Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Hamidreza Salimi jazi
محمدحسین فتحی (استاد راهنما) حمیدرضا سلیمی جزی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Sharif Ahmadian
امید شریف احمدیان

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- هدف پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه یابی پوشش های فلزی آنتی باکتریال برای کاربردهای پزشکی بود. پوشش مس به روش پاشش حرارتی قوس الکتریکی بر روی زیر لایه فلزی (فولاد زنگ نزن 316 ال) و زیرلایه غیرفلزی(MDF) اعمال شد. برای ارزیابی خواص سطحی و ضد باکتری پوشش های مسی، نمونه های مس کاتدی و فولاد زنگ نزن 316 ال (زیرلایه) نیز به عنوان شاهد برای مقایسه تهیه شد. شناسایی ساختار فازی و بررسی ریزساختاری پوشش بوسیله آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به همراه طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس (EDS) انجام گرفت. به منظور تعیین خواص ضد باکتری پوشش های مسی، آنالیز های کیفی از قبیل آزمون آنتی بیوگرام و اسپکتروفوتومتری و هم چنین آزمون تعیین خواص کمی ضد باکتری با گذشت زمان توسط کشت باکتری و شمارش تعداد کلنی های شکل گرفته نیز انجام شد. به منظور ارزیابی آماری نتایج به دست آمده از نرم افزار آماری (SAS) استفاده شد. به منظور بررسی و مقایسه رفتار ترشوندگی نمونه ها از آزمون تعیین زاویه تماس دینامیکی و مدل ارزیابی ویل هلمی استفاده شد. ارزیابی انرژی سطحی پوشش نیز توسط مدل چیبووسکی بررسی و محاسبه شد. علاوه بر این، تاثیر ریز ساختار و اندازه دانه، خواص سطحی از قبیل ترشوندگی و انرژی سطحی، زبری سطحی، نواقص موجود در پوشش از قبیل درصد اکسید و تخلخل بر خواص ضد باکتری پوشش بررسی و ارزیابی شد. خواص ریز ساختاری، پارامتر های انجمادی و هم چنین استحکام چسبندگی پوشش مس بر روی زیر لایه غیر فلزی (MDF) نیز، با پوشش مس با زیر لایه فلزی (فولاد زنگ نزن 316 ال) مقایسه شد. نتایج آزمون های کیفی و کمی تعیین خواص ضد باکتری نشان داد که پوشش مس قادر است پس از گذشت 360 دقیقه بیش از 90 درصد تعداد باکتری های اولیه را از بین ببرد. آنالیز آماری نیز نشان داد که این خواص ضد باکتری در مقایسه با نمونه های دیگر با احتمال بیش از 99 درصد معنی دار است. کم بودن زاویه تماس ترشوندگی و بالاتر بودن انرژی آزاد سطحی جامد پوشش های مسی باعث افزایش رفتار ترشوندگی در این نمونه نسبت به دو نمونه دیگر شد. با توجه به نتایج به دست آمده، نه تنها وجود یک عامل ضد باکتری مانند مس ضروری می باشد، بلکه با کاهش اندازه دانه، کاهش زاویه تماس ترشوندگی، افزایش انرژی آزاد سطحی جامد، افزایش زبری سطحی، افزایش درصد اکسید و تخلخل و هم چنین نواقص کریستالی خاصیت ضد باکتری افزایش می یابد. کلمات کلیدی: مس، ضد باکتری، پاشش حرارتی قوس الکتریکی، فوق ریز دانه، ترشوندگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی