Adhezja warstw SiO2 naniesionych metodą ALD i zol-żel na stal 316LVM

• Autorzy: Basiaga M. , Walke W. , Kajzer A. , Kajzer W. , Staszuk M. , Kurtyka P.

Warianty tytułu

EN

Adhesion of SiO2 layers deposited by means of sol-gel and ALD methods on 316LVM steel

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem prezentowanej pracy była ocena przydatności stosowania warstw SiO2 naniesionych dwiema metodami Atomic Layer Depositon (ALD) i zol-żel na podłoże ze stali 316LVM stosowanej na implanty w układzie sercowo-naczyniowym. Do badań wytypowano stal austenityczną 316LVM i poddano ją następującym modyfikacją powierzchni: polerowanie elektrochemiczne, pasywacja chemiczna, naniesienie warstw SiO2 zarówno metodą ALD, jak i zol-żel. Wymienione metody są obecnie najczęściej stosowane w przypadku nanoszenia warstw powierzchniowych na implanty. W ramach oceny przydatności zaproponowanych metod modyfikacji powierzchni analizowanej stali autorzy pracy przeprowadzili badania własności mechanicznych, elektrochemicznych oraz fizycznych. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że niezależnie od metody nanoszenia zaobserwowano korzystny wpływ warstwy SiO2 na badane własności w porównaniu do stanu wyjściowego. Ponadto stwierdzono, że najkorzystniejszym zespołem własności mechanicznych, elektrochemicznych i fizycznych charakteryzuje się warstwa SiO2 naniesioną metodą ALD. Tak naniesiona warstwa charakteryzowała się większą siłą krytyczną powodującą delaminację warstwy, większą odpornością na korozję wżerową oraz większym kątem zwilżania wodą (charakter hydrofobowy), co w przypadku implantów stosowanych w układzie krwionośnym jest zjawiskiem pożądanym, ponieważ wymagana jest mała adsorpcja białek, która ogranicza proces krzepnięcia krwi. Zaproponowanie odpowiednich wariantów obróbki powierzchniowej z wykorzystaniem metody ALD oraz zol-żel ma perspektywiczne znaczenie i przyczyni się do opracowania warunków technologicznych o sprecyzowanych parametrach wytwarzania powłok tlenkowych na implantach stosowanych w układzie sercowo-naczyniowym.

EN

The aim of this study was to evaluate the usefulness of SiO2 layers deposited by two methods - atomic layer deposition (ALD) and sol-gel, on the surface of stainless steel 316LVM used in application of cardiovascular implants. In assessing the suitability of the proposed methods to modify surfaces of the analysed steel, authors carried out tests of mechanical, electrochemical and physical properties. The austenitic steel 316LVM was chosen and subjected to the following surface modifications: electrochemical polishing, chemical passivation and application of the SiO2 layer using both methods – ALD and sol-gel. These methods were proposed for research, because they are most commonly used in the case of applying surface layers to implants. Based on the obtained results, it was observed that regardless of the method of application, the SiO2 layer has beneficial effect on examined properties compared to control. Moreover, it was found that the SiO2 layer deposited by ALD is characterized by the most preferred combination of mechanical, physical and electrochemical properties. The layer obtained by this method is characterized by a higher critical force, which causes delamination of the layers, higher resistance to pitting corrosion and higher water contact angle (hydrophobic character), which is a desirable phenomenon in the case of implants used in the circulatory system, resulting in lower adsorption of proteins and blood clothing. Proposing of suitable variants of surface treatment using the ALD and sol-gel methods is of perspective importance. It will contribute to the development of technological conditions with specified parameters for the production of oxide coatings on implants used in the cardiovascular system.

Słowa kluczowe

PL

SiO2; ALD; zol-żel; 316LVM; własności mechaniczne i elektrochemiczne

EN

SiO2; ALD; sol-gel; 316LVM; mechanical and electrochemical properties

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 20, no. 141
• Strony: 13--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., wykr., tab., zdj.

Twórcy

autor

Basiaga M.

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

autor

Walke W.

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

autor

Kajzer A.

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

autor

Kajzer W.

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

autor

Staszuk M.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Kurtyka P.

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

Bibliografia

• [1] Yusuke F., Guilherme F.: A Difference in vascular response between sirolimus-eluting- and everolimus-eluting stents in ostial left circumflex artery after unprotected left main as observed by optical coherence tomography. International Journal of Cardiology 230(1) (2017) 284-292.
• [2] Fei W., Yan Z., Xiumian Ch., Bing L., Xin G., Tao Z.: ALD mediated heparin grafting on nitinol for self-expanded carotid stents. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 143(1) (2016) 390-398.
• [3] Driver M.: Coatings for cardiovascular devices: coronary stents. Coatings for Biomedical Applications (2012) 223-250.
• [4] Walke W., et al.: Evaluation of physicochemical properties of SiO2-coated stainless steel after sterilization. Materials Science and Engineering: C 63(1) (2016) 155-163.
• [5] Raval A., Choubey A., Engineer Ch., Kothwala D.: Development and assessment of 316LVM cardiovascular stents. Materials Science and Engineering: A 386(1-2) (2004) 331-343.
• [6] Karasinski P.: Influence of technological parameters on the properties of sol-gel silica films. Optica Applicata 1 (2005) 253-63.
• [7] Dou W., Wang P., Zhang D., Yu J.: An efficient way to prepare hydrophobic antireflective SiO2 film by sol-gel method. Materials Letters, 167 (2016) 69-72.
• [8] Lee Y., Choi D., Shong B., Oh S., Park J.: Low temperature atomic layer deposition of SiO2 thin films using di-isopropylaminosilane and ozone. Ceramics International 43(2) (2017) 2095-2099.
• [9] Owens G., Singh R., Foroutan F., Alqaysi M., Han Ch., Mahapatra Ch., Kim H., Knowles J.: Sol-gel based materials for biomedical applications. Progress in Materials Science 77 (2016) 1-79.
• [10] Basiaga M., Walke W., Paszenda Z., Kajzer A.: The effect of EO and steam sterilization on mechanical and electrochemical properties of titanium grade 4. Materiali in Tehnologije / Materials and Technology 50(1) (2016) 153-158.
• [11] PN-EN 1071-3. Techniczna ceramika zaawansowana. Metody badan powłok ceramicznych.
• [12] 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)
• [13] Xu. L.C.: Effect of surface wettability and contact time on protein adhesion to biomaterial surfaces. Biomaterials 28 (2007) 3273-3283.
• [14] Kajzer A., Kajzer W., Gołombek K., Knol M., Dzielicki J., Walke W.: Corrosion resistance, EIS and wettability of the implants made of 316 LVM steel used in chest deformation treatment. Archives of Metallurgy and Materials 61(2) (2016) 767-770.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).