تاثير عمليات اسيدي دو مرحله اي بر رفتار سطح و بهبود زيست فعالي آلياژ نايتينول

Evaluation of the effect of Two-Step Acid Etching on the Surface Treatment and Improved Bioactivity of Nitinol

مقدمه: ويژگي­ هاي سطح شامل ريخت ­شناسي، ريخت­شناسي زير ميكرون و شيمي سطح از عوامل مهمي هستند كه كيفيت و نحوه پاسخ ­هاي بيولوژيكي در محل تماس بافت با ماده كاشتني را تحت تاثير قرار داده و اين موضوع مي­تواند بر روي فرآيند التيام استخوان تاثير گذار واقع شود. مواد و روش­ها: در اين مطالعه آزمايشگاهي، ريخت ­شناسي و زيست ­سازگاري سطوح آلياژ حافظه ­دار نايتينول صيقل ­كاري مكانيكي شده و اصلاح­ شده با محلول شيميايي متشكل از سه نوع اسيد (HCl-HF-H3PO4) و سپس عمليات شيميايي در محلول (HNO3 و HCl) با نسبت حجمي 1:1 و در درجه حرارت محيطبررسي شده است. تعداد 75 نمونه جهت اصلاح شيميايي سطح، ارزيابي­ هاي بيولوژيكي و زبري سطوح و همچنين 9 نمونه به عنوان شاهد استفاده گرديد. به منظور تحليل و بررسي سطوح، ارزيابي­هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) و زبري­سنجي از سطوح آلياژ نايتينول (NiTi) به ­عمل آمد. به ­علاوه، سلول MG-63 بر روي سطوح مختلف آلياژ نايتينول براي ارزيابي چسبندگي و رشد و تكثير سلولي كشت گرديد. داده­ ها با استفاده از تست­هاي آماري t-test و آناليز واريانس يك طرفه، آناليز گرديد. يافته­ ها: نتايج بدست آمده نشان مي­دهد كه عمليات اصلاح شيميايي سطح با محلول اسيدي دو مرحله ­اي، زبري بالاتري در مقايسه با سطوح اصلاح نشده و عمليات اصلاح شيميايي سطح با محلول اسيدي تنها با محلول متشكل از (HCl-HF-H3PO4) داشته است. همچنين ارزيابي هاي كشت سلولي مشخص نمود كه سطوح نايتينول اصلاح شده دو مرحله ­اي، ميزان چسبندگي سلولي و رشد و تكثير قابل ملاحظه ­اي در مقايسه با گروه­ هاي اصلاح شده با محلول اسيدي سه ­تايي و سطوح اصلاح نشده، نشان داده است. نتيجه­گيري: روش اصلاح شيميايي سطح در مورد آلياژ نايتينول مي­تواند علاوه بر تغيير ريخت ­شناسي سطح و ايجاد زبري­ هاي در مقياس زيرميكروني باعث تغيير شيمي سطح شود. اين موضوع مي­تواند قابليت پيوند بافت ايمپلنت را افزايش داده و از تاثير سمي عنصر نيكل بكاهد.

Introduction: Surface properties, including morphology, submicron and chemical morphology, are important factors affecting the quality and biological responses at the contact location of tissue with the implant material. This could significantly affect the healing process of bones. Materials & Methods: In this laboratory study, morphology and biocompatibility of polished mechanical nitinol (NiTi) shape memory alloys surfaces treated with mixed solution of three acids (HCl-HF-H3PO4) were evaluated. In the next stage, further chemical treatment was conducted in solution of HNO3 and HCl with ratio of 1:1 Vol.% at room temperature and the results were assessed. Seventy-five samples were selected for chemical modification of the surface, biological evaluation and surface roughness; furthermore, nine samples were selected as control. Scanning the Electron Microscope (SEM), atomic force microscope (AFM) and inspection of Nitinol surface roughness (NiTi) were carried out to evaluate the surface. In addition, MG-63 cell was cultured on different nitinol surfaces to assess cell adhesion, growth and proliferation. Data analysis was performed using t-test and one-way ANOVA. Results: The obtained results indicated that HNO3 and HCl treatment produced significantly higher roughness compared to (HCl-HF-H3PO4) treatment and untreated surfaces. Moreover, evaluation of cell culture revealed significantly higher amounts of cell adhesion, growth and proliferation in two-stage modified nitinol surfaces, compared to the groups modified with triple acid solution and unmodified surfaces. Conclusion: According to the results, not only chemical surface modification of nitinol changed the surface morphology and created submicron roughness, but it also led to altered chemistry of the surface. This could increase bone-bonding ability in implant and decrease the toxic effects of nickel in the body.