Kształtowanie właściwości biologicznych implantowanej jonami wapnia dyfuzyjnej warstwy fosforku tytanu wytworzonej na stopie Ti6Al4V

• Autorzy: Truszkowski J. , Rajchel B. , Czarnowska E. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

Modifying the biological properties of calcium ion implanted titanium phosphide diffusion layers produced on Ti6Al4V titanium alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tytan i jego stopy cechują się unikalną kombinacją właściwości fizykochemicznych oraz dobrą biozgodnością w środowisku tkankowym, dzięki czemu znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie. Główne problemy uniemożliwiające szersze wykorzystanie stopów tytanu w aplikacjach medycznych, to niska odporność na zużycie przez tarcie oraz przechodzenie składników stopowych do otaczających implant tkanek. Prace dążące do wyeliminowania tych problemów są prowadzone m.in. w kierunku wykorzystania metod inżynierii powierzchni, w tym szeroko rozwijanych w ostatnich latach technik hybrydowych. W pracy zaprezentowano wyniki badań próbek uzyskanych w wyniku procesu implantacji jonów wapnia Ca2+ w wytworzoną metodą hybrydową warstwę fosforku tytanu Ti3P na stopie tytanu Ti6Al4V. Analizowano zmiany mikrostruktury i składu chemicznego oraz wpływ procesu implantacji na topografię i właściwości warstwy fosforku tytanu. Przeprowadzono również badania biologiczne w celu ustalenia wpływu tego procesu na biozgodność i bioaktywność wytworzonego materiału. Uzyskane warstwy cechują się lepszymi właściwościami mechanicznymi niż stop tytanu, a proces implantacji wapnia zwiększa biozgodność oraz sprzyja zjawisku osseointegracji.

EN

Titanium and its alloys are characterized by a unique combination of physicochemical properties and good biocompatibility in the tissue environment, as a result they are becoming more widely used in medicine. The main problems preventing wider use of titanium alloys in medical applications are low frictional wear resistance and the migration of alloying elements into the tissues surrounding the implant. Among others, research works aimed to eliminate the above problems are employing surface engineering methods, including widely developed in recent years, hybrid techniques. The paper presents the results of research of materials obtained in the process of calcium Ca2+ ion implantation into the titanium phosphide Ti3P layer produced by hybrid method on the titanium alloy Ti6Al4V. Changes in the microstructure (Fig. 1, Fig. 2), chemical composition (Tab. 1, Fig. 3) and the impact on the topography of the implantation process (Tab. 2, Tab. 3, Fig 4, Fig. 5), as well as the mechanical properties (Tab. 4, Fig. 6) of titanium phosphide layer were analyzed. The biological tests were carried out to determine the impact of implantation process on the biocompatibility and bioactivity of the produced material (Fig. 7, Fig. 8). The obtained layers are characterized by better mechanical properties than titanium alloy, and calcium ion implantation increases the biocompatibility and promotes osseointegration.

Słowa kluczowe

PL

biomateriały tytanowe; fosforek tytanu; Ti3P; osseointegracja

EN

titanium biomaterials; titanium phosphide (Ti3P); osseointegration

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 1265--1269
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Truszkowski J.

autor

Rajchel B.

autor

Czarnowska E.

autor

Wierzchoń T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] Lee B., Lee C., Kim D., Choi K., Lee K., Kim Y.: Effect of surface structure on biomechanical properties and osseointegration. Mat. Sci. and Eng. 28 (2008) 1448-1461.
• [2] Okazaki Y., Ito Y.: New Ti alloy without Al and V for medical implants. Advanced Engineering Materials 2 (2000) 278-281.
• [3] Okazaki Y., Rao S., Ito Y., Tateishi T.: Corrosion resistance, mechanical properties, corrosion fatigue strength and cytocompatibility of new Ti alloys without Al and V. Biomaterials 19 (1998) 1197-1215.
• [4] Czarnowska E., Zajączkowska A., Sowinska A., Godlewski M., Mizera J., Wierzchon T.: Composite layer with Ti3P external zone produced on titanium alloy for bone application. Adv. in Sci. and Tech. 49 2006 240-246.
• [5] Czyrska-Filemonowicz A., Buffat P. A., Wierzchon T.: Microstructure and properties of hard layers formed by duplex surface treatment containing nickel and phosphorus on a titanium-base alloy. Scripta Materialia 12 (2005) 1439-1442.
• [6] Czarnowska E., Zajączkowska A., Godlewski M., Mróz W., Sobczak J., Wierzchon T.: Combination of Hydroxyapatite Islets with Ti3P Surface Layer Produced on Titanium Alloy for Bone Implants. J. of Nanosci. And Nanotech. 9 (2009) 3462-3468.
• [7] Truszkowski T., Ossowski M., Wierzchoń T.: Odporność na zużycie przez tarcie dyfuzyjnych warstw fosforków tytanu na stopie tytanu Ti6Al4V. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 913-916.
• [8] Truszkowski T., Zajączkowska A., Rajchel B., Czarnowska E., Wierzchoń T.: Wpływ implantacji jonów wapnia na właściwości dyfuzyjnej warstwy Ti3P wytworzonej na stopie tytanu Ti6Al4V. Inżynieria Materiałowa 5 (2009) 392-395.
• [9] Krupa D., Baszkiewicz J., Kozubowski J., Barcz A., Sobczak W., Bilinski A., Lewandowska-Szumiel M., Rajchel B.: Effect of calcium-ion implantation on the corrosion resistance and biocompatibility of titanium. Biomaterials 22 (2001) 2139-2151.
• [10] Ikeyama M., Nakao S., Morikawa H., Yokogawa Y., Wielunski L., Clissold R., Bell T.: Surface hardness changes induced by O-, Ca- or P-ion implantation into titanium. Colloids Surf. B. Biointerfaces 19 (2000) 263-268.
• [11] Braceras I., Onate J., Goikoetxea L., Viviente J., Alava J., de Maeztu M.: Bone cell adhesion on ion implanted titanium alloys. Surf. and Coat. Tech. 196 (2005) 321-326.