اصلاح سازي سطحي آلياژ نيتانول به منظور بهبود خون سازگاري و مقاومت به خوردگي

STUDENT

DEGREE

YEAR

Coronary artery disease are the most frequent causes of death. Nitinol is used in a wide variety of medical devices because of its excellent properties. The aim of this study is improve corrosion resistance and biocompatibility of NiTi by anodic oxidation and controlling release of heparin. For this purpose, firstly, NiTi alloy was heat treated at 900°C for 1 h to obtain homogenous chemical composition , after solution treatment of NiTi samples, for control grain size, four different heat-treated groups were examined consisting of (1) furnace-cooled sample (FC-NiTi), (2) water-quenched sample (WQ-NiTi), (3) water-quenched/ 300°C-aged treated (300T-NiTi) and (4) water-quenched/ 500°C-aged treated (500T-NiTi) samples. Followed by characterizing with scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Consequently, heat-treated samples were anodized in ethylene glycol solution containing 0.25 wt%NH4F and 1.5 wt % H2O at various voltages (40, 50, 60 and 80v) for various times. (10, 13, 15 and 30 min) for one and two steps. After determine the optimum sample, results showed that the sample that aged at 500°C, has uniform grain size (163±6?m) and Ti 2 Ni precipitation presence in grain boundaries. Furthermore, anodic oxidation of this sample at 50v for 10min during one step, led to the formation of uniform TiO 2 nanotubes with diameter and length 30±5 and 300±7 nm, respectively. Electrochemical characterization showed that anodized and heat treated sample released lowest Ni (9) in compare with as-cast sample (85). To improve hemocompatibility and cell behavior, chitosan-heparin nanoparticles were loaded in TiO 2 nanotubes for two different times, 15min (15CH-Anodized) and 45min (45CH-Anodized). Resulted showed that the amount of heparin which released from 15CH-Anodized was 0.199±0.047 mg/ml and 0.656±0.054 mg/ml for 45CH-Anodized after 14 days immersion in . This results showed that controlling release of heparin was obtained with loaded of chitosan-heparin nanoparticle in nanotubes. Moreover, the results of hemocompatibility and cell culture tests showed that cell behavior and hemocompatibility of anodized optimum sample with chitosan-heparin nanoparticle significantly improved in compare with anodized optimum sample and as-cast sample. Also, the shape memory behavior of optimum sample was investigated and results showed that this sample has 91% shape recovery. All results that obtain in this study showed that sample which heat treated at 900°C for 1h, then quenched in water and aged at 500°C for 1h and anodized at 50v for 10min in one step, then loaded with chitosan-heparin nanoparticle can improved hemocompatibility and biocompatibility of NiTi alloy for coronary stents. Key words: NiTi alloy, anodic oxidation, TiO2 nanotubes, chitosan-heparin nanoparticle

چکيده امروزه گرفتگي و انسداد شريان هاي قلب يکي از دلايل عمده مرگ و مير در سراسر جهان به شمار مي رود. استنت يکي از ابزارهايي است که به منظور درمان گرفتگي عروق استفاده مي شود. آلياژ نيکل-تيتانيوم به دليل خواص منحصر به فرد خود، يکي از پرکاربردترين آلياژها در پزشکي است. با اين وجود، به منظور بهبود خوردگي و خواص بيولوژيکي آن در بدن، روش هاي متعددي مورد بررسي قرار گرفته اند. هدف از انجام اين پژوهش، اکسايش آندي آلياژ نيکل-تيتانيم جهت تشکيل نانولوله هاي اکسيد تيتانيم بر سطح آن و بارگذاري نانوذرات کيتوسان-هپارين درون نانولوله ها به منظور بهبود رفتار خوردگي و بيولوژيکي آن مي باشد. بدين منظور، ابتدا آلياژ ريخته گري شده نيکل-تيتانيم جهت يکنواخت شدن ترکيب شيميايي تحت فرايند عمليات حرارتي قرار گرفت. عمليات حرارتي در دماي °C900 به مدت يک ساعت انجام شد. نمونه هاي عمليات حرارتي شده به چهار گروه تقسيم شدند: نمونه هاي سرد شده در کوره، نمونه هاي خنک شده در آب، نمونه هاي خنک شده در آب و پيرسازي شده در دماي °C300 و نمونه هاي خنک شده در آب و پيرسازي شده در دماي °C500. ريزساختار حاصل به کمک ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و آزمون پراش پرتو ايکس مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه فرايند اکسايش آندي بر روي نمونه هاي عمليات حرارتي شده در ولتاژ 60 ولت به مدت 30 دقيقه انجام شد و پس از بررسي ريزساختار به کمک ميکروسکوپ الکتروني روبشي، شرايط بهينه عمليات حرارتي (نمونه خنک شده در آب و پيرسازي شده در دماي °C500) تعيين شد. به دنبال آن، پارامترهاي فرايند اکسايش آندي شامل ولتاژ، زمان و تعداد مراحل فرايند با توجه به مرفولوژي حاصل، بهينه سازي شد. نتايج نشان داد که ولتاژ 50 ولت، زمان 10 دقيقه و يک مرحله اي بودن فرايند، شرايط مناسب براي تشکيل نانولوله هايي با مرفولوژي مناسب با قطر 5±30 نانومتر و طول 7±300 نانومتر بود. شرايط بهينه اکسايش آندي روي همه نمونه هاي عمليات حرارتي شده اعمال شد و رفتار خوردگي و زيست سازگاري آن ها و نمونه ريخته گري شده توسط آزمون هاي الکتروشيميايي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد که نمونه داراي شرايط بهينه عمليات حرارتي، داراي مناسب ترين رفتار زيست سازگاري و کمترين نرخ رهايش نيکل (9) در مقايسه با ساير نمونه ها مي باشد (ميزان رهايش نيکل از نمونه ريخته گري شده برابر 85 بود) بنابراين جهت بهبود رفتار خون سازگاري و سلول سازگاري آن، نانوذرات کيتوسان حاوي داروي هپارين درون نانولوله ها طي دو زمان متفاوت 15 و 45 دقيقه بارگذاري شد و رفتار دو فرايند (اکسايش آندي و بارگذاري نانوذرات کيتوسان-هپارين) به طور همزمان بررسي شد. هم چنين حضور نانوذرات کيتوسان-هپارين بر سطح نمونه به کمک آزمون طيف سنجي فروسرخ با تبديل فوريه، تأييد شد. نتايج حاصل از پراکندگي ديناميکي نور تشکيل نانوذرات کيتوسان-هپارين با اندازه ذرات 10±55 نانومتر را تأييد کرد. هم چنين نتايج حاصل از آزمون پتانسيواستاتيک نشان داد که رهايش نيکل از نمونه هاي حاوي نانوذرات صورت نمي گيرد. علاوه بر اين نتايج حاصل از آزمون خون سازگاري و کشت سلولي نشان دهنده بهبود قابل توجه رفتار خون سازگاري و سلول سازگاري نمونه هاي حاوي نانوذرات کيتوسان-هپارين در مقايسه با آلياژ ريخته گري شده و نمونه بهينه آندايز شده بود. هم چنين رهايش هپارين از نمونه اي که 45 دقيقه در محلول نانوذرات کيتوسان-هپارين قرار گرفته بود، به ميزان 054/0±656/0 ميلي گرم بر ميلي ليتر و از نمونه اي که 15 دقيقه در محلول نانوذرات بود، به ميزان 047/0±199/0 ميلي گرم بر ميلي ليتر (پس از 14 روز) انجام شد. علاوه براين رفتار حافظه داري نمونه بهينه نيز بررسي شد که نتايج نشان دهنده قابليت بازيابي اين نمونه به ميزان 91 درصد بود. با توجه به نتايج حاصل، نمونه عمليات حرارتي شده بهينه و آندايز شده در ولتاژ و زمان مناسب حاوي نانوذرات کيتوسان-هپارين (به مدت 45 دقيقه) خواص زيست سازگاري و بيولوژيکي مناسبي براي کاربرد در استنت هاي قلبي-عروقي را دارا مي باشد. کلمات کليدي : آلياژ نيکل-تيتانيم، اکسايش آندي، نانولوله هاي اکسيد تيتانيم، نانوذرات کيتوسان-هپارين