รายละเอียด

บทความนี้ศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิการอบให้เป็นเนื้อเดียว (Homogenization heat treatment) และการรีดเย็น ต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึก สมบัติเชิงกล และพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะผสมโครบอลต์-โครเมียม-โมลิบดีนัม สำหรับอุณหภูมิในกระบวนการอบชุบให้เป็นเนื้อเดียวอ้างอิงจากแผนภาพเฟส โดยเลือกใช้อุณหภูมิ 1250 1200 และ 1150 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ผลึกของโลหะผสมนนี้ปรากฏเพียงชนิดเดียวคือ ผลึกแบบ FCC (-phase) ระยะเวลาในการอบในทุกอุณหภูมิกำหนดไว้เท่ากันคือ 3 ชั่วโมง จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (X-ray diffractometer, XRD) พบว่าโครงสร้างผลึกมีแนวโน้มเปลี่ยนจากผลึกแบบ HCP (-phase) ไปเป็นผลึกแบบ FCC (-phase) เมื่ออุณหภูมิในการอบชุบลดลง ในการศึกษาอิทธิพลของการรีดเย็น ชิ้นงานแผ่นบางถูกรีดด้วยให้มีความหนาลดลง 10% 15% 20% และ 25% จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยเทคนิค XRD พบว่าปริมาณการรีดเย็นที่สูงขึ้นจะส่งผลให้โครงสร้างผลึกแบบผลึกแบบ FCC (-phase) ถูกแทนที่ด้วยโครงสร้างผลึกแบบ HCP (-phase) รวมทั้งชิ้นงานมีความความแข็งมากขึ้นตามไปด้วย การทดสอบพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะผสมกระทำตามมาตรฐาน ISO 10993-15:2000(E) อุณหภูมิสารละลายในร่างกายเทียมถูกควบคุมขณะทดสอบที่ไว้ 371 องศาเซลเซียส ซึ่งการทดสอบกระทำทั้งหมด 2 วิธี คือ Open Circuit Potential (OCP) และ Potentiodynamic Polarization โดยจากการทดสอบพบว่าการรีดเย็นทำให้ค่า OCP มีค่าเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งหมายความว่าการกัดกร่อนมีแนวโน้มว่าจะเกิดช้าลง และจากการทดสอบ Potentiodynamic Polarization พบว่าปริมาณการลดความหนาจากการรีดที่เพิ่มมากขึ้น จะทำให้วัสดุเกิดปฏิกิริยากับสารละลายช้าลง ส่งผลให้การกัดกร่อนเกิดได้ช้าตามไปด้วย

วัตถุประสงค์

ปัจจุบันเทคโนโลยีทางการแพทย์มีการพัฒนาขึ้นมากจากในอดีต ทั้งการวินิจฉัยและการรักษาต่าง ๆ เช่น การพัฒนาอินซูลินสังเคราะห์สำหรับผู้ป่วยเบาหวาน การวินิจฉัยโรคโดยใช้เครื่องตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT Scan) และการผลิตอวัยวะเทียมสำหรับทดแทนในผู้ป่วยที่เกิดอุบัติเหตุ ความก้าวหน้าทางการแพทย์เหล่านี้ส่งผลให้ประชากรมนุษย์มีอายุเฉลี่ยเพิ่มขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็ส่งผลให้อวัยวะเดิมภายในร่างกายเสื่อมสภาพไปตามอายุขัย เทคโนโลยีการผลิตและพัฒนาอวัยวะเทียมด้วยวัสดุทดแทนในทางการแพทย์จึงมีความสำคัญเพิ่มขึ้นต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ 
วัสดุที่ใช้ทดแทนในทางการแพทย์ (biomaterial) สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ชนิดหลัก ๆ ได้แก่ โลหะ เซรามิกซ์ พอลิเมอร์ และคอมโพสิต ซึ่งพอลิเมอร์ไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ในการทำอวัยวะปลูกฝัง เนื่องจากมักใช้แทนเนื้อเยื่อในการรักษาด้านศัลยกรรมตกแต่ง มีคุณสมบัติยืดหยุ่นสูง แต่ความแข็งแรงต่ำและเสื่อมสภาพง่าย จึงไม่นิยมใช้สำหรับงานที่จำเป็นต้องรับแรงกระแทก ส่วนเซรามิกซ์เป็นวัสดุที่ต้านทานการสึกหรอได้ดี แข็งแรง แต่ขึ้นรูปยากและเปราะ ส่วนคอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติความเหนียว สามารถปรับรูปทรงไปมาได้ แต่ขึ้นรูปชิ้นงานยาก วัสดุทั้งสองจึงไม่เหมาะกับงานที่ต้องรับแรงกระแทกเช่นกัน เพราะไม่สามารถรับแรงกระแทกและขึ้นรูปชิ้นงานตามต้องการยาก ส่วนโลหะเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อนและการเสียดสี มีโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงและรับน้ำหนักได้ดี ขึ้นรูปเป็นชิ้นงานได้ง่ายกว่าวัสดุอื่น จึงเหมาะกับการนำมาทำเป็นอวัยวะปลูกฝังทางการแพทย์ 
โดยชนิดโลหะที่สามารถนำมาใช้ในทางการแพทย์มีหลากหลายชนิด การเลือกใช้จะแตกต่างกันตามความต้องการใช้งาน ซึ่งในงานที่ต้องใช้เพื่อการรับแรงกระแทกมักจะนิยมใช้โลหะ 3 ชนิด คือ สเตนเลส316L, ไทเทเนียม และโลหะผสมโคบอลต์-โคเมียม-โมลิบดีนัม โดยสเตนเลส 316L มีคุณสมบัติคือเป็นโลหะที่มีความ แข็งแรง แต่มีความต้านทานการกัดกร่อนค่อนข้างต่ำ เพราะมีเหล็กออกไซต์เคลือบอยู่ภายนอก ทำให้อาจส่งผลให้เป็นพิษกับร่างกาย ไม่เหมาะกับการนํามาทำเป็นอวัยวะปลูกฝัง ซึ่งหากเป็นการทำอวัยวะปลูกฝังภายในร่างกาย ที่ต้องมีคุณสมบัติรับแรงกระแทกร่วมด้วย ปัจจุบันมักนิยมใช้ไทเทเนียมหรือโลหะผสมโคบอลต์-โคเมียม-โมลิบดีนัม 
ซึ่งทั้งสองโลหะจะมีความแตกต่างกันคือ ไทเทเนียมมีคุณสมบัติแข็งแรงในระดับที่ใกล้เคียงกับกระดูกมนุษย์ ไม่ก่อให้เกิดสารก่อมะเร็ง ไม่เป็นสนิมและมีอายุการใช้งานยาวนาน ไทเทเนียมจึงเป็นหนึ่งในวัสดุที่นิยมใช้มากในปัจจุบัน แต่มีข้อเสียคือทนการสึกหรอได้น้อยกว่าโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียม-โมลิบดีนัม และมีราคาสูง ทำให้การรักษาด้วยการปลูกฝังอวัยวะที่ทำจากไทเทเนียมสามารถเข้าถึงได้ยาก ในขณะเดียวกันโลหะผสม โคบอลต์-โคเมียม-โมลิบดีนัมก็เป็นวัสดุที่ไม่ทำให้เกิดพิษเวลาอยู่ในร่างกายมนุษย์และไม่เกิดสนิมเช่นกัน และยังสามารถทนต่อการสึกหรอได้ดีที่สุด จึงเหมาะกับการใช้งานที่เกิดการเสียดสีและรับแรงกระแทก คุณสมบัติและราคาอยู่ระหว่างไทเทเนียมและสเตนเลส316L แต่มีข้อเสียคือโลหะชนิดนี้มีอายุการใช้งานได้เพียง 15 ปีเท่านั้น อาจไม่ส่งผลดีหากผู้ป่วยต้องผ่าตัดเปลี่ยนวัสดุปลูกฝังตามอายุการใช้งานอยู่ตลอดการรักษา
ผู้วิจัยจึงสนใจที่จะศึกษาและยืดอายุการใช้งานของวัสดุ ในแง่ของการนำไปใช้เป็นอวัยวะปลูกฝังซึ่งต้องต้านทานต่อการกัดกร่อนของสารภายในร่างกายด้วย โดยเลือกศึกษาวิธีการรีดขึ้นรูปแบบเย็นของโลหะผสมโครบอลต์-โคเมียม-โมลิบดีนัม ว่าหลังจากโลหะถูกรีดแล้วคุณสมบัติทางกลที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ความสามารถการทนการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นด้วย

ผู้จัดทำ

ญดาพร ไอ่พุง

YADAPORN AIPUNG

#นักศึกษา

สมาชิก

กัลยรัตน์ สุธีบรรเจิด

KANYARAT SUTEEBUNCHERD

#นักศึกษา

สมาชิก

พชรพล ตัณฑวิรุฬห์

Phacharaphon Tunthawiroon

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษา

กษม ศรีรัศมี

Kasama Srirussamee

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษาร่วม

โหวตนวัตกรรมนี้