L316 است. اکسیداسیون آندی (آنودیزاسیون) یک تکنیک اصلاح سطح الکتروشیمیایی برای تشکیل یک لایه اکسید نانوساختار بر روی سطوح فلزات دریچه، از جمله آلومینیوم، تیتانیوم و زیرکونیوم است. در دهه گذشته، آنودیزاسیون اجزای مختلف ایمپلنت فلزی به دلیل سادگی و توانایی به دست آوردن نانوویژگی هایی با اندازه ویژگی ها و مورفولوژی های مختلف با تغییر پارامترهای آنودیزاسیون، یعنی ولتاژ، زمان و غیره مورد توجه قابل توجهی قرار گرفت.  به عنوان مثال، بسیاری از گروه های تحقیقاتی قبلاً نانوحفره‌ها، نانولوله‌ها (NDs) و مورفولوژی‌های نانومرجانی را روی سطوح تانتالیوم ایجاد کرده و اندازه ویژگی این مورفولوژی‌ها را بین 20 تا 140 نانومتر کنترل کرده تا عملکرد استئوبلاست (سلول استخوانی) روی این سطوح را افزایش دهند. در مطالعه دیگری، ساختارهای نانولوله‌ای را بر روی سطوح تیتانیوم از طریق آنودیزاسیون تشکیل داده و اندازه ویژگی این ساختارهای نانولوله‌ای را بین 25 تا 140 نانومتر کنترل کرده اند. ساختارهای نانولوله ای ترشح اگزوزوم را بهبود می بخشد، که به نوبه خود زنده ماندن سلول های اندوتلیال را تحریک می کند. در مطالعه دیگری، آلومینیوم برای به دست آوردن نانو منافذ با محدوده اندازه منافذ 25 تا 75 نانومتر آنودایز شد و مشخص شد که اندازه منافذ بزرگتر روی آلومینیوم آنودایز شده به طور چشمگیری تکثیر سلولی را افزایش می دهد.

مطالعات نانوساختار ورق استیل 316:

چندین مطالعه وجود دارد که ساخت نانوساختارها را بر روی سطوح ورق استیل 316 از طریق آنودیزاسیون و اثرات آن بر خواص سطح، عملکرد سلولی و کلونیزاسیون باکتری بررسی کردند. به عنوان مثال، سطوح ورق استیل L316 آنودایز شده حاوی هر دو نوع حفره میکرو و نانو نشان داده شد که چسبندگی سلولی شبیه استئوبلاست را القا می کند و با افزایش زبری سطح مرتبط بود. در یک مطالعه اخیر، نشان داده شد که ایمپلنت های آنودایز ورق استیل L316 باعث بهبود ریکاوری استخوان 4 هفته پس از کاشت و پشتیبانی از استئواینتگراسیون می شوند. با این حال، این ایمپلنت های آنودایز شده دارای نانوساختارهای غیریکنواخت و نامرتب بر روی سطوح ایمپلنت بودند. جدای از فعل و انفعالات بافتی، مطالعات مختلف توپوگرافی سطحی نانوساختار را برای مهار اتصال و رشد باکتری ها شناسایی کردند. اگرچه روش آنودیزاسیون استفاده نشد، توپوگرافی سطحی در مقیاس نانو در ورق استیل نشان داده شد که در محدود کردن تشکیل کلنی استافیلوکوکوس اورئوس (S. aureus) و سودوموناس آئروژینوزا (P. aeruginosa) حیاتی است. جانگ و همکاران نشان دادند که سطوح نانوبافت ورق استیل L316 ساخته شده توسط اچ الکتروشیمیایی به طور قابل توجهی از چسبندگی اشریشیا کلی (E. coli) و S. aureus جلوگیری می کند. اگرچه نانوویژگی‌ها برای مهار کلونیزاسیون باکتری‌ها شناسایی شدند، اما باید توجه داشت که بافت‌های نانو نامنظم هستند و دارای آرایه‌ای از ویژگی‌های توپوگرافی نانوساختار تکراری نیستند. 
اگرچه سطوح با ویژگی‌های نانو در ورق استیل L316 از طریق تکنیک‌های مختلف برای تعامل با بافت‌های مختلف ساخته شده‌اند، اما بیشتر ویژگی‌های سطح ساخته‌شده غیریکنواخت بودند، نمی‌توان آن‌ها را برای مناطق منحنی بزرگ مقیاس‌بندی کرد و در معرض شکست لایه‌لایه‌سازی بودند که این امر باعث محدود شدن آنها می‌شود. استفاده در کاربردهای ارتوپدی آندایزاسیون ورق استیل L316 برای ارائه نانوویژگی های یکنواخت و قابل کنترل سودمند خواهد بود و بهینه سازی اندازه نانوویژگی برای افزایش عملکرد سلول های استخوانی و خواص ضد رسوب برای سازگاری آنها در کاربردهای ارتوپدی مورد نیاز است. بنابراین، هدف از مطالعات اخبر شناسایی یک توپوگرافی سطحی است که تعاملات سلولی استخوان را افزایش می‌دهد و در عین حال، کلونیزاسیون باکتریایی را در ورق استیل L316 محدود می‌کند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی