Właściwości stopu Ti-6Al-4V po modyfikacji powierzchni

• Autorzy: Adamek G. , Jakubowicz J.

Warianty tytułu

EN

Properties of the biofunctionalized surface of Ti-6Al-4V alloy

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy badano właściwości porowatego stopu Ti-6Al-4V istotne z punktu widzenia zastosowań na implanty tkanek twardych. Stop wytworzono za pomocą procesu mechanicznej syntezy, prasowania i spiekania. Modyfikację powierzchni prowadzono dwuetapowo: pierwszym było elektrochemiczne trawienie w 1M H3PO4 + 2% HF w 10 V przez 30 min, a drugim osadzanie ceramiki fosforanowo wapniowej (Ca-P) z wodnego roztworu 0,042M Ca(NO3)2 + 0,025M (NH4)2HPO4 + 0,1M HCl. Jony wapnia i fosforanowe osadzają się w głębi porów, co polepsza wytrzymałość połączenia ceramicznej powłoki z metalicznym podłożem. Wytrzymałość była o ponad 50% większa dla porowatego stopu niż dla litego odpowiednika. Odporność korozyjną badano w roztworze Hanka symulującym środowisko płynów ustrojowych (SBF). Po osadzaniu powłoki Ca-P zaobserwowano niewielką poprawę gęstości prądu korozyjnego w stosunku do próbki polerownej. Zbadano również biozgodność stopu po modyfikacji powierzchni w testach in vitro. Powierzchnia po elektrochemicznej modyfikacji wykazuje dobrą biozgodność, a powłoka Ca-P wspomaga wzrost i proliferację osteoblastów. Ze względu na porowatość, stosunkowo dobrą wytrzymałość połączenia i biokompatybilność powierzchni stop Ti-6Al-4Vpo elektrochemicznej modyfikacji wydaje się być dobrym materiałem na implanty tkanek twardych.

EN

Properties of a porous Ti-6Al-4V alloy, important in hard tissue implants applications, were investigated. The alloy was prepared by mechanical alloying followed by pressing, sintering and subsequent anodic electrochemical etching in 1M H3PO4 + 2% HF elec¬trolyte at 10 V for 30 min and bioactive ceramic Ca-P layer deposition, using a mixture of 0.042M Ca(NO3)2 + 0.025M (NH4)2HPO4 + 0.1M HCl dissolved in distilled water. The Ca2+ and PO43- ions penetrate the pores preferentially inside, which results in improved bonding of the bioceramic layer to the metallic substrate. The bond strength obtained by a tensile test shows more than 50% higher strength to the porous Ti-6Al-4V substrate than to the bulk material. The corrosion resistance of the alloys was investigated in Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) which is simulated body fluid (SBF). We observed slight improvement in corrosion current density after etching and additional Ca-P deposition compared to mechanically polished samples. The biocompatibility of the Ti-6Al-4V alloy with a porous Ca-P layer was investigated. We showed that the rough, electrochemically biofunctionalized sur¬face supported osteoblast cell growth and proliferation. Due to rough morphology, relatively strong bonding to the metallic substrate and in vitro biocompatibility the electrochemically modified surface of the ultrafine grained Ti-6Al-4V is promising for hard tissue implant applications.

Słowa kluczowe

PL

Ti6Al4V; odporność korozyjna; wytrzymałość połączenia metal-ceramika; biozgodność

EN

Ti-6Al-4V; corrosion resistance; metallic/ceramic bond strength; biocompatibility

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 120
• Strony: 35--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Adamek G.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Materiałowej, Pl. M. Sklodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Polska

autor

Jakubowicz J.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Materiałowej, Pl. M. Sklodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Polska

Bibliografia

• [1] Hsu R.W.-W., Yang Ch.-Ch., Huang Ch.-A., Chen Y.-S.: Electrochemical corrosion properties of Ti-6Al-4V implant alloy in the biological environment. Materials Science and Engineering A 380 (2004) 100-109.
• [2] Anselme K., Linez P., Bigerelle M., Le Maguer D., Le Maguer A., Hardouin P., Hildebrand H.F., Iost A., Leroy J.M.: The relative influence of the topography and chemistry of TiAl6V4 surfaces on osteoblastic cell behaviour. Biomaterials 21 (2000) 1567-1577.
• [3] Jakubowicz J., Adamek G.: Preparation and properties of mechanically alloyed and electrochemically etched porous Ti-6Al-4V. Electrochemistry Communications 11 (2009) 1772-1775.
• [4] Lugowski S.J., Smith D.C., McHugh A.D., Van Loon J.C.: Release of metal ions from dental implant materials in vivo: Determination of Al, Co, Cr, Mo, Ni, V, and Ti in organ tissue. Journal of Biomedical Materials Research 25 (1991) 1443-1458.
• [5] Chen X., Li Y., D. Hodgson P.D., Wen C.: Microstructures and bond strengths of the calcium phosphate coatings formed on titanium from different simulated body fluids. Materials Science and Engineering C 29 (2009) 165-171.
• [6] Adamek G., Jakubowicz J.: Mechanoelectrochemical synthesis and properties of porous nano-Ti-6Al-4V alloy with hydroxyapatite layer for biomedical applications. Electrochemistry Communications 12 (2010) 653-656.
• [7] Das K., Bose S., Bandyopadhyay A.: Surface modifications and cell-materials interactions with anodized Ti. Acta Biomaterialia 3 (2007) 573-585.
• [8] Gu Y.W., Khor K.A., Cheang P.: Bone-like apatite layer formation on hydroxyapatite prepared by spark plasma sintering (SPS). Biomaterials 25 (2004) 4127-4134.
• [9] Gu Y.W., Tay B.Y., Lim C.S., Yong M.S.: Biomimetic deposition of apatite coating on surface-modified NiTi alloy. Biomaterials 34 (2005) 6916-6923.
• [10] Oh I-H., Nomura N., Chiba A., Murayama Y.: Microstructures and bond strengths of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings on porous titanium substrates. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 16 (2005) 635-640.

Uwagi

PL

Badania prowadzone były w ramach działalności statutowej.