سیمان کلسیم فسفاتی تقویت شده با افزایش استحکام فشاری اولیه‌ سیمان استخوانی و با نانوذرات برای استفاده در بدن انسان به همت محققان پژوهشگاه مواد و انرژی تولید شد.

 مریم محمدی، محقق پژوشگاه مواد و انرژی در خصوص اهمیت تحقیقات صورت گرفته اظهار داشت: استحکام اولیه‌ سیمان نقش بسیار تعیین‌ کننده‌ای در پذیرفتن کاشتنی توسط بدن ایفا می‌کند لذا باید تلاش کرد که خواص آن را به گونه‌ای بهبود بخشید که در ساعات اولیه‌ کاشت در تماس با محلول‌های موجود در بدن دچار ازهم گسیختگی نشود. محققان این پژوهشگاه با افزودن نانوذرات زیست‌سازگار سیلیکای آمورف، تیتانیا و سیلیکون کاربید به سیمان کلسیم فسفات موفق شدند این ویژگی را بهبود ببخشند.

وی افزود: وجود نانوذرات سیلیکون کاربید و تیتانیا سبب افزایش استحکام فشار اولیه‌ سیمان می‌شود که بر اثر افزودن پنج درصد نانوذرات سیلیکای آمورف، علاوه بر این ویژگی، استحکام نهایی آن نیز پس از قرار گرفتن در محلول رینگر( مایع شبیه‌سازی شده بدن) از 35 مگاپاسکال به 50 مگاپاسکال افزایش یافت.

محمدی خاطرنشان کرد: در روش‌های متداول برای افزایش استحکام سیمان‌های کلسیم فسفاتی از الیاف پلیمری استفاده می‌شود. اندازه‌ بزرگ الیاف، قابلیت اتصال بین آن‌ و مواد زمینه و ایجاد غیر یکنواختی در سیمان، مشکلاتی را در خصوص استفاده از مواد کاشتنی و زیست‌سازگاری آن‌ها ایجاد می‌کند در حالی که با تولید سیمان کلسیم فسفاتی تقویت شده، علاوه بر رسیدن به استحکام کافی جهت کاشت در بدن، آسیبی به زیست‌سازگاری مواد کاشتنی وارد نشده و توسط سیستم دفاعی بدن پس زده نمی‌شود.

این پژوهشگر در توضیح بهبود خواص به کمک نانوذرات گفت: استحکام سیمان به صورت نهایی به میزان تخلخل‌های موجود در آن بستگی دارد. نانوذرات در کامپوزیت سیمانی نقش مواد پرکننده را دارند. پر شدن تخلخل‌ها توسط نانوذرات و کاهش آن‌ها، دلیل افزایش استحکام اولیه در سیمان است.

محمدی تصریح کرد: دستیابی به نتایج مورد نظر با انجام تحقیقات به این صورت ممکن شده است که ابتدا مواد اولیه‌ سیمان مورد نظر تولید شده است. پس از فراوری مواد اولیه، خمیر سیمان تهیه شد. درصدهای مختلف (2.5، 5 و 10 درصد) نانو‌ذرات تیتانیا، سیلیکون کاربید و نانو سیلیکای آمورف در حین تهیه خمیر به مایع سیمان اضافه شد. سپس نمونه‌هایی با ابعاد 12 در 6 میلیمتر تهیه و برای مدت زمان‌های مشخص (صفر، 1، 7 و 14 روز ) در محلول رینگر نگهداری شد. در نهایت و پس از گذشت دوره‌ی زمانی تعیین شده، آزمون‌های استحکام فشاری روی نمونه‌ها انجام شد. همچنین برای بررسی ساختار و سطح نانوذرات از آزمون‌های میکروسکوپ روبشی الکترون (SEM) و تفرق پرتو ایکس(XRD) استفاده شد.

وی در پایان گفت: تصاویر SEM تهیه شده از سطح نمونه نیز تائیدی بر نتایج آزمایش XRD است، این تصاویر نشان می‌دهند که پس از قرار گرفتن نمونه‌ها در محلول رینگر، کریستال‌های آپاتیت در نمونه‌های حاوی نانوذرات همانند نمونه شاهد تشکیل می‌شوند. به عبارتی نانوذرات تأثیر بازدارنده‌ای در روند استحکام سیمان ندارند. طبق الگوی XRD نیز قبل از قرار گرفتن نمونه در محلول رینگر هیچ‌گونه تبدیل فازی صورت نمی‌گیرد و فقط اجزای تشکیل‌دهنده‌ی سیمان قابل مشاهده هستند. اما پس از قرار دادن نمونه‌ها در محلول رینگر، فاز هیدروکسی آپاتیت بیشتر شده و با گذشت زمان، واکنش استحکام کامل ‌تر می‌شود.