Effect of the conditions of a biomimetic process on the formation of apatite on cobalt base alloys

• Autorzy: Escobedo Bocardo J. C. , Lopez Heredia M. A. , Cortez D. A. , Medina Ramirez A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ warunków procesu biomimetycznego na formowanie się warstwy apatytowej w stopach CoCrMo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of the chemical and the heat treatments on the formation of apatite on cobalt based alloys were evaluated. Five cobalt base alloys were used. The metallic samples were chemically treated with KOH or NaOH solutions (0.5, 3 or 5M) at 60°C and heat treated at 600°C. Some experiments were conducted using samples without chemical or heat treatment. The samples were immersed in two different simulated body fluid solutions, one with an ion concentration nearly equal to that of human blood plasma (SBF), and other with 1.5 times that concentration (1.5SBF). After the immersion in the SBF solution a thin ceramic layer containing Ca and P was found on the surface of those samples with a heat treatment, while on those without it mainly compounds containing Ca, O and C were found, regardless of the concentration, alkaline solution or alloy used. After the immersion in a 1.5SBF solution a dense ceramic layer was observed on all the surfaces of the metallic samples treated. The Ca/P ratio obtained indicated a compound formed on the surface of the samples corresponding to a Ca-deficient apatite. The interface was characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX) and X-Ray Diffraction (XRD).

PL

Formowanie sie warstwy apatytowej powierzchni stopów kobaltowych w wyniku obróbki cieplno-chemicznej było przedmiotem badań. Stopy takie stosowane są w produkcji protez ortopedycznych lub dentystycznych, zaś powłoka apatytowa sprzyja ich bioaktywności i osteointegracji w środowisku ciała ludzkiego. Przebadano pięć stopów CoCrMo, które poddawano działaniu roztworu KOH i NaOH o 3 różnych stężeniach (0.5, 3 i 5 M) a następnie poddawano obróbce cieplnej w temperaturze 60°C. Na koniec procesu obróbki cieplno-chemicznej zanurzano badane próbki w roztworach symulujących środowisko ciała ludzkiego (skład roztworu zbliżony do składu plazmy krwi ludzkiej) na okres 21 dni. Stosowano 2 typy takich roztworów: roztwór o stężeniu jonów zbliżonym do plazmy krwi (SBF), zaś drugi o stężeniu jonów powiększonym o 50% (1.5SBF). Zastosowanie roztworu SBF powodowało powstawanie cienkiej warstwy ceramicznej zawierającej wapń i fosfor gdy próbka podlegała obróbce cieplnej, zaś w przeciwny wypadku warstwa składała się z wapnia fosforu i tlenu. Zanurzanie w roztworze 1.5 SBF powodowało powstawanie gęstej warstwy ceramicznej na każdej zbadanych próbek. Stosunek Ca/P odpowiadał składowi apatytu z pewnym deficytem wapnia. Badania próbek wykonywano metodami skaningowej mikroskopii elektronowej, oraz metodami rentgenograficznymi (EDX — Energy Dispersive XRay, XRD — XRay Diffraction).

Słowa kluczowe

EN

Co-Cr-Mo; cobalt; biomimetic process; apatite

PL

stop Co-Cr-Mo; stopy kobaltowe; proces biomimetyczny; powłoka apatytowa

• 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: 2005
• Tom: Vol. 50, iss. 4
• Strony: 923--932
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Escobedo Bocardo J. C.

• Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados -IPN, Unidad Saltillo, Carretera Saltillo Monterrey km 13.5 A.P. 663, C.P. 25000, Saltillo, Coahuila, Mexico

autor

Lopez Heredia M. A.

• Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados -IPN, Unidad Saltillo, Carretera Saltillo Monterrey km 13.5 A.P. 663, C.P. 25000, Saltillo, Coahuila, Mexico

autor

Cortez D. A.

• Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados -IPN, Unidad Saltillo, Carretera Saltillo Monterrey km 13.5 A.P. 663, C.P. 25000, Saltillo, Coahuila, Mexico

autor

Medina Ramirez A.

• Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados -IPN, Unidad Saltillo, Carretera Saltillo Monterrey km 13.5 A.P. 663, C.P. 25000, Saltillo, Coahuila, Mexico

Bibliografia

• [1] T. Abe, T. Kokubo, T. Yamamuro, Apatite coating on ceramics, metals and polymers utilizing a biological process, J. Mat. Sci.: Mat. in Med. 1, 233 (1990).
• [2] H. M. Kim, F. Miyaji, T. Kokubo, T. Nakamura, Preparation of bioactive Ti and its alloys via simple chemical surface treatment, J. Biomed. Mater. Res. 32, 409 (1996).
• [3] K. Hata, T. Kokubo, Growth of a bone apatite layer on a substrate by a biomimetic process, J. Am. Ceram. Soc. 78 (4), 1049 (1995).
• [4] J. D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook, Second Edition, CRC Press LLC (2000).
• [5] J. B. Park, R. S. Lakes, Biomaterials: an Introduction, Second Edition, Plenum Publishing (1992).
• [6] L. Sun, C. C. Berndt, K. A. Gross, A. Kucuk, Material fundamental and clinical performance of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings: A review, J. Biomed. Mater. Res. (Appl. Biomater.). 58, 570 (2001).
• [7] S. Nishiguchi, H. Kato, H. Fujita, M. Oka, H. Kim, T. Kokubo, T. Nakamura, Titanium metals form direct bonding to bone after alkali and heat treatments, Biomater. 22, 2525 (2001).
• [8] T. Miyazaki, H. M. Kim, F. Miyaji, T. Kokubo, H. Kato.T. Nakamura, Bioactive tantalum metal prepared by NaOH treatment, J. Biomed. Mater. Res. 50, 35 (2000).
• [9] C. Du, P. Klasens, R. E. Haan, J. Bezemer, F. Z. Cui, K. de Groot, P. Layrolle, Biomimetic calcium phosphate coatings on Polyactive? 1000/70/30, J Biomed Mater Res. 59(3), 535 (2002).
• [10] W. L. Murphy, D. H. Kohn, D. J. Mooney, Growth of continuous bonelike mineral within porous poly(lactide-co-glycolide) scaffolds in vitro, J Biomed Mater Res, 50, 50 (2000).
• [11] F. Miyaji, H. K. Kim, T. Kokubo, T. Kitsugi, T. Nakamura, Bioactive titanium alloys prepared by chemical surface modification. Bioceramics, Proceedings of the 8th International Symposium on Ceramics in Medicine. 8, 323 (1995).
• [12] D. A. Cortes, J. C. Escobedo, A. Nogiwa, R. Munoz, Biomimetic hydroxyapatite coating on cobalt based alloys, Mat. Sci. For., 442, 61 (2003).
• [13] A. Nogiwa, D. A. Cortes, J. C. Escobedo, M. E. Rivas, Estudio de la formacion de apatita en la superficie de aleaciones base cobalto, Memorias del XXIII Encuentro Nacional de la AMIDIQ. Patzcuaro, Michoacan, Mexico, April 30- May 3,279-280 (2002).
• [14] A. Oyane, K. Onuma, A. Ito, H. M. Kim, T. Kokubo, T. Nakamura, Formation and growth of clusters in conventional and new kinds of simulated body fluids, J. Biomed. Mater. Res. 64A, 339 (2003).
• [15] M. A. Lopez Heredia, Efectode las variables del tratamiento quimico en laformacion biomim&ica de hidroxiapatita en la superficie de una aleacion base cobalto biocompatible. M.Sc. Thesis. CINVESTAV (2003).