Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Hamidreza Salimi jazi
محمدحسين فتحي (استاد راهنما) حميدرضا سليمي جزي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Sharif Ahmadian
اميد شريف احمديان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Preparation and Characterization of Wire Arc Sprayed Nanostructure Metallic Antibacterial Coatings For Medical Application
There is an increasing interest in reducing bacterial harmfulness in recent years. Infection of medical devices and treatment rooms can cause significant morbidity and mortality. Having antibacterial surfaces such as silver and copper coated areas reduce the risk of bacteria growth considerably. In the current study, wire arc spraying technique has been utilized to produce an ultra fine microstructure antibacterial copper coating on metal substrate (stainless steel 316L) and none-metal substrate (MDF) for antibacterial applications. The chemical composition, microstructure, and surface morphology of copper coatings were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (equipped for energy dispersive spectroscopy). Determination of the thickness and adhesion of the coatings were investigated experimentally. The roughness and wettability of surfaces were characterized using Surface Roughness Inception and dynamic contact angle meter. The surface free energy was calculated by Chibowsky model. In order to evaluateandcompare the behavior ofthe wettability, all samples were characterized by Will Helmi model. Copper coatings showed lower contact angle and higher surface free energy in comparison to stainless steel 316L and a micro grain structure of the commercially available copper.The influence ofmicrostructureandgrain size,urfaceropertieuch acontact angle, wettability,andurface freeenergy as well aurface roughness on the antibacterial behavior were investigated. In addition, crystallographic defects such as porosity and oxide contentof copper coatings oon-metallicubstrate(MDF), and metal substrate(stainless steel316L)were investigated by Image tool 3.00 software. The antibacterial properties of copper coatings was analyzed by both gram negative Escherichia coli and gram positive Staphylococcus aureus. The antibacterial performance of coatings was compared to stainless steel 316L and a micro grain structure of the commercially available copper. Results indicated that as-sprayed copper coatings have an excellent antibacterial behavior compared to stainless steel and micro grain copper sample which can be contributed to a fine grain size and existance of defects and micro pores in the microstructure. Reduction in bacterial numbers of E. coli and Staphylococcus aureus after contact with the three different surfaces indicated that E. coli was more sensitive to the inhibitory action of the copper coating (97% after 6 h), whereas S. aureus needes longer time to reach a similar percentage of the reduction. The killing rate for stainless steel is in the range of 8–24 h. The surface of the copper coating has high hydrophilic among other surfaces such as stainless steel 316L and a micro grain structure of the copper. Statistical analysihowed thattheantibacterialroperties of copper coatingwere significantly much higher than other samples . The material surface characteristics including the high surface roughness, the high surface free energy, the low contact angle and the chemical composition play a key role in increasing the antibacterial behavior of the surfaces. Keywords : Copper, Antibacterial, As – sprayed coating, Wire arc spray, Ultrafine grain, Wettability.
1- چکيده هدف پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه يابي پوشش هاي فلزي آنتي باکتريال براي کاربردهاي پزشکي بود. پوشش مس به روش پاشش حرارتي قوس الکتريکي بر روي زير لايه فلزي (فولاد زنگ نزن 316 ال) و زيرلايه غيرفلزي(MDF) اعمال شد. براي ارزيابي خواص سطحي و ضد باکتري پوشش هاي مسي، نمونه هاي مس کاتدي و فولاد زنگ نزن 316 ال (زيرلايه) نيز به عنوان شاهد براي مقايسه تهيه شد. شناسايي ساختار فازي و بررسي ريزساختاري پوشش بوسيله آزمون هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) به همراه طيف سنجي توزيع انرژي پرتو ايکس (EDS) انجام گرفت. به منظور تعيين خواص ضد باکتري پوشش هاي مسي، آناليز هاي کيفي از قبيل آزمون آنتي بيوگرام و اسپکتروفوتومتري و هم چنين آزمون تعيين خواص کمي ضد باکتري با گذشت زمان توسط کشت باکتري و شمارش تعداد کلني هاي شکل گرفته نيز انجام شد. به منظور ارزيابي آماري نتايج به دست آمده از نرم افزار آماري (SAS) استفاده شد. به منظور بررسي و مقايسه رفتار ترشوندگي نمونه ها از آزمون تعيين زاويه تماس ديناميکي و مدل ارزيابي ويل هلمي استفاده شد. ارزيابي انرژي سطحي پوشش نيز توسط مدل چيبووسکي بررسي و محاسبه شد. علاوه بر اين، تاثير ريز ساختار و اندازه دانه، خواص سطحي از قبيل ترشوندگي و انرژي سطحي، زبري سطحي، نواقص موجود در پوشش از قبيل درصد اکسيد و تخلخل بر خواص ضد باکتري پوشش بررسي و ارزيابي شد. خواص ريز ساختاري، پارامتر هاي انجمادي و هم چنين استحکام چسبندگي پوشش مس بر روي زير لايه غير فلزي (MDF) نيز، با پوشش مس با زير لايه فلزي (فولاد زنگ نزن 316 ال) مقايسه شد. نتايج آزمون هاي کيفي و کمي تعيين خواص ضد باکتري نشان داد که پوشش مس قادر است پس از گذشت 360 دقيقه بيش از 90 درصد تعداد باکتري هاي اوليه را از بين ببرد. آناليز آماري نيز نشان داد که اين خواص ضد باکتري در مقايسه با نمونه هاي ديگر با احتمال بيش از 99 درصد معني دار است. کم بودن زاويه تماس ترشوندگي و بالاتر بودن انرژي آزاد سطحي جامد پوشش هاي مسي باعث افزايش رفتار ترشوندگي در اين نمونه نسبت به دو نمونه ديگر شد. با توجه به نتايج به دست آمده، نه تنها وجود يک عامل ضد باکتري مانند مس ضروري مي باشد، بلکه با کاهش اندازه دانه، کاهش زاويه تماس ترشوندگي، افزايش انرژي آزاد سطحي جامد، افزايش زبري سطحي، افزايش درصد اکسيد و تخلخل و هم چنين نواقص کريستالي خاصيت ضد باکتري افزايش مي يابد. کلمات کليدي: مس، ضد باکتري، پاشش حرارتي قوس الکتريکي، فوق ريز دانه، ترشوندگي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی