بررسي تغييرات كريستالي نانوپودرهاي هيدروكسي آپاتيت
(2(Ca10(PO4)6(OH) سنتز شده به روش هيدروترمال

صاحبعلي منافي*1، عاطفه سلطانمرادي2
استاديار، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شاهرود، گروه فني و مهندسي، شاهرود، ايران
محقق، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شاهرود، شاهرود، ايران
* ali_manafi2005@yahoo.com
(تاريخ دريافت: 27/02/1390، تاريخ پذيرش: 20/06/90)

چكيده
در اي ن تحقي ق، ن انوذرات هيدروكس ي آپاتي ت ب ا روش هي دروترمال و ب ا اس تفاده از س ورفاكتانت ه اي SDS و CTAB ب ه ط ور موفقيت آميز سنتز شدند. pH سيستم به وسيله هيدروكسيد سديم تنظيم شد. محلولها در اتوكلاو در دماها و زمان هـاي مختلـف قـرارگرفتند تا بهترين شرايط براي سنتز هيدروكسي آپاتيت كريستالي تعيين شود. پس از خشك شدن نمونه ها به كمك آنالي زهـاي XRD و SEM بررسيهاي فازي و مورفولوژيكي بر روي هركدام از نمونهها انجام شد تا بهترين دمـا، زمـان وpH بـراي سـنتز ه ي دروكسـي آپاتيت مشخص شود. همچنين، توزيع اندازه ذرات پودر بوسيله زتاسايزر تعيـين شـد. بـا اسـتفاده از نتـايجXRD درجـه كريسـتالي وپارامترهاي شبكه و ثابت شبكه و نيز اندازه كريستاليت هاي پودر هيدروكسي آپاتيت تعيين شد.

واژه هايكليدي:
هيدروكسي آپاتيت، نانوپودر، هيدروترمال، درجه كريستالي، پارامتر شبكه.

مقدمه
استخوان يك ماده كامپوزيتي است و بيشتر بخش غيرآلـي آن راكلسيم فسفاتي به نام هيدروكسي آپاتيت تشكيل ميدهد [1]. امـاظرفيت بدن براي ايجاد قطعات استخواني در مناطقي از بـدن كـهاستخوان طبيعي به دلايل مختلف از بين رفته محدود ميباشد.
در تحقيقــات گذشــته، بيشــتر رســيدن بــه هيدروكســي آپاتيــت [2[HA, Ca10(PO4)6(OH) استوكيومتري مد نظر بوده است ولي بــا توســعه نــانوتكنولوژي، تــلاش هــاي زيــادي بــراي كنتــرل مورفولـــوژي و انـــدازه ذرات شـــده اســـت. بنـــابراين، ســـنتزهيدروكسي آپاتيت در ابعاد نانومتري به طور وسـيعي انجـام شـدهاست. روش هاي مختلفي براي سنتز هيدروكسي آپاتيـت در ابعـادنانومتري وجود دارد. تكنيكهـاي اصـلي سـنتزHA ، روش هـايرس ـوب گ ذاري ش ـيميايي، واك نش ه اي حال ـت جام ـد، روش هيدروترمال و روش سل- ژل است [1-3]. معموليترين تكنيك ب ه ك ار گرفت ه ش ده ب راي تش كيل HA، تكني كه اي رس وب گذاري شيميايي، شامل واكنشهاي شـيميايي مرطـوب بـين پـيشمواد كلسيم وفسفات تحت شرايط pH و دماي كنترل شده است. اين روش يكسري معايب دارد. در وهله اول كنترل كردن مشكل pH بالاي 9 براي جلوگيري از تشكيل HA ناقص كه در فرآينـدزينتر رسوب مي كند و تشكيل تري كلسيم فسفات ميدهـد [4]. ب ا وج ود اينك ه ب ا اس تفاده از فرآين د رس وب گ ذاري ش يميايي پودرهايي در مقياس نانومتري تهيه مي شود اما، درجـه كريسـتاليآن و نيز نسبت Ca/P وابسته به شرايط سنتز آنها دارند. در اكثـرموارد نيز، كريستالي شـدن و اسـتوكيومتري هيدروكسـي آپاتيـتسنتز شده پايين ميباشد [3].
روش هاي حالت جامد معمولا استوكيومتري و ساختار كريستالي خوبي را مي دهند اما نياز به دماي نسبتا بالا و زمـان هـاي عمليـاتحرارت ي ط ولاني دارن د. ب ه ع لاوه، توان ايي زينت ر ش دن چن ين پودره ايي معم ولا ك م و خ واص مك انيكي محص ولات نه ايي زينتر شده كاهش مي يابـد [3]. بـا اسـتفاده از روش هيـدروترمال،معم ولا م يتـوان ب ه پودره اي هيدروكس ي آپاتي ت ب ا درج هكريســتالي و نســبت كلســيم بــه فســفري نزديــك بــه مقــداراستوكيومتري رسيد [4]. البته پودرهـاي بـه دسـت آمـده معمـولاًآگلومره هستند و توزيع ذرات آنها در يك محدوده وسيعي قرار دارد. بنابراين، توزيع اندازه ذرات به سادگي نمي تواند در شرايط هيدروترمال كنترل گردد. همچنين، فرآيند هيدروترمال مي توانـدبراي تهيه نانوسيم ها، نانوفيبرها و رشد نانوكريستال ها در يك بعد به كار رود. Liu و همكارانش نانوميله هاي هيدروكسي آپاتيـت رابا استفاده از فرآيند هيدروترمال تهيـه نمودنـد [5]. بنـابراين، ايـنروش مي تواند براي توليـد محصـولاتي بـا درجـه كريسـتالي بـالابسيار موثر واقـع شـود. در ايـن تحقيـق، ابتـدا سـنتز نانوپودرهـايهيدروكسي آپاتيت در شرايط هيدروترمال انجام شده و سپس، بـااستفاده از نتـايجXRD درجـه كريسـتالي و پارامترهـاي شـبكه وثابت شبكه و نيز اندازه كريستاليت هاي پودر هيدروكسي آپاتيـتتعيين شد.

مواد و روش تحقيق
2-1- مواد اوليه
مواد اوليه مورد استفاده جهت تهيه نانوپودر هيدروكسي آپاتيت با استفاده از فرآيند هيدروترمال به شرح زير است:
براي تامين منبع كلسيم از پودر نيترات كلسيم ساخت شركت
.استفاده شد Art No: 1.02121.0500 با MERCK
به منظور تامين فسفر مورد نياز از پـودر 4 (NH4)2HPOسـاختMERCK با Art No:1205اسيد فسفريك استفاده شد.
براي رساندن محلول به pH مـورد نظـر از هي دروكسـيد سـديم ساخت شركت MERCK بـا Art No: 1.06482.1000 اسـتفادهشد.
بـه منظ ور بررس يه اي مورفول وژيكي از س ورفاكتانت ه اي مختلف مانند CTAB و SDS ساخت شركت MERCK استفاده شد.
2-2- روش انجام تحقيق
ســاخت محلــول : از آنجــايي كــه بــراي تشــكيل فــازهيدروكسـي آپاتيـت نسـبت اسـتوكيومتري 67/1 Ca/P = بايـدرعايت شود، محلول نيترات كلسيم با غلظت 2/0 مولار و محلول 4(NH4)2HPO با غلظت 12/0 مولار تهيه شد.
انجام واكنش: پـس از آمـادهسـازي محلـولهـا ميـزان 15 ميليليتر نيترات كلسيم در يك بشرريخته شد. سپس 15 ميلي ليتر از محلول 4(NH4)2HPO توسط يك بورت به صورت قطره قطره به محلول نيترات كلسيم در حال هم خوردن اضافه شد.
كنتــرل pH: از آنجــايي كــهpH مناســب بــراي تشــكيلهيدروكسي آپاتيت بين 10 تا 11 ميباشد پـس از انجـام واكـنشاولي ه ب ين نيت رات كلس يم و 4(NH4)2HPO، محل وله ا توس ط هيدروكسيد سديم 1 مولار بهpH هاي 9 و 7/9 رسـانده شـدند تـابهترين pH تعيين شود.
انجام فرآيند هيدروترمال: محلـول هـاي تهيـه شـده دراتوكلاوهاي تفلون با آسـتر فـولادي ريختـه شـدند و در دماهـاي150، 180 و 200 درج ه س انتيگ راد ب ه م دت 15و 24 س اعت حـرارت داد ه شـدند ت ا بهتـرين شـرايط ب راي سـنتز هيدروكس يآپاتي ت كريس تالي تعي ين ش ود. پ س از س رد ش دن اتوكلاوه ا، محلول درون آنها صاف شده و بـا آب مقطـر شسـته شـدند و درخشك كن به مدت 24 ساعت در دمـاي 50 درجـه سـانتيگـرادخشك شدند. كد گذاري نمونههاي در جـدول (1) آورده شـدهاست.
جدول (1): كدگذاري نمونه هاي هيدروكسي آپاتيت سنتز شده در دما، زمان و pH هاي مختلف.

رديف كد نمونهها دما (c°) زمان (h) pH
1 A1 150 15 9
2 A2 150 15 9/7
3 A3 150 24 9
4 A4 150 24 9/7
5 B1 180 15 9
6 B2 180 15 9/7
7 B3 180 24 9
8 B4 180 24 9/7
9 C1 200 15 9
10 C2 200 15 9/7
11 C3 200 24 9
12 C4 200 24 9/7

پس از اينكه نمونهها خشك شـد بـه كمـك آناليزهـايXRD و SEM بررس ي ه اي ف ازي و مورفول وژيكي ب رروي ه ر ي ك از نمون هه ا انج ام ش د ت ا بهت رين دم ا، زم ان وpH ب راي س نتز هيدروكسي آپاتيت مشخص شود. سپس بر روي نمونههاي بهينه التراسونيك انجام گرفت تا اثر آن برروي مورفولورژي نمونـه هـامشخص شود. به همين منظـور قبـل از قـرار دادن نمونـههـا دروناتوكلاو به مدت 30 و 60 دقيقه، التراسونيك بـر روي محلـولهـاانجام گرفت سپس محلولها در اتوكلاو ريخته شـد ه و در Oven تحت دما و فشار قرار گرفت و نتيجه بـا نمونـههـاي التراسـونيكنشده مورد مقايسه قرار گرفت. در شكل (1) فلوچارتي از مراحل آزمايش آورده شده است.
2-3- بررسي ويژگيهاي پودر
به منظور بررسي ويژگي هاي پودرهاي تهيه شده از دسـتگاه هـايمختل ف اس تفاده ش د. جه ت ارزي ابي فازه اي تش كيل ش ده از دستگاه آنـ اليز پـراش پرتـو ايكـس(XRD) اسـتفاده شـد. جهـتبررسي مورفولوژي از دسـتگاه ميكروسـكوپ الكترونـي روبشـي(SEM) اسـ تفاده شـ د. همچنـ ين، توزيـ ع انـ دازه ذرات پـ ودر هيدروكسي آپاتيت با استفاده از دستگاه Zetasizer مورد ارزيابي قرار گرفت.

اتوكلاو

درون

در

محلول

ريختن

نترل
ك
pH

نظر

در

با

محلول

ساخت

استوكيومتري

نسبت

گرفتن

آپاتيت

هيدروكسي
(
Ca/P
=1.67)

از

استفاده

با

و

م
كلسي

نيترات

اوليه

مواد
(
NH
4
)
2
HPO
4

زمان

و

دماها

در

هيدروترمال

فرآيند

انجام
مختلف

هاي

صا
نمونه

كردن

خشك

و

كردن

ف

ها

ويژگي

بررسي
شده

سنتز

پودر

هاي

كريستالي

تغييرات

بررسي



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید