پوشش های زیست فعال

از انواع روش‌­های پوشش­‌دهی روی مواد جهت بهبود خاصیت زیست فعالی می­‌توان به سل- ژل، رسوب­‌دهی شیمیایی فاز بخار (CVD)، رسوب­‌دهی فیزیکی فاز بخار (PVD) اشاره کرد. از مواد سرامیکی، پلیمری و غیره با خاصیت زیست فعالی بالا می توان جهت پوشش‌دهی و بهبود خاصیت زیست فعالی زیرلایه استفاده کرد.

پوشش دهی سل-ژل:

در این روش در واقع از اصل محلول­‌سازی و رسوب­‌دهی جامدات در مایعات با استفاده از تغییر پارامترهایی مثل دما استفاده می‌­شود و محصولاتی مثل پوشش و پودر به دست می‌آید. برای اینکار، ابتدا از ماده­‌ای که می‌خواهد پوشش داده شود یک محلول تهیه کرده و سپس با حرارت دادن این محلول به یک ماده ژلاتینی تبدیل می­‌شود. با ادامه حرارت دادن، مواد معلق در محلول روی ماده پذیرنده پوشش رسوب داده می­‌شود.  این رسوب می‌تواند به صورت یک لایه پیوسته باشد که در آن صورت یک لایه نانومتری تشکیل می‌شود. لازم به ذکر است که پوشش‌­هایی که از این روش تولید می‌­شوند دارای تخلخل­هایی هستند که خواص آنها را ضعیف می­کند در نتیجه باید میزان تخلخل آن­ها را کنترل کرد.

فرآیند سل- ژل شامل یک سری واکنش-های شیمیایی تغییر ناپذیر است که در حقیقت این واکنش­ها باعث تبدیل مولکول­‌های محلول هموژن اولیه به عنوان سل به یک مولکول نامحدود سنگین سه بعدی پلیمری به عنوان ژل می‌شوند، در حقیقت جامد الاستیک به وجودآمده باعث پرشدن حجم محلول موجود می‌شود. مهمترین مزیت این روش تهیه مواد در دمای پایین با هدف تهیه ترکیبات آلی- غیر آلی یا ژل-های متخلخل است.

از مزایای دیگر این روش امکان زینتر مواد مختلف دردماهای پائین تر است. یکنواختی در ترکیب از مزیت­‌های دیگر محصولات تولید شده به وسیله روش سل- ژل است زیرا مواد اولیه در مقیاس مولکولی و به صورت محلول با یکدیگر مخلوط می‌شوند. مزیت دیگر حاکی از آن است که با روش سل- ژل امکان تهیه فیبرها و پوشش‌ها در سطح وسیعی از مواد جامد فراهم می‌شود که تولید آن­ها از طریق دیگر ممکن نیست.

پوشش دهی رسوب­‌دهی فیزیکی فاز بخار (Physical Vapor Deposition-PVD)

یکی از روش‌های رسوب گذاری خلاء می‌باشد که می‌تواند برای تولید فیلم‌های نازک و پوشش‌ها استفاده شود. فرایندی است که در آن ماده از یک فاز چگالنده به یک فاز بخار و سپس به فاز چگال نازک تبدیل می‌شود. پوشش‌های صنعتی معمولی که توسط PVD اعمال می‌شود، نیترید تیتانیوم، نیترید زیرکونیوم، نیترید کروم، نیترید آلومینیوم تیتانیوم است. در این فرایند به علت برخورد یون‌های شناور در پلاسما به سطح ماده لایه نشانی شونده، اتم‌های موجود در سطح آن کنده شده و بر روی سطح ماده اصلی می‌نشیند و لایه نازکی بر روی سطح ایجاد می‌کند. دمای استفاده شده در این فرایند بین ۱۵۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد و فشار کاری ۱۰–۲ به ۱۰–۴ میلی بار می‌باشد. به صورت کلی فرایند PVD به دو روش معمول تبخیر حرارتی و اسپری شدن انجام می‌­شود.

تبخیر حرارتی یک روش رسوب‌­گذاری است که با تبخیر مواد اولیه توسط حرارت دادن مواد با استفاده از روش‌های مناسب در خلاء صورت می‌گیرد. اسپری کردن (Sputtering) نیز یک روش با کمک پلاسما است که بخار را از طریق بمباران با یون‌های گاز شتاب‌دهنده (معمولا گاز آرگون) از هدف منبع به وجود می‌آورد. در هر دو روش تبخیری و اسپری شدن، فاز حاصل از بخار به وسیله مکانیزم تراکم، بر روی بستر مورد نظر قرار می­‌گیرد. در رسوب­‌گذاری به­‌ روش تبخیر فیزیکی، پوشش‌­ها روی سطوح جامد از طریق چگالش عنصرها و ترکیب­‌ها از فاز گازی تولید می‌­شوند.

تبخیر در خلاء، عمومی­‌ترین روش تهیه لایه­‌های بسیار خالص و تحت شرایط نسبتا کنترل شده است. اصول این روش عموما بر اساس اثرهای کاملا فیزیکی پایه­‌ریزی می­‌شود، اما ممکن است در بعضی موارد با واکنش‌­های شیمیایی نیز همراه باشد. بعضی از این واکنش­‌های شیمیایی عمدتا در فناوری انباشت لایه­‌های خاص به­‌ کار می­‌روند.

رسوب­‌گذاری به روش تبخیر فیزیکی شامل مراحل ذیل است که در اتمسفر خلا انجام می­‌گیرد:

الف) تبدیل ماده تبخیری به حالت گازی از طریق تبخیر یا تصعید و یا کندوپاش کاتدی

ب) انتقال اتم­‌ها (مولکول­‌ها) از چشمه تبخیر به زیرلایه، در فشار کاهش‌­یافته

ج) رسوب این ذره­‌ها روی زیرلایه

د) بازآرایی پیوند اتم‌­ها روی سطح زیرلایه

رسوب­‌دهی شیمیایی فاز بخار (Chemical Vapour Deposition-CVD)

روش رسوب‌ شیمیایی فاز بخار مستلزم رسوب‌گذاری ماده‌ی شامل نانوذرات از فاز گازی است. ماده آنقدر گرم می‌شود تا به صورت گاز درآید و سپس به صورت یک ماده جامد بر روی سطح، معمولاً تحت خلأ رسوب‌گذاری می­گردد. ممکن است رسوب‌گذاری مستقیم یا رسوب‌گذاری از طریق واکنش شیمیایی، محصول تازه‌ای را به وجود آورد که با ماده‌ی تبخیر شده تفاوت زیادی داشته باشد. این فرآیند به آسانی نانو پودرهایی از اکسیدها و کاربیدهای فلزات را پدید می‌آورد، مشروط بر اینکه بخارات کربن یا اکسیژن همراه با فلز در محیط وجود داشته باشد. رسوب‌گذاری شیمیایی فاز بخار را، همچنین می‌‌توان برای رشد سطوح مورد استفاده قرار داد. جسمی که قرار است پوشش داده شود در مجاورت با بخار شیمیایی قرار داده می‌­شود.

نخستین لایه از مولکول‌ها یا اتم‌ها ممکن است با سطح واکنش دهد یا واکنش ندهد. در هر صورت، این گونه‌های در حال رسوب‌گذاری که برای اولین بار تشکیل شده‌اند، به عنوان بستری که ماده بر روی آن می‌تواند رشد کند، عمل می­‌کنند. ساختارهای پدید آمده از این مواد، اغلب در یک ردیف در کنار هم به خط می‌شوند، زیرا مسیری که اتم‌ها و مولکول‌ها در طی آن رسوب‌گذاری گردیده‌اند، تحت تأثیر مولکول‌ها یا اتم‌های همسایه‌ی آن‌ها قرار می­‌گیرد.

اگر بستر یا سطح پایه‌ی میزبان که رسوب‌گذاری بر روی آن انجام شده است، فوق‌العاده مسطح باشد، رشد سطحی به بهترین وجه انجام می‌شود. در حین رسوب‌گذاری، مکانی برای بلوری شدن در امتداد محور رسوب‌گذاری ممکن است تشکیل شود، به طوری که ساختار منظم شده و به خط شده به شکل عمودی رشد می­‌کند.