Wpływ modyfikacji powierzchni na własności fizykochemiczne tytanu stosowanego na implanty do kontaktu z krwią

• Autorzy: Kajzer A. , Paszenda Z. , Basiaga M. , Walke W. , Kajzer W.

Warianty tytułu

EN

Influence of surface modification on physicochemical properties of titanium used for bloodcontacting implants

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem prowadzonych badań było określenie wpływu procesu utleniania anodowego powierzchni na własności fizykochemiczne tytanu. Wyniki badań stanowią podstawę do doboru optymalnych warunków utleniania anodowego do zastosowań na implanty do kontaktu z krwią. W ramach badań dla próbek w stanie wyjściowym oraz poddanych procesowi utleniania przy potencjałach od 40 V do 100 V co 10 V przeprowadzono ocenę zwilżalności powierzchni, badania potencjodynamiczne oraz impedancyjne. Na podstawie analizy uzyskanych wyników stwierdzono, że niezależnie od zastosowanego potencjału anodyzacji proces ten spowodował korzystne zwiększenie się potencjału korozyjnego E/kor oraz zwiększenie oporu polaryzacyjnego Rp w odniesieniu do próbek w stanie wyjściowym. Natomiast optymalny wariant przygotowania powierzchni, która będzie kontaktowała się z płytkami krwi stanowi utlenianie anodowe przy potencjale 100 V. Spowodowało ono znaczny wzrost oporu przejścia jonów na granicy faz Rct oraz wyeliminowanie elementu Warburga z układu zastępczego w stosunku do pozostałych analizowanych wariantów, co świadczy o bardzo dobrych własnościach ochronnych wytworzonej w ten sposób warstwy tlenkowej. Dla tak przygotowanej powierzchni stwierdzono najmniejszą zwilżalność oraz największą odporność korozyjną, co zapewnia zmniejszoną aktywację oraz adhezję płytek krwi do podłoża oraz biotolerancję w analizowanym środowisku. Wiadomo, że materiał o wysokim potencjale trombogennym powoduje adsorpcję materiału biologicznego na powierzchni oraz aktywację układu trombocytarnego, w wyniku czego wzrasta ryzyko powstawania między innymi powikłań zatorowo-zakrzepowych. Dlatego też przeprowadzone badania stanowią etap wstępny do analizy trombogenności powierzchni metodą Impact-R.

EN

The aim of the research carried out was the determination of the influence of surface anodic oxidation process to physiochemical properties of titanium. Results form a basis for selecting optimum conditions of anodic oxidation for implants to be in direct contact with blood. The evaluation of surface wettability, potentiodynamical and impedance tests were conducted for samples at their initial condition and after they were subjected to the anodic oxidation process from 40 to 100 V every 10 V. The results revealed that regardless of the anodizing parameters applied the process has caused an advantageous decrease in corrosion potential E/kor and an decrease in polarisation resistance Rp in comparison to samples at their initial state. The optimum variant of surface that is meant to exist in direct contact with blood consists of anodic oxidation at 100 V. It has caused a substantial increase in ions transition residence Rct, increase at the interphase as well as elimination of the Warburg element from a substitute system compared to the remaining variants being analysed. This demonstrates the very good protective properties of an oxide layer obtained in this way. In the case of a surface treated in such a way, the lowest wettability and the highest corrosion residence have been found thus assuring a decreased activation and blood platelets adhesion to the substrate as well as higher biotolerance in the environment. It is known that materials having a high thrombogenic potential cause the adsorption of biological matter on the surface and the activation of thrombocytic system causing the increase of the risk of embolic and clot complications. That is why researches make an initial stage for the analysis of thrombogenic properties of surfaces according to the Impact-R method.

Słowa kluczowe

PL

tytan cpTi; utlenianie anodowe; zwilżalność; odporność korozyjna; obróbka powierzchniowa

EN

titanium cpTi; anodic oxidation; wettability; corrosion resistance; surface treatment

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 17, no. 126
• Strony: 23--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kajzer A.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Generała Charlesa de Gaulle’a 72, 44-800 Zabrze

autor

Paszenda Z.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Generała Charlesa de Gaulle’a 72, 44-800 Zabrze

autor

Basiaga M.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Generała Charlesa de Gaulle’a 72, 44-800 Zabrze

autor

Walke W.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Generała Charlesa de Gaulle’a 72, 44-800 Zabrze

autor

Kajzer W.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Generała Charlesa de Gaulle’a 72, 44-800 Zabrze

Bibliografia

• [1] Nair K., Muraleedharan C.V., Bhuvaneshwar G.S.:Developments in mechanical heart valve prosthesis. SADHANA – Academy Proceedings in Engineering Sciences 28 (2003) 575-587.
• [2] Kostrzewa B., Rybak Z.: Rys historyczny, teraźniejszość i przyszłość biomateriałów wykorzystywanych w sztucznych zastawkach serca. Polim. Med., 43(3) (2013) 183-189.
• [3] Krasicka-Cydzik E.: Formowanie cienkich warstw anodowych na tytanie i jego implantowanych stopach w środowisku kwasu fosforowego. Monografia, Zielona Góra, 2003
• [4] Krasicka-Cydzik E., Głazowska J.: Elektrochemiczna metoda formowania bioaktywnych warstw na Ti i jego stopach, Spondyloimplantologia zaawansowanego leczenia kręgosłupa systemem DERO, Zielona Góra (2005) 115-121.
• [5] Krauze A., Kajzer W., Dzielicki J., Marciniak J.: Influence of mechanical damage on corrosion resistance of plates used in funnel chest treatment. Journal of Medical Informatics & Technologies 10 (2006) 133-141.
• [6] Kajzer W., Krauze A., Walke W., Marciniak J.: Corrosion behavior of AISI 316L steel in artificial body fluids. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 31(2) (2008) 247-253.
• [7] Kajzer A., Ordon J.: Surface Damage of Intramedullary Nails Used In Veterinary. Engineering of Biomaterials 96-98 (2010) 49-53.
• [8] Kajzer W., Kajzer A.: Badania potencjodynamiczne i impedancyjne implantów do leczenia zniekształceń przedniej ściany klatki piersiowej. Przegląd Elektrotechniczny 12 (2013) 275-279.
• [9] Kiel-Jamrozik M., Szewczenko J., Walke W., Marciniak J.: Zastosowanie EIS do oceny własności fizykochemicznych modyfikowanego powierzchniowo stopu Ti-6Al-4V ELI. Przegląd Elektrotechniczny 12b (2012) 232-235.
• [10] Basiaga M., Walke W., Paszenda Z., Karasiński P.: Research on electrochemical properties SiO2 layer, intended for contact with blood, deposited by sol-gel method. European Cells and Materials 26(6) (2013) 157.
• [11] ASTM F2129 - Electrochemical Corrosion Testing of Surgical Implants (Standard Test Method for Conducting Cyclic Potentiodynamic Polarization Measurements to Determine the Corrosion Susceptibility of Small Implant Devices).
• [12] Alves V.A., Reis R.Q., Santos I.C.B., Souza D.G., Goncalves T. de F., Pereira-da-Silva M.A., Rossi A., da Silva L.A.: In situ impedance spectroscopy study of the electrochemical corrosion of Ti and Ti-6Al-4V in simulated body fluid at 25oC and 37oC. Corrosion Science 51 (2009) 2473-2482.
• [13] Walke W., Przondziono J.: Zastosowanie EIS do oceny własności fizykochemicznych drutów stosowanych na prowadniki kardiologiczne. Przegląd Elektrotechniczny 12b (2012) 144-147.
• [14] Souza M.E.P., Ballester M., Freire C.M.A.: EIS characterization of Ti anodic oxide porous films formed using modulated potential. Surface & Coatings Technology 201 (2007) 7775-7780.
• [15] Szewczenko J., Jaglarz J., Kurzyk J., Paszenda Z.: Optical methods applied in thickness and topography testing of passive layers on implantable titanium alloys. Optica Applicata 43 (2013) 173-180.
• [16] Szewczenko J., Paszenda Z., Marciniak J.: Influence of surface modification on corrosion resistance of Ti-6Al-7Nb alloy. Engineering of Biomaterials 106-108 (2011) 140-144.
• [17] Liber-Kneć A., Łagan S.: Zastosowanie pomiarów kąta zwilżania i swobodnej energii powierzchniowej do charakterystyki powierzchni polimerów wykorzystywanych w medycynie. Polim. Med. 44 (2014) 29-37.
• [18] Kaczmarek H., Bajer K.: Metody badania biodegradacji materiałów polimerowych. Polimery 51(10) (2006) 716-721.
• [19] Kim M.S., Khang G., Lee H.B.: Gradient polymer surfaces for biomedical applications. Progress Polym. Sci. 33(1) (2008) 138-164.

Uwagi

PL

Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji nr 2011/03/B/ST8/06499.