اصلاح سازی سطحی آلیاژ نیتانول به منظور بهبود خون سازگاری و مقاومت به خوردگی

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

امروزه گرفتگی و انسداد شریان های قلب یکی از دلایل عمده مرگ و میر در سراسر جهان به شمار می رود. استنت یکی از ابزارهایی است که به منظور درمان گرفتگی عروق استفاده می شود. آلیاژ نیکل-تیتانیوم به دلیل خواص منحصر به فرد خود، یکی از پرکاربردترین آلیاژها در پزشکی است. با این وجود، به منظور بهبود خوردگی و خواص بیولوژیکی آن در بدن، روش های متعددی مورد بررسی قرار گرفته اند. هدف از انجام این پژوهش، اکسایش آندی آلیاژ نیکل-تیتانیم جهت تشکیل نانولوله های اکسید تیتانیم بر سطح آن و بارگذاری نانوذرات کیتوسان-هپارین درون نانولوله ها به منظور بهبود رفتار خوردگی و بیولوژیکی آن می باشد. بدین منظور، ابتدا آلیاژ ریخته گری شده نیکل-تیتانیم جهت یکنواخت شدن ترکیب شیمیایی تحت فرایند عملیات حرارتی قرار گرفت. عملیات حرارتی در دمای °C900 به مدت یک ساعت انجام شد. نمونه های عملیات حرارتی شده به چهار گروه تقسیم شدند: نمونه های سرد شده در کوره، نمونه های خنک شده در آب، نمونه های خنک شده در آب و پیرسازی شده در دمای °C300 و نمونه های خنک شده در آب و پیرسازی شده در دمای °C500. ریزساختار حاصل به کمک میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون پراش پرتو ایکس مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه فرایند اکسایش آندی بر روی نمونه های عملیات حرارتی شده در ولتاژ 60 ولت به مدت 30 دقیقه انجام شد و پس از بررسی ریزساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی، شرایط بهینه عملیات حرارتی (نمونه خنک شده در آب و پیرسازی شده در دمای °C500) تعیین شد. به دنبال آن، پارامترهای فرایند اکسایش آندی شامل ولتاژ، زمان و تعداد مراحل فرایند با توجه به مرفولوژی حاصل، بهینه سازی شد. نتایج نشان داد که ولتاژ 50 ولت، زمان 10 دقیقه و یک مرحله ای بودن فرایند، شرایط مناسب برای تشکیل نانولوله هایی با مرفولوژی مناسب با قطر 5±30 نانومتر و طول 7±300 نانومتر بود. شرایط بهینه اکسایش آندی روی همه نمونه های عملیات حرارتی شده اعمال شد و رفتار خوردگی و زیست سازگاری آن ها و نمونه ریخته گری شده توسط آزمون های الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه دارای شرایط بهینه عملیات حرارتی، دارای مناسب ترین رفتار زیست سازگاری و کمترین نرخ رهایش نیکل (9) در مقایسه با سایر نمونه ها می باشد (میزان رهایش نیکل از نمونه ریخته گری شده برابر 85 بود) بنابراین جهت بهبود رفتار خون سازگاری و سلول سازگاری آن، نانوذرات کیتوسان حاوی داروی هپارین درون نانولوله ها طی دو زمان متفاوت 15 و 45 دقیقه بارگذاری شد و رفتار دو فرایند (اکسایش آندی و بارگذاری نانوذرات کیتوسان-هپارین) به طور همزمان بررسی شد. هم چنین حضور نانوذرات کیتوسان-هپارین بر سطح نمونه به کمک آزمون طیف سنجی فروسرخ با تبدیل فوریه، تأیید شد. نتایج حاصل از پراکندگی دینامیکی نور تشکیل نانوذرات کیتوسان-هپارین با اندازه ذرات 10±55 نانومتر را تأیید کرد. هم چنین نتایج حاصل از آزمون پتانسیواستاتیک نشان داد که رهایش نیکل از نمونه های حاوی نانوذرات صورت نمی گیرد. علاوه بر این نتایج حاصل از آزمون خون سازگاری و کشت سلولی نشان دهنده بهبود قابل توجه رفتار خون سازگاری و سلول سازگاری نمونه های حاوی نانوذرات کیتوسان-هپارین در مقایسه با آلیاژ ریخته گری شده و نمونه بهینه آندایز شده بود. هم چنین رهایش هپارین از نمونه ای که 45 دقیقه در محلول نانوذرات کیتوسان-هپارین قرار گرفته بود، به میزان 054/0±656/0 میلی گرم بر میلی لیتر و از نمونه ای که 15 دقیقه در محلول نانوذرات بود، به میزان 047/0±199/0 میلی گرم بر میلی لیتر (پس از 14 روز) انجام شد. علاوه براین رفتار حافظه داری نمونه بهینه نیز بررسی شد که نتایج نشان دهنده قابلیت بازیابی این نمونه به میزان 91 درصد بود. با توجه به نتایج حاصل، نمونه عملیات حرارتی شده بهینه و آندایز شده در ولتاژ و زمان مناسب حاوی نانوذرات کیتوسان-هپارین (به مدت 45 دقیقه) خواص زیست سازگاری و بیولوژیکی مناسبی برای کاربرد در استنت های قلبی-عروقی را دارا می باشد. کلمات کلیدی : آلیاژ نیکل-تیتانیم، اکسایش آندی، نانولوله های اکسید تیتانیم، نانوذرات کیتوسان-هپارین