Physicochemical and electrochemical properties of AISI 316L stainless steel used for implants in human urinary system

• Autorzy: Walke W. , Przondziono J.

Warianty tytułu

PL

Ocena własności fizykochemicznych i elektrochemicznych stali AISI 316L stosowanej na implanty w urologii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main purpose of this study was to evaluate physicochemical and electrochemical properties of AISI 316L stainless steel with modified surface, used for implants in human urinary system. In order to simulate conditions, which occur in the tissue environment of the urinary system, the test pieces were exposed in a urinary solution at temperature of T=37 ±1ºC, for a period of 30 days. Evaluation of physicochemical properties of biomaterial was made on the basis of surface chemical analysis (XPS). To evaluate the effects which occur on the surface of the examined steel, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) method was also employed. Analysis of test results shows favourable influence of the suggested surface treatment of AISI 316L stainless steel. Samples having electrolytically polished and chemically passivated surface featured the best physicochemical and electrochemical characteristics.

PL

Podstawowym kryterium przydatności biomateriału metalowego na implanty urologiczne (stenty urologiczne) jest biokompatybilność. Jest ona w głównej mierze związana z własnościami fizykochemicznymi powierzchni implantu, które powinny być dostosowane do cech środowiska tkanek układu moczowego człowieka. W celu poprawy biokompatybilności stali Cr-Ni-Mo ustalono warunki wytwarzania warstw pasywnych na jej powierzchni. Wytworzenie warstwy pasywnej obejmowało etap polerowania elektrolitycznego i pasywowania. Taki sposób obróbki powierzchniowej zapewnił chropowatość Ra < 0,16 μm wymaganą dla tego rodzaju implantów. W pracy tej szczególną uwagę skoncentrowano na analizie długotrwałego oddziaływania środowiska sztucznego moczu na własności fizykochemiczne wytypowanej stali. Zasadniczym celem pracy była ocena własnosci fizykochemicznych i elektrochemicznych stali AISI 316L o modyfikowanej powierzchni stosowanej na implanty w układzie moczowym człowieka. W celu zasymulowania warunków występujących w środowisku tkankowym układu moczowego próbki poddawano ekspozycji w roztworze sztucznego moczu o temperaturze T=37±1ºC przez okres 30 dni. O przydatności zaproponowanej warstwy pasywnej do uszlachetniania powierzchni stali w znacznym stopniu decyduje jej skład chemiczny. Dlatego w pracy wykonano badania składu chemicznego metodą spektroskopii fotoelektronów (XPS), z użyciem wielofunkcyjnego spektrometru elektronów PHI 5700/660 firmy Physical Electronics, podczas których zidentyfikowano i wyznaczono stężenia atomowe pierwiastków w badanych warstwach pasywnych. Dla próbek przeprowadzono pomiar widma fotoelektronów w szerokim zakresie energii wiązania od 0÷1400 eV oraz dokładne pomiary linii widmowych poszczególnych pierwiastków składowych z warstwy powierzchniowej. Dla oceny zjawisk zachodzacych na powierzchni badanej stali zastosowano również metodę elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS). Pomiary przeprowadzono z wykorzystaniem systemu pomiarowego AutoLab PGSTAT 302N wyposażonego w moduł FRA2 (Frequency Response Analyser). Badania przeprowadzono w alternatywnym roztworze symulującym środowisko moczu człowieka. Zastosowana w pracy mikroskopia skaningowa pozwoliła na ocene stanu powierzchni stali AISI 316L przed i po ekspozycji w sztucznym moczu. Analiza wyników badań wskazuje na korzystny wpływ zaproponowanej obróbki powierzchniowej stali AISI 316L. Najkorzystniejszą charakterystykę fizykochemiczną i elektrochemiczną miały próbki o powierzchni polerowanej elektrolitycznie i pasywowanej chemicznie. Przeprowadzone w pracy badania stanowią podstawę do dalszych analiz związanych z zagadnieniem biokompatybilności stali Cr-Ni-Mo stosowanej na implanty w urologii.

Słowa kluczowe

EN

AISI 316L stainless steel; electrochemical impedance spectroscopy (EIS); X-ray photoelectron spectroscopy (XPS); scanning electron microscopy (SEM)

PL

stal nierdzewna AISI 316L; elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna EIS; rentgenowska spektroskopia fotoelektronów XPS; skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 2
• Strony: 625--630
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Walke W.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Przondziono J.

• Department of Technology Materials, Silesian University of Technology, 8 Karasińskiego Str., 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] L. M. Jeromin, Doctor’s Guide 10, 83-88 (2001).
• [2] M. Skrodzka, Urological Review 4, 53-54 (2007).
• [3] G. H. Madlani, S. M. Press, A. Defalco, J. E. Oesterling, A. D. Smith, Urology 5, 846-856 (1995).
• [4] W. Kajzer, M. Kaczmarek, A. Krauze, J. Marciniak, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 20 (1-2), 123-126 (2007).
• [5] W. Kajzer, A. Krauze, W. Walke, J. Marciniak, Journal of Achievements in Material and Manufacturing Engineering 18 (1-2), 115-118 (2006).
• [6] W. Kajzer, M. Kaczmarek, A. Krauze, J. Marciniak, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 20 (1-2), 123-126 (2007).
• [7] S. Steinemann, Advances in Biomaterials, Wintenet al John Viley Sons, Chirchester 1-4 (1980).
• [8] W. Kajzer, W. Chrzanowski, J. Marciniak, International Journal of Microstructure and Materials Properties 2, 188-201 (2007).
• [9] J. Marciniak, Printing House of the Silesian University of Technology (2002).
• [10] Norma: PN-EN ISO 10993-15, Biological evaluation of medical products.
• [11] Z. Paszenda, Printing House of the Silesian University of Technology (2005).
• [12] B. Bozzini, P. Carlino, L. D’urzo, V. Pepe, C. Mele, F. Venturo, Journal of Material Science 19, 3443-3453 (2008).
• [13] A. Baron, W. Simka, W. Chrzanowski, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 21, 23-26 (2007).
• [14] A. S. Mogoda, Y. H. Ahmad, W. A. Badawy, Journal of Applied Electrochemistry 34, 873-878 (2004).
• [15] B. Łosiewicz, A. Budniok, Ochrona przed Korozją 11s/A/2003, 49-54 (2003).