بررسی اثرات افزودن هم‌زمان آلفا توکوفرول (ویتامین e) و کربن نانوتیوب‌های چند دیواره عامل دار (mwcnt) بر خواص مکانیکی و زیست سازگاری ماتریس پلیمری پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (uhmwpe) باهدف کاربرد در تعویض مفاصل

مقدمه: پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده بالا (uhmwpe) به علت خواص فیزیکی و شیمیایی فوق‌العاده، طی سه دهه‌ی اخیر به‌عنوان ماده انتخابی در پروتزهای تعویض مفاصل استفاده شده است. بااین‌وجود، سایش و اکسیداسیون این پلیمر در درازمدت منجر به استئولیز (تخریب استخوان) و محدودکردن طول عمر این پروتز می‌شود. یکی از روش‌های موثر جهت جلوگیری از اکسیداسیون، استفاده از α-توکوفرول در ماتریس uhmwpe است. اما حضور این افزودنی به تنهایی باعث بهبود عملکرد مکانیکی uhmwpe نمی شود. از طرف دیگر استفاده از نانوتیوب‌های کربنی چند دیواره (mwcnts) به دلیل خواص استثنایی مانند مدول الاستیک و نسبت سطح به حجم بالا،نشان داده شده است که می توانند موجب بهبود خواص مکانیکی شوند. با این وجود پیدا کردن مقادیر بهینه استفاده از mwcnts و ویتامین e به صورت همزمان جهت بهبود خواص مکانیکی این پلیمر بسیار حیاتی و مهم است.روش‌ها: در این پژوهش جهت بررسی و مقایسة تاثیر نانوتیوب‌های کربنی بر خواص کامپوزیت uhmwpe حاوی ویتامین e، دو کامپوزیت، یکی حاوی 0.2 درصد وزنی ویتامین e و دیگری حاوی 0.25 درصد وزنی ویتامین e به همراه 0.5 درصد وزنی mwcnt تولید شدند. نتیجه و بحث: طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه (ftir) افزایش پیک‌های مشخصه ی کامپوزیت pe-e/cnt را نسبت به کامپوزیت pe-e گزارش داد. گرماسنجی روبشی تفاضلی (dsc) افزایش حدود 7 درصدی بلورینگی را در کامپوزیت pe-e/cnt گزارش داد. آنالیز حرارتی مکانیکی دینامیکی (dmta) نیز بهبود خواص الاستیک را در کامپوزیت pe-e/cnt نسبت به کامپوزیت حاوی ویتامین e نشان داد.نتایج آزمون بررسی سمیت (mtt assay) زیست سازگاری کامل کامپوزیت های تولید شده را نشان داد. نتایج به دست آمده نشان دهنده ی بهبود خواص مکانیکی و زیست سازگاری کامل بستر پلیمری در حضور هم زمان ویتامین e و کربن نانوتیوب بود.

investigation on the effects of simultaneous adding of α -tocopherol (vitamin e) and multi-walled carbon nano tubes (mwcnt) on the mechanical properties andbiocompatibility of the ultra-high molecular weight polyethylene polymer matrix (uhmwpe) in joint replacements

introduction:ultra high molecular weight polyethylene (uhmwpe) has been used as the material ofchoice in joint replacement prosthesis for the last three decades due to its excellent physical and chemicalproperties. however, uhmwpe’s wear and oxidation in the long term leads to osteolysis and limits the lifespanof this polymer. one of the effective methods to prevent oxidation is presents of α-tocopherol in uhmwpematrix. but the presence of this additive alone does not improve the mechanical performance of uhmwpe. onthe other hand, the use of multi-walled carbon nanotubes (mwcnts) has been shown to improve mechanicalproperties due to their exceptional properties such as elastic modulus and high surface-to-volume ratio. however,finding the optimal concentration of mwcnts and vitamin e to improve the mechanical properties of thispolymer is very vital and important. methods :in this research, to investigate and compare the effects of carbonnanotubes on the properties of uhmwpe/vitamin e composite, two composites were produced, one containing0.2% by weight of vitamin e and the other containing 0.25% by weight of vitamin e along with 0.5% by weightof mwcnt. results and conclusion: fourier transform infrared spectroscopy (ftir) reported an increase inthe characteristic peaks of pe-e/cnt composite compared to pe-e composite. differential scanning calorimetry(dsc) reported about 7% increase in crystallinity in pe-e/cnt composite. dynamic thermos mechanical analysis(dmta) also showed improved elastic properties in the pe-e/cnt composite compared to the compositecontaining vitamin e. finally, results of the toxicity test (mtt assay) showed complete biocompatibility of thecomposites. totally, the results showed complete biocompatibility and mechanical improvement of the polymersubstrate in the presence of vitamin e and carbon nanotubes.