Electrophoretic deposition of biphasic calcium phosphates on NiTi shape memory alloy

• Autorzy: Dudek K. , Goryczka T.

Warianty tytułu

PL

Elektroforetyczne osadzanie dwufazowej ceramiki fosforanowo-wapniowej na powierzchnię stopu NiTi wykazującego efekt pamięci kształtu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The application of NiTi shape memory alloys as long-term implants is dependent on ensuring better biocompatibility of the alloy, which is achieved by modification of the surface by protective coatings or layers. In the present work, the surface of the NiTi alloy was covered by biocompatible composite coatings. First, a thin rutile layer was formed by autoclaving. Passivation was carried out at 134°C for 30min which resulted in forming an amorphous TiO2 thin film. Next, a biphasic calcium phosphate (BCP) layer was deposited using electrophoresis (EPD). The BCP layer was composed of hydroxyapatite (HAP) and β-tricalcium phosphate (β-TCP). The deposition voltage ranged from 40 to 80 V at a constant time of 60 s. The deposited samples were vacuum-sintered at 800°C for 2 h. Observations of the surface revealed that the obtained coatings are crack-free. Measurements done with X-ray diffraction confirmed that the top layer consisted of β-TCP and HAP.

PL

Zastosowanie stopów NiTi w medycynie na długoterminowe implanty uwarunkowane jest zapewnieniem lepszej biokompatybilności, co uzyskuje się poprzez modyfikację powierzchni wyjściowej stopów odpowiednimi biozgodnymi warstwami lub powłokami ochronnymi. W prezentowanej pracy powierzchnia stopu NiTi została zmodyfikowana poprzez wytworzenie warstwy kompozytowej składającej się z rutylu (TiO2) oraz dwufazowej ceramiki opartej o fosforany wapnia (BCP), złożonej z hydroksyapatytu (HAP) oraz ceramiki whitlockitowej (β-TCP). Warstwa rutylu została wytworzona poprzez pasywację w autoklawie parowym w warunkach stosowanych do sterylizacji narzędzi chirurgicznych (134°C, 30 min). Następnie na spasywowanej powierzchni została wytworzona metodą elektroforezy powłoka składająca się z dwufazowej ceramiki CaPs. Warstwy nałożono, stosując napięcie z zakresu 40÷80 V przy stałym czasie depozycji wynoszącym 60 s. Naniesione warstwy spiekano w piecu próżniowym w temperaturze 800°C przez 2 h. Obserwacje powierzchni przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego nie wykazały pęknięć na powierzchni warstw. Badania rentgenowskie potwierdziły kompozytowy skład warstwy wierzchniej.

Słowa kluczowe

EN

NiTi; electrophoretic deposition; EPD; composite coatings; biphasic calcium phosphates; BCP

PL

NiTi; elektroforetyczne osadzanie; EPD; powłoki kompozytowe; BCP

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 4
• Strony: 192--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Dudek K.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Goryczka T.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

Bibliografia

• [1] Dorozhkin S.V., Calcium orthophosphates in nature, biology and medicine, Materials 2009, 2, 399-498.
• [2] Malysheva A.Yu., Beletskii B.I., Biocompatibility of apatite-containing implant materials, Inor. Mater. 2001, 37, 2, 180-183.
• [3] Vehof J.W.M., Spauwen P.H.M., Jansen J.A., Bone formation in calcium-phosphate-coated titanium mesh, Biomaterials 2000, 21, 2003-2009.
• [4] Horowitz R.A., Mazor Z., Foitzik Ch., Prasad H., Rohrer M., Palti A., ß-tricalcium phosphate as bone substitute material: Properties and clinical applications, Titanium 2009, 2-11.
• [5] Liu X., Chu P.K., Din C., Surface modification of titanium, titanium alloys and related materials for biomedical applications, Mater. Sci. Eng. 2004, 47, 49-121.
• [6] Dorozhkin S.V., Calcium orthophosphate coatings, films and layers, Progress in Biomaterials 2012, 2-40.
• [7] Yoneyama T., Miyazaki S., Shape Memory Alloys for Biomedical Applications, Woodhead Publishing Limited, Cambridge 2009.
• [8] Machado L.G., Savi M.A., Medical applications of shape memory alloys, Braz. J. Med. Biol. Res. 2003, 36, 683-691.
• [9] Morgan N.B., Medical shape memory alloy applications - the market and its products, Mat. Sci. Eng. A-Struct. 2004, 378, 16-23.
• [10] Es-Souni M., Es-Souni M., Fischer-Brandies H., Assessing the biocompatibility of NiTi shape memory alloys used for medical applications, Anal. Bioanal. Chem. 2005, 381, 557-567.
• [11] Shabalovskaya S., Anderegg J., Van Humbeeck J., Critical overview of Nitinol surfaces and their modifications for medical applications, Acta. Biomater. 2008, 4, 447-467.
• [12] Sun F., Sask K., Brash J. L., Zhitomirsky I., Surface modification of Nitinol for biomedical applications, Colloid Surface B 2008, 67, 132-139.
• [13] Shabalovskaya S.A, Tian H., Anderegg J.W., Schryvers D.U., Carroll W.U., Humbeeck J.V., The influence of surface oxides on the distribution and release of nickel from nitinol wires, Biomaterials 2009, 30, 468-477.
• [14] Starosvetsky D., Gotman I., Corrosion behavior of titanium nitride coated NiTi shape memory surgical alloy, Biomaterials 2001, 22, 1853-1859.
• [15] Goryczka T., Szaraniec B., Characterization of polylactide layer deposited on Ni-Ti shape memory alloy, Journal of Materials Engineering and Performance 2014, 23, 2682-2686.
• [16] Krause D., Thomasa B., Leinenbach Ch., Eifler D., Minay E.J., Boccaccini A.R., The electrophoretic deposition of Bioglass\ particles on stainless steel and Nitinol substrates, Surface & Coatings Technology 2006, 200, 4835-4845.
• [17] Dudek K., Szaraniec B., Lelątko J., Goryczka T., Structure of multi-layers deposited on NiTi shape memory alloy, Sol. St. Phen. 2013, 203-204, 90-93.
• [18] Goryczka T., Dudek K., Szaraniec B., Lelątko J., TCP layer deposited on surface of NiTi shape memory alloy, Inżynieria Materiałowa 2013, 34, 4, 265-268.
• [19] Grandfield K., Sun F., FitzPatrick M., Cheong M., Zhitomirsky I., Electrophoretic deposition of polymer-carbon nanotube-hydroxyapatite composites, Surface & Coatings Technology 2009, 203, 1481-1487.
• [20] Ping Dong, Ling Wei Yuan, Wei Chang Hao, Ya Yi Xia, Guo Zu Da, Tian Min Wang, Biocompatibility of chitosan/heparin multilayer coating on NiTi alloy, Materials Science Forum 2009, 610-613, 1179-1182.
• [21] Boccaccini R., Keim S., Ma R., Li Y., Zhitomirsky I., Electrophoretic deposition of biomaterials, J. R. Soc. Interface 2010, 7, S580-S613.
• [22] Zhitomirsky I., Cathodic electrodeposition of ceramic and organoceramic materials. Fundamental aspects, Adv. Colloid. Interfac. 2002, 97 279-317.
• [23] Boccaccinia R., Zhitomirsky I., Application of electrophoretic and electrolytic deposition techniques in ceramics processing, Curr. Opin. Solid. St. M. 2002, 6, 3, 251-260.
• [24] Morawiec H., Goryczka T., Lelątko J., Lekston Z., Winiarski A., Rówiński E., Stergioudis G., Surface structure of NiTi alloy passivated by autoclaving, Mater. Sci. Forum 2010, 636-637, 971-976.