Mechanical Properties of Polymer Coatings Containing HAp and Active Substance on a Metal Substrate

• Autorzy: Goldsztajn Karolina , Lisoń-Kubica Julia , Jaworska Joanna , Jelonek Katarzyna , Kajzer Wojciech , Szewczenko Janusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.6120

Warianty tytułu

PL

Własności mechaniczne powłok polimerowych zawierających HAp i substancję aktywną na podłożu metalowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Titanium alloys are currently widely used in implantation, especially in orthopaedics. However, undesirable reactions caused by aluminium and vanadium ions released from the surface of the most commonly used alloys, Ti6Al4V and Ti6Al7Nb, result in the need to modify the surface of the material to improve biocompatibility. Among the available modification methods, one can mention the application of biodegradable polymer coatings, which, apart from improving biocompatibility by limiting the penetration of alloying element ions into the tissue environment, can also be a matrix for the release of mineral (HAp) and active substances. The paper attempts to determine the mechanical properties of PLGA polymer coatings containing nanoparticle hydroxyapatite and an active substance (dexamethasone) applied with the ultrasonic spray coating method on a Ti6Al7Nb alloy substrate. The scope of the research included: surface topography testing using an optical profilometer, coating adhesion testing to the substrate using the scratch test method and tribological testing (Pin-On-Disc method).

PL

Stopy tytanu znajdują obecnie szerokie zastosowania implantacyjne, szczególnie w ortopedii. Jednakże niepożądane reakcje wywoływane przez jony glinu i wanadu uwalnianie z powierzchni najczęściej wykorzystywanych w praktyce stopów Ti6Al4V oraz Ti6Al7Nb skutkują koniecznością modyfikacji powierzchni materiału w celu poprawy biokompatybilności. Wśród dostępnych metod modyfikacji wymienić można nakładanie biodegradowalnych powłok polimerowych, które poza poprawą biokompatybilności poprzez ograniczenie przenikania jonów pierwiastków stopowych do środowiska tkankowego stanowić mogą także matrycę dla uwalniania substancji mineralnych (HAp) oraz aktywnych. W pracy podjęto próbę określenia własności mechanicznych powłok polimerowych z PLGA, zawierających nanocząsteczkowy hydroksyapatyt oraz substancję aktywną (deksametazon), nakładanych metodą natryskiwania ultradźwiękowego na podłoże ze stopu Ti6Al7Nb. Zakres przeprowadzonych badań obejmował badania topografii powierzchni z wykorzystaniem profilometru optycznego, badania adhezji powłok do podłoża metodą scratch test oraz badania tribologiczne (metoda Pin-On-Disc).

Słowa kluczowe

EN

biodegradable polymer coatings; titanium alloys; Pin-On-Disc; scratch test

PL

biodegradowalne powłoki polimerowe; stop tytanu; Pin-On-Disc; scratch test

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 2
• Strony: 17--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Goldsztajn Karolina

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Biomedical Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2545-9339

autor

Lisoń-Kubica Julia

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Biomedical Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0821-1756

autor

Jaworska Joanna

• Centre of Polymer and Carbon Materials, Polish Academy of Sciences, M. Curie-Skłodowskiej 34 Street, 41-819 Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0295-5006

autor

Jelonek Katarzyna

• Centre of Polymer and Carbon Materials, Polish Academy of Sciences, M. Curie-Skłodowskiej 34 Street, 41-819 Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2625-5434

autor

Kajzer Wojciech

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Biomedical Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9285-1272

autor

Szewczenko Janusz

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Biomedical Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9718-8617

Bibliografia

• 1. GBD 2019 Fracture Collaborators: Global, regional, and national burden of bone fractures in 204 countries and territories, 1990–2019: a systematic analysis from the Global Burden of Disease Study 2019, The Lancet, vol. 2, 2021, pp. 580–592.
• 2. Wang M.: Surface Modification of Metallic Biomaterials for Orthopaedic Application, Materials Science Forum, 2009, pp. 285–231.
• 3. Liu X., Chu P.K., Ding C: Surface modifcation of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical application, Mater. Sci. Eng. R, vol. 47, 2004, pp. 49–121.
• 4. Kiel-Jamrozik M., Szewczenko J., Basiaga M., Nowińska K.: Technological capabilities of surface layers formation on implant made of Ti-6Al-4V ELI alloy, Acta of Bioengineering and Biomechanics, vol. 17, 2015, pp. 31–37.
• 5. Brinks J., van Dijk E.H.C., Habeeb M., Nikolaou A., Tsonaka R., Peters H.A.B., Sips H.C.M., van de Merbel A.F., de Jong E.K., Notenboom R.G.E., Kielbasa S.M., van der Maarel S.M., Quax P.H.A., Meijer O.C., Boon C.J.F.: The Effect of Corticosteroids on Human Choroidal Endothelial Cells: A Model to Study Central Serous Chorioretinopathy, Invest Ophthalmol Vis Sci, vol. 59, 2018, pp. 5682–5692.
• 6. Szewczenko J., Kajzer W., Crygiel-Pradelok M., Jaworska J., Jelonek K., Nowińska K., Gawliczek M., Libera M., Marcinkowski A., Kasperczyk J.: Corrosion resistance of PLGA-coated biomaterials, Acta of Bioengineering and Biomechanics, vol. 21, 2019, pp. 83–92.
• 7. Jones D.: Pharmaceutical Applications of Polymers for Drug Delivery, Rapra Technology Limited, 2004.
• 8. Kim S.S., Park M.S., Jeon O., Choi C.Y, Kim B.S.: Poly(lactide-co-glycolide)/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering, Biomaterials, 27, 2006, pp. 1399–1409.
• 9. Asti A., Gastaldi G., Dorati R., Saino E., Conti B., Visai L., Benazzo F.: Stem Cells Grown in Osteogenic Medium on PLGA, PLGA/HA and Titanium Scaffolds for Surgical Applications, Bioinorganic Chemistry and Application, 2010.
• 10. Bose S., Keller S., Alstrom T., Boisen A., Almdal K.: Process optimalization of Ultrasonic Spray Coating of Polymer Films, Langmuir, 29, 2013, pp. 6911–6919.
• 11. Goldsztajn K., Szewczenko J., Jaworska J., Jelonek K., Basiaga B.: Physical properties of PLGA biodegradable polymer coatings containing hydroxyapatite on Ti6Al7Nb substrate, 30th Biomaterials in Medicine and Veterinary Medicine, Rytro, Poland, 2021.
• 12. Goldsztajn K., Szewczenko J., Sowa M., Nowińska K., Hercog A., Jaworska J., Jelonek K., Simka W., Basiaga M.: The influence of biodegradable polymer coatings containing nanohydroxyapatite on the corrosion resistance of a titanium alloy, Międzynarodowa konferencja naukowa Material Technologies in Silesia’2022, Wisła Poland 2022.
• 13. Szewczenko J., Kajzer W., Kajzer A., Basiaga M., Kaczmarek M., Antonowicz M., Nowińska K., Jaworska J., Jelonek K., Kasperczyk J.: Biodegradable polymer coatings on Ti6Al7Nb alloy, Acta of Bioengineering and Biomechanics, vol. 21, 2019, pp. 83–92.
• 14. Kajzer W., Szewczenko J., Kajzer A., Basiaga M., Jaworska J., Jelonek K., Nowińska K., Kaczmarek M.,Orłowska A.: Physical properties of electropolished CoCrMo alloy coated with biodegradable polymeric coatings releasing heparin after prolonged exposure to artificial urine, Materials, vol. 14, 2021, p. 2551.
• 15. Gorejová R., Oriňaková R., Orságová Králová Z., Sopčák T., Šišoláková I., Schnitzer M., Kohan M., Hudák R.: Electrochemical deposition of a hydroxyapatite layer onto the surface of porous additively manufactured Ti6Al4V scaffolds, Surface and Coatings Technology, vol. 455, 2023.
• 16. Cotrut C.M.,Vladescu A., Dinu M., Vranceanu D.M.: Influence of deposition temperature on the properties of hydroxyapatite obtained by electrochemical assisted deposition, Ceramics International, vol. 44, 2018, pp. 669–677.