به گزارش پایگاه خبری شبکه آزمایشگاهی فناوری‌های راهبردی، مهندس ثریا برنای زنوزی مسئول آزمایشگاه مواد زیستی (بایومواد) در پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته و دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد مهندسی مواد، در دومین کارگروه تخصصی زیست‌فناوری در قالب گزارشی علمی- تخصصی، «روشهای اصلاح سطح بیومواد فلزی به روش پوشش‌دهی» را ارائه کرد.
وی در این ارائه با تأکید بر این‌که رویکرد علمی و توسعه فناورانه بیومواد در فهرست فناوری‌های تحول ساز در دهه آینده قرار دارد، افزود: بیومواد فلزی قدیمی‌ترین گروه از مواد هستند که از سال‌های پیش از میلاد مسیح استفاده از آنها در بدن انسان رایج شده است. ارزش عمده بیومواد فلزی تحمل بار قابل قبول، مقاومت در برابر خستگی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص تریبولوژی- مکانیکی آنهاست که عموما قابلیت شکل پذیری پلاستیکی خوبی تا مرحله شکست را دارند.
این فعال حوزه زیست‌مواد با بیان این‌که مهندسی سطح بخش پژوهشی بسیار مهمی در فرآیندهای ساخت و تولید بیومواد فلزیست و فناوری‌هایی را شامل می شود که قادر به اصلاح سطح فلزات هستند، ادامه داد: این مهندسی، تلاش می‌کند تا به مواد، کارایی بهتر یا کارکرد نوین ببخشد. قسمتی از حیطه مهندسی سطح به حفاظت از سطوح ابزار، قطعات بیو و تجهیزات پزشکی در برابر اصطکاک، سایش، اکسیداسیون و خوردگی اختصاص داده شده است.
وی با اشاره به نقش کلیدی فرآیندهای اصلاح سطح در صنعتی کردن فناوری‌های مختلف در آینده، عنوان کرد: اصلاح سطح بیومواد فلزی روشی مناسب برای مهندسی عملکرد زیستی در فصل مشترک فلز-بافت به شمار می‌رود تا پاسخ های بیولوژیکی، بدون تغییر خواص بالک ماده تنظیم و تعدیل شوند.
زنوزی در ادامه بیان کرد: واکنش کلی بدن با یک جسم خارجی توسط فاکتورهایی از قبیل زیست‌سازگاری، چسبندگی و ... که تعیین‌کننده قبول یا عدم پذیرش آن جسم خارجی در بدن هستند، کنترل می‌شود.
مسئول آزمایشگاه مواد زیستی (بایومواد) در پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، همچنین به اهمیت سطح در برهم‌کنش‌های زیستی اشاره کرد و گفت: سطح، تنها بخشی است که با محیط زیستی در تماس استف اکثراً مورفولوژی و ترکیب شیمیایی متفاوتی از بالک را دارد، پاسخ زیستی ماده خارجی در مقابل بافت میزبان را کنترل می کند و برخی خواص سطح مانند توپوگرافی بر پایداری مکانیکی فصل مشترک تاثیر می گذارد.
زنوزی، با اشاره به کاربردهای آلیاژها در زیست فناوری و صنایع پزشکی عنوان کرد: فولادهای زنگ‌نزن، آلیاژهای پایه کبالت با نام‌های تجاری استلایت، وایتالیم و وینتریا، آلیاژهای تیتانیوم و ... در صنعت مهندسی پزشکی کاربرد گسترده ای دارند. برای بهبود عملکرد بیومواد فلزی، عملیات اصلاح سطح مناسب الزامی است.
روشهای اصلاح سطح بایو مواد فلزی
مسئول آزمایشگاه مواد زیستی در پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، به انواع عملیات سطح اشاره کرد و گفت: از مهم‌ترین این عملیات می‌توان به اکسید کردن سطح، زیر سازی سطح با ماسه پاشی، اصلاح سطح با لیزر، کاشت یون، پاشش حرارتی و پوشش دهی اشاره کرد.
وی افزود: استفاده از پوشش مناسب، سبب بهبود خواص مکانیکی و همچنین ارتقای زیست‌سازگاری و هم‌بندی با بافتها و ارگان‌هایی بدن می‌شود. قبل از اعمال روشهای اصلاح سطحی، سطح فلز باید آماده سازی شده و درجه تمیزی سطح تعیین شود.
برنای زنوزی به روشهای اصلاح سطح بایومواد فلزی با روشهای پوشش دهی پرداخت و افزود: پوشش های روی بیومواد فلزی بر حسب نوع واسطهای اعمال پوشش به چهار دسته واسطهای گازی، واسطهای مایع، واسطهای جامد و واسطهای الکترولیتی دسته‌بندی می‌شوند.
وی درباره روشهای واسط گازی توضیح داد: رسوب فیزیکی بخار، که با نام PVD شناخته شده است، فرآیند پوشش دادن سطح در خلاء است که از دو مزیت عمده تبخیر در خلاء و پراکنش در سطح بهره می‌برد. در این روش، مواد به وسیله انتقال بخار ماده پوشان از خلاء و رسوب آن بر روی ماده پایه پوشش داده می شوند و هیچ واکنش شیمیایی هم بین آن ها صورت نمی گیرد.
رسوب بخار شیمیایی با نام اختصاری (CVD)، یک روش پرکاربرد برای ایجاد پوشش های با کیفیت بالا بر روی سطوح اجسام (“زیرهای”) در یک محفظه واکنش است. این تکنیک شامل استفاده از واکنش های شیمیایی یک یا چند پیش ساز فرار با بسترهای گرم شده برای رسوب پوشش های لایه نازک بر روی این بسترها است.
کاشت یون، فرآیندی در مهندسی مواد است که در آن یون‌های برخی مواد را می‌توان در ماده‌ای دیگر کاشت و ویژگی‌های فیزیکی آن ماده را تغییر داد.
در رسوب به کمک اشعه یون، یک چشمه یون ثانویه، با هدف تمیز کردن سطح زیرلایه، قبل از لایه‌نشانی به کار گرفته می‌شود. لایه‌نشانی به کمک یون خاص، برای ایجاد لایه‌های اکسیدی یا نیتریدی مفید است چرا که چگالی، خواص اپتیکی و پایداری تحت رطوبت لایه را بهبود می‌بخشد. در این روش از چشمه یونی ثانویه به عنوان چشمه یونی کمکی یاد می‌شود.
این فعال حوزه زیست‌فناوری درباره روشهای واسط الکترولیتی بیان کرد: آبکاری یکی از قدیمی‌ترین و متداول‌ترین روشهای ایجاد پوشش‌های فلزی بر سطح اجسام است. آبکاری عبارتست از قرار دادن یک پوشش فلزی بر روی قطعه توسط روش های الکتروشیمیایی و یا شیمیایی. در این روش الکتروشیمیایی قطعه به عنوان کاتد بوده و فلز روکشی در آند قرار می‌گیرد. سپس مجموعه اینها در محلول الکترولیتی غوطه ور می شوند و جریان الکتریکی با آمپر زیاد و ولتاژ کم بین آند و کاتد برقرار می گردد. اختلاف پتانسیل موجود، انرژی لازمه برای کنده شدن اتمهای آند و حرکت آن در محلول و نشستن روی کاتد را ایجاد می کند. ماده حاصله از این واکنش به عنوان پوشش عمل می کند.
لایه نشانی الکتروفورتیک (EPD) مرز مشترک بین آبکاری الکتریکی و رنگ است. مکانیزم نشست الکتروفورتیک حرکت ذرات باردار در سوسپانسیون در اثر میدان الکتریکی و نشست آنها بر الکترود متناسب است.
وی درباره روشهای واسط مایع توضیح داد: لایه نشانی با لیزر پالسی (PLD)روشی است که در آن یک لیزر پرانرژی در محفظه خلاء بر روی تارگت متمرکز می‌شود و یک ستون پلاسمایی از آن ایجاد می‌شود که بر روی زیرلایه، لایه نشانی می‌شود.
وی با بیان این‌که فرآیند لایه نشانی ممکن است با کمک گاز اکسیژن یا دیگر گازهای زمینه، یا تحت شرایط خلاء بسیار بالا صورت گیرد گفت: فرآیندPLD به چهار مرحله تقسیم می‌شود که هر مرحله اثر مهمی بر بلورینگی، یکنواختی و استوکیومتری پوشش ایجاد شده دارد. این مراحل شامل جذب لیزر بر سطح هدف و برهم‌کنش با ماده، کنده شدن و تشکیل پلاسما، دینامیک پلاسما و برهم‌کنش لیزر با ستون پلاسمایی، لایه‌نشانی مواد جدا شده از هدف بر روی زیرلایه و دانه‌بندی و رشد لایه نازک از ماده هدف بر روی سطح زیرلایه است.
گفتنی است این گزارش علمی، در دومین کارگروه تخصصی زیست‌فناوری شبکه آزمایشگاهی فناوری‌های راهبردی به میزبانی پژوهشگاه مواد و انرژی، تیرماه سال جاری ارائه شد.
مهندس ثریا برنای زنوزی، دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد گرایش انتخاب و شناسایی مواد مهندسی از سال ۱۳۸۳ تا ۱۳۹۵، در آزمایشگاههای ساخت قطعات نیمه هادی و شناخت مواد در پژوهشکده نیمه هادی‌ها فعالیت داشته است.
وی پس از احداث پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، از سال ۱۳۹۵ تاکنون در این پژوهشکده در گروه پژوهشی مواد زیستی، به عنوان مدیر فنی گروه پوشش و خوردگی و مسئول آزمایشگاه مواد زیستی (بایومواد) مشغول به کار است.