Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modification of titanium and its alloys implants by low temperature surface plasma treatments for cardiovascular applications

Wierzchoń T., Witkowska J., Morgiel J., Sowińska A., Tarnowski M., Czarnowska E.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 4

130--139

EN

Impairment of the cardiovascular system is a major cause of mortality in humans. Cardiac implants are made mostly of titanium and its alloys and various methods have been used to improve their surface properties. Titanium nitride — TiN and titanium oxide — TiO2 surface layers are promising materials to improve biocompatibility in this respect. Modifying their surface properties in the nanoscale may impact their protein adsorption and cellular response to the implant. Nitriding and oxynitriding processes in low-temperature plasma, also involving the use of an active screen, seem to be prospective methods in the production of titanium nitride and oxide forming an diffusive outer zone of titanium nitride TiN (nanocrystalline) + Ti2N + α-Ti(N) or oxynitrided TiO2(nanocrystalline) + TiN + Ti2N + α-Ti(N) surface layers on titanium alloy. Also a hybrid method that combines oxidizing and the RFCVD process for producing a-C:N:H (amorphous carbon modified with nitrogen and hydrogen) + TiO2 (nanocrystalline titanium oxide-rutile)-type composite surface layers on NiTi shape memory alloys is noteworthy in the context of medical applications. The paper presents the characteristics of these diffusion multi-phase layers in terms of their microstructure, topography, hardness, residual stress, corrosion and wear resistance, wettability as well as biological properties such as: adsorption of proteins — fibrinogen and albumin, and platelet adhesion during interaction with blood components (human plasma and platelet-rich plasma). The results suggest that these layers, produced using the new hybrid processes, exhibit a high potential for improving cardiac implant properties. The article is based on research carried out by the authors and the interpretation of the obtained results is made on the basis of literature data regarding the surface layers of titanium oxides and titanium nitride produced by various methods.

PL

Choroby układu krążenia są jedną z głównych przyczyn śmiertelności u ludzi. Biozgodność i inne właściwości implantów kardiologicznych, wytwarzanych z tytanu i jego stopów, można kształtować, stosując różne metody inżynierii powierzchni. W pracy przedstawiono charakterystykę wielofazowych, dyfuzyjnych warstw powierzchniowych typu TiN + Ti2N + α-Ti(N) oraz TiO2 + TiN + Ti2N + α-Ti(N) wytwarzanych w niskotemperaturowej plazmie na stopie tytanu Ti6Al4V, także z wykorzystaniem aktywnego ekranu, pod kątem ich mikrostruktury, topografii powierzchni, twardości, stanu naprężeń własnych, odporności na korozję i zużycie, zwilżalności oraz właściwości biologicznych, takich jak: adsorpcja białek — fibrynogenu i albuminy oraz adhezja płytek krwi podczas inkubacji z ludzkim osoczem i osoczem bogatopłytkowym. Przedstawiono także wyniki badań warstw typu TiO2 oraz a-CNH + TiO2 wytwarzanych na stopie z pamięcią kształtu NiTi. Artykuł prezentuje wyniki badań przeprowadzonych przez autorów, a interpretacji uzyskanych wyników dokonano w porównaniu z danymi literaturowymi dotyczącymi powierzchniowych warstw złożonych z tlenku tytanu i azotku tytanu wytwarzanych różnymi metodami.

2

Właściwości powierzchni warstw azotowanych wytworzonych w procesach azotowania jarzeniowego na potencjale plazmy i katody

Sowińska A., Borowski T., Ossowski M., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

29--32

PL

Warstwy azotowane typu TiN + Ti2N + αTi(N) wytworzone w warunkach wyładowania jarzeniowego mają charakter dyfuzyjny, a ich właściwości fizykochemiczne mogą być kształtowane warunkami technologii procesu azotowania, tj. azotowania na potencjale katody albo z tzw. aktywnym ekranem (potencjał plazmy). W artykule przedstawiono wyniki badań warstw azotowanych wytworzonych w niskotemperaturowej plazmie na potencjale katody oraz z aktywnym ekranem. Omówiono wyniki badań topografii powierzchni, mikrostruktury (SEM), chropowatości powierzchni (AFM, profilometr optyczny), składu chemicznego (EDS, SIMS) oraz zwilżalności w kontekście właściwości biologicznych z płytkami krwi. W pracy wykazano, że warstwa azotowana wytworzona na potencjale katody charakteryzuje się mniejszą zawartością azotu, większą chropowatością i większą grubością niż wytworzona na potencjale plazmy, jednocześnie ma lepszą zwilżalność oraz charakteryzuje się mniejszą adhezją i aktywacją płytek krwi. Warstwa ta może znaleźć zastosowanie w wytwarzaniu implantów kardiologicznych.

EN

The nitrided surface layers TiN + Ti2N + αTi(N) type produced under glow discharge conditions have a diffusion character. Their surface physicochemical properties can be modified by processing conditions, such as the execution of the process on the potential of the cathode or in plasma region (active screen plasma nitriding). The paper presents the results of nitrided surface layers produced in low-temperature plasma applying the cathode potential or the active screen. Obtained data of surface topography, the microstructure (SEM), surface roughness (AFM, optical profilometer), chemical composition (EDS, SIMS) and wettability are discussed in context biological properties of platelets. Studies have shown a larger thickness with a lower nitrogen content and a greater roughness of the layer formed on the cathode potential as compared with the layer formed on the plasma potential. Simultaneously on the surface of the titanium nitride layer produced on the cathode potential were less platelets adhesion and they were less activated than on the second layer. Thus, the results show that the relevant properties of the surface can restrict blood clotting and titanium nitride layer produced on the cathode potential could be applied in the production of cardiological implants.

3

The Importance Of Surface Topography For The Biological Properties Of Nitrided Diffusion Layers Produced On Ti6Al4V Titanium Alloy

Wierzchoń T., Czarnowska E., Morgiel J., Sowińska A., Tarnowski M., Rogulska A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2153--2159

EN

Diffusion nitrided layers produced on titanium and its alloys are widely studied in terms of their application for cardiac and bone implants. The influence of the structure, the phase composition, topography and surface morphology on their biological properties is being investigated. The article presents the results of a study of the topography (nanotopography) of the surface of TiN+Ti2N+αTi(N) nitrided layers produced in low-temperature plasma on Ti6Al4V titanium alloy and their influence on the adhesion of blood platelets and their aggregates. The TEM microstructure of the produced layers have been examined and it was demonstrated that the interaction between platelets and the surface of the titanium implants subjected to glow-discharge nitriding can be shaped via modification of the roughness parameters of the external layer of the TiN titanium nitride nanocrystalline zone.

PL

Dyfuzyjne warstwy azotowane na tytanie i jego stopach są szeroko badane m. in. w aspekcie zastosowań na implanty kardiologiczne i kostne. Stąd też analizowany jest wpływ struktury składu fazowego, topografii i morfologii powierzchni na ich właściwości biologiczne. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu topografii (nanotopografii) powierzchni warstw azotowanych –TiN+Ti2N+αTi(N) wytwarzanych w niskotemperaturowej plazmie na stopie tytanu Ti6Al4V na adhezję płytek krwi i ich aglomeratów. Omówiono mikrostrukturę (TEM) wytwarzanych warstw i wykazano, że poprzez stan chropowatości powierzchni zewnętrznej strefy warstwy azotowanej – nanokrystalicznego azotku tytanu (TiN) można kształtować oddziaływanie płytek krwi z powierzchnią implantów tytanowych poddanych procesowi azotowania jarzeniowego.

4

Wpływ różnej nanotopografii warstw azotowanych na adhezję płytek krwi

Sowińska A., Tarnowski M., Jakubowski W., Oleksiak J., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 119

27--32

PL

Oddziaływanie nanotopografii biomateriałów na biozgodność z krwią jest nadal słabo poznane. Wiadomo, że azotowane warstwy powierzchniowe z zewnętrzną strefą azotku tytanu (TiN) charakteryzują się dobrymi właściwościami i biozgodnością zarówno w kontakcie z krwią, jak i kością. Dlatego też modyfikacje właściwości powierzchni dla zastosowań w kardiologii są nadal przedmiotem zainteresowania i były celem naszych badań. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości warstw azotowanych wytwarzanych w warunkach wyładowania jarzeniowego na stopie tytanu Ti6Al4V w niskotemperaturowym procesie, na potencjale katody i na potencjale plazmy. Uzyskane warstwy miały różną topografię i chropowatość powierzchni w skali nano. Zewnętrzna strefa warstwy typu TiN+Ti2N+aTi(N) wytworzonej na potencjale katody (TiN-K) charakteryzowała się wyższą chropowatością w porównaniu z warstwą wytworzoną na potencjale plazmy (TiN-P) (Ra = 0,177 pm dla TiN-K vs. Ra = 0,019pm dla TiN-P). Ponadto przeprowadzone badania zwilżalności wykazały wysoką zwilżalność powierzchni TiN-K (38P dla TiN-K vs 89° dla TiN-P). Badania biologiczne składu biofilmu wykazały niższą adsorpcję fibrynogenu oraz adhezję, agregację i aktywację płytek krwi na TiN-K w porównaniu do TiN-P. Uzyskane wyniki wskazują, że adhezja płytek krwi, jak i ilość zaadsorbowanego fibrynogenu koreluje z topografią powierzchni warstwy TiN. Zatem poprzez zmianę topografii powierzchni można wpływać na oddziaływania płytek krwi z biomateriałem.

EN

The effect of different topographies of biomaterials at the nanoscale on biocompatibility is still poorly known. It is known that nitrided surface layers with external titanium nitride (TiN) zone exhibit good properties and biocompatibility with blood and bone. However, the surface properties of biomaterials destined for cardiological applications are still a subject of interest for further improvement. Thus, the aim of our investigations was modification of the external zone of the nitrided surface layers produced under glow discharge conditions for cardiological applications. The layers were produced at low temperature using cathode potential and plasma region. These layers exhibited different surface topography and roughness. The external zone of the layer produced on cathode potential (TiN-K) is characterized by higher roughness compared to the layer produced in plasma region (TiN-P) (Ra = 0.177pm vs. Ra = 0.019pm) and higher surface wettability (contact angle 38 vs. 89o). Fibrinogen showed its lower adsorption followed also by lower subsequent platelets adhesion, aggregation and activation on TiN-K compared to TiN-P. These suggest that the amount of adsorbed fibrinogen and platelets adhesion correlate with topographical characteristics of TiN surface. Thus, altering surface topography the platelets-biomaterial interactions can be reduced.

5

Mikrostruktura i właściwości warstw tlenoazotowanych wytworzonych w obróbce hybrydowej w niskotemperaturowej plazmie

Tarnowski M., Sowińska A., Oleksiak J., Borowski T., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 120

13--18

PL

Szczególne właściwości tytanu i jego stopów, takie jak: niska gęstość, wysoka wytrzymałość właściwa oraz dobra odporność na korozję i korzystny moduł Younga w zestawieniu z powszechnie stosowanymi stalami chirurgicznymi na implanty kostne powodują, że znajdują one coraz szersze zastosowanie w medycynie. Obecnie jednym z rozwijanych kierunków badań w aspekcie poprawy biozgodności tytanu i jego stopów jest poprawa łączenia się implantu z kością poprzez zwiększenie adhezji oraz aktywacji płytek krwi. Cel ten można osiągnąć poprzez zastosowanie technik inżynierii powierzchni, takich jak metody PVD i CVD, implantację jonów oraz obróbki jarzeniowe, np. tlenoazotowanie w niskotemperaturowej plazmie. Celem niniejszych badań była ocena mikrostruktury (SEM), składu chemicznego (EDS), topografii powierzchni (profilometr optyczny), mikrotopografii oraz mikrochropowatości powierzchni (AFM), mikrotwardości, odporności korozyjnej w roztworze Ringera (metoda potencjodynamiczna) oraz biozgodności warstw tlenoazotowanych wytworzonych podczas procesu tlenoazotowania jarzeniowego w niskotemperaturowej plazmie w temperaturze 650°C. Dyfuzyjna warstwa typu TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) wytworzona na stopie tytanu Ti6Al4V charakteryzuje się wysoką twardością, dobrą odpornością korozyjną i wyższą, niż stop tytanu w stanie wyjściowym, twardością. Badania biozgodności w zakresie adhezji i aktywacji płytek krwi wykazały, że adherowały one w większym stopniu i wykazywały cechy większej aktywacji na warstwach tlenoazotowanych niż na stopie tytanu Ti6Al4V w stanie wyjściowym. Rezultaty wskazują, że wytworzenie warstwy tlenoazotowanej pozwala poprawić właściwości biomateriałów tytanowych w aspekcie integracji z kością.

EN

Specific properties of titanium and its alloys such as: low density, high tensile strength, good corrosion resistance and advantageous elastic modulus in comparison to commonly used surgical steels for bone implants are the reasons for their wider application in medicine. Nowadays, one of the most expandable directions of investigation in the aspect of enhancing biocompatibility of titanium and its alloys is improvement of platelets adhesion and activation to bone implant. This goal can be achieved through the use of several surface engineering methods like PVD and CVD methods, ion implantation and treatment in glow discharge conditions like low temperature plasma oxynitriding. This study was aimed to evaluate the microstructure (SEM), chemical composition (EDS), topography (optical profilometer), microtopography and microroughness (AFM), microhardness, corrosion resistance in Ringer solution (potentiodynamic method) and biocompatibility of oxynitrided surface layer produced at low temperature of glow discharge process. The diffusive surface layer of TiO2+TiN+T2N+aTi(N) type produced on Ti6Al4V titanium alloy exhibited advantageous properties such as high hardness, good corrosion resistance and higher than titanium alloy microhardness. Biocompatibility investigated in range of platelets adhesion and activation revealed that these cells adhered in higher extent and dislayed morphological features of larger activation on oxynitrided layer compared to titanium alloy. Results suggest that produced oxynitrided surface layer have a potential to improve titanium biomaterials in rage of integration with bone.

6

Aktywność biologiczna komórek śródbłonka naczyniowego na azotowanym stopie tytanu Ti-6Al-4V

Sowińska A., Borowski T., Ossowski M., Kaleta M., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 3

202--205

PL

Dotychczas nie przeprowadzono weryfikacji biologicznej dyfuzyjnej warstwy azotowanej TiN + Ti2N + αTi(N) wytworzonej w warunkach niskotemperaturowego azotowania o atrombogennych właściwościach, jako podłoża dla komórek śródbłonka. Dlatego celem badań była ocena wpływu warstwy azotowanej TiN w strefie zewnętrznej na adhezję, proliferację i aktywację śródbłonków naczyniowych. Badano próbki ze stopu tytanu z warstwą azotowaną wytworzoną metodą niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego, sterylizowane plazmowo. Materiałem kontrolnym były szkiełka podstawowe z komór inkubacyjnych Lab-Tek (Nunc) oraz referencyjny stop tytanu Ti-6Al-4V. Właściwości warstwy badano w zakresie mikrostruktury, topografii oraz morfologii powierzchni (SEM, AFM), chropowatości (optyczny profilometr skanujący), składu fazowego (XRD) oraz składu chemicznego (GD-OES). W badaniach biologicznych analizowano ilość i rozmieszczenie fibrynogenu i albuminy, składowych biofilmu wytworzonego po inkubacji osocza dawcy krwi na badanym materiale oraz adhezję i proliferację komórek śródbłonka linii HUVEC (Lonza). Ponadto badano aktywację śródbłonków, oceniając ekspresję P-selektyny i ICAM-1. Warstwy dyfuzyjne TiN + Ti 2N + αTi(N) o grubości ok. 8 μm charakteryzowały się jednorodną powierzchnią o parametrach chropowatości: Ra = 0,138 μm, Rq = 0,180 μm, Rz = 1,93 μm. Biofilm wytworzony na TiN zawierał większą ilość albuminy i mniejszą ilość fibrynogenu w porównaniu z biofilmem na stopie tytanu Ti-6Al-4V. Komórki śródbłonka charakteryzowały się wrzecionowatym kształtem i brakiem ekspresji adhezyny ICAM-1 przy wzroście na powierzchniach opłaszczonych FBS oraz aktywnością proliferacyjną większą niż na wyjściowym materiale – stopie tytanu Ti-6Al-4V. Otrzymane wyniki badań wskazują na korzystne właściwości warstwy azotowanej na stopie tytanu Ti-6Al-4V jako biomateriału – podłoża dla proliferacji śródbłonków. Uzyskane wyniki biologiczne są analizowane w korelacji z właściwościami powierzchni TiN.

EN

The verification of diffusion nitrided layers of type TiN + Ti 2N + αTi(N) produced under low-temperature conditions characterized by atrombogenic properties, as a substrate for endothelium cells had not been conducted till now. Therefore the aim of this investigation was to estimate the influence of the nitrided TiN surface in the external zone on the adhesion, proliferation and activation of endothelium. Samples of titanium alloy with a nitrided layer produced by the glow discharge nitriding process at low temperature, sterilized in plasma were investigated. Lab-Tek glass slides (Nunc) and a reference titanium alloy, Ti-6Al-4V, were used as controls. The properties of the layer were studied in respect to their microstructure and topography as well as morphology of the surface (SEM, AFM), roughness (optical profilometer), phase (XRD) and chemical (GD-OES) composition. In the biological part, the amount and arrangement of fibrinogen and albumin in biofilm produced after incubation with the serum of donor blood on biomaterial, and the adhesion, as well as proliferation of endothelial cells (HUVEC; Lonza) were studied. Furthermore, the activation of endothelium by P-selectin and ICAM-1 expression was evaluated. The diffusive layers of type TiN + Ti 2N + αTi(N) of c.a. 8 μm thick, exhibited a homogenous surface with roughness parameters: Ra = 0.138 μm, Rq = 0.180 μm, Rz = 1.93 μm. The biofilm produced on TiN contained more albumin and less fibrinogen in comparison to biofilm on the titanium alloy Ti-6Al-4V. The endothelial cells on the nitrided layer were spindle-shaped and showed a lack of ICAM-1 expression after incubation on a coated FBS surface and greater proliferation activity than those incubated on the titanium alloy T-i6Al-4V. The obtained results indicate favorable properties of the nitrided surface layer on the titanium alloy Ti-6Al-4V as a biomaterial for endothelial proliferation. The biological results are discussed in respect to the surface properties of TiN.

7

Badania biologiczne warstw powierzchniowych w aspekcie zastosowania na pierścień zastawki serca

Gonsior M., Kustosz R., Borowski T., Ossowski M., Sanak M., Jakiełła B., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 102

15--22

PL

Oryginalna sztuczna komora wspomagania serca POLVAD opracowana w Polsce, została zastosowana dotychczas w leczeniu ponad 210 pacjentów. Najdłuższe wspomaganie serca za pomocą komory POLVAD trwało ponad rok. Dla protezy tej opracowywana jest innowacyjna zastawka dyskowa, z nisko profilowym pierścieniem wykonanym ze stopu tytanu. Dla zminimalizowania trombogenności pierścienia zastawki opracowano dyfuzyjne warstwy powierzchniowe: azotowaną typu TiN+Ti2N+αTi(N) i tlenoazotowaną typu TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N), wytwarzane obróbką jarzeniową na potencjale plazmy. Trombogenność różnych kompozycji warstw została porównana w aspekcie aktywacji i adhezji płytek krwi do powierzchni biomateriału. Oceniono również wpływ metody sterylizacji biomateriału na intensywność adhezji trombocytów do jego powierzchni. Warstwy TiN oraz TiO2wykazały najniższą trombogenność, przy czym dla warstwy TiN korzystniejsza jest sterylizacja gazowa, podczas gdy dla warstwy TiO2- sterylizacja plazmowa.

EN

The original ventricular assist device POLVAD developed in Poland was used in over 210 patients so far. The longest POLVAD heart assistance excided one year. The innovative tilting disk valve with low profile ring made of titanium is developed for POLVAD. To minimize the valve ring thrombogenicity the diffusive surface layers were manufactured: nitriding TiN+Ti2N+αTi(N) and oxynitriding TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N), in the glow discharge process on the plasma potential level. The thrombogenicity of different layers compositionwas compared regarding platelets activation and platelets adhesion to the material surface. The influence of material sterilization method on the platelets adhesion intensity was evaluated in addition. The nitriding TiN and oxynitriding TiO2layers have demonstrated the lowest thrombogenicity while the gas sterilization was the most profitable for nitriding layers – TiN and the plasma sterilization for oxynitriding layers – TiO2.

8

The process of glow discharge assisted oxynitriding of titanium alloy in aspect of its application in artificial heart components

Borowski B., Sowińska A., Ossowski M., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

751-754

EN

Surface engineering is becoming more and more widely used in shaping both biological properties of titanium alloys especially those working in contact with blood and their functional properties such as improving of resistance to frictional wear as well fatigue and corrosion resistance. The article describes microstructure, topography of surface, chemical and phase composition of surface layers produced in the process of glow discharge assisted oxynitriding as well as morphometric examinations of the number of adhered blood platelets and created platelet aggregates depending on the method of material sterilization. The examinations showed that the surface layers produced by glow discharge assisted oxynitriding are characterized by good antithrombogenic properties after gas sterilization.

PL

Inżynieria powierzchni znajduje coraz szersze zastosowanie w kształtowaniu właściwości biologicznych stopów tytanu, szczególnie pracujących w kontakcie z krwią, a także użytkowych, takich jak zwiększanie odporności na zużycie przez tarcie oraz odporności zmęczeniowej i korozyjnej. W artykule omówiono mikrostrukturę, topografię powierzchni, skład chemiczny i fazowy warstw wytworzonych w procesie tlenoazotowania jarzeniowego oraz badania morfometryczne ilości zaadherownych płytek krwi i tworzących się agregatów płytkowych w zależności od zastosowanej metody sterylizacji materiałów. Badania wykazały, że warstwy tlenoazotowane jarzeniowo po zastosowaniu sterylizacji gazowej charakteryzują się dobrymi właściwościami antytrombogennymi.

9

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

Truszkowski J., Rajchel B., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1265-1269

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.

10

Wpływ implantacji jonów wapnia na właściwości dyfuzyjnej warstwy Ti3P wytworzonej na stopie tytanu Ti6Al4V

Truszkowski T., Zajączkowska A., Rajchel B., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 5

392-395

PL

Tytan i jego stopy ze względu na dobre właściwości mechaniczne i wysoką odporność korozyjną stosowane są jako materiały na implanty kostne. Niestety charakteryzują się one niską odpornością na zużycie przez tarcie i chociaż w najmniejszym stopniu wśród biomateriałów metalicznych, przechodzeniem składników stopu do otaczających tkanek. Stąd też jedyną drogą eliminacji niekorzystnych cech tych materiałów są metody inżynierii powierzchni, w tym również metoda hybrydowa, łącząca proces chemicznego bezprądowego osadzania powłok niklowo-fosforowych (~16% P) z obróbką jarzeniową. W pracy przedstawione są: struktura warstw fosforku tytanu Ti3P, wyniki badań odporności korozyjnej w roztworze Ringera, odporności na zużycie przez tarcie, a także badania biologiczne w kontakcie z osteoblastami. Wyniki uzyskanych badań wykazały, że warstwy Ti3P zwiększają odporność na zużycie przez tarcie, są biozgodne z osteoblastami linii Saos-2, a ich aktywność biologiczną można dodatkowo kształtować poprzez implantację jonów Ca2+.

EN

Due to the good mechanical properties and high corrosion resistance titanium and its alloys are used as a material to construct bone implants. Unfortunately, titanium is characterized by low wear resistance and the migrations of alloy's components to the surrounding tissues. In order to eliminate unfavorable characteristics of titanium and its alloys the surface engineering methods are used, including the hybrid method combining electroless chemical deposition of nickel-phosphorous coatings (~16% P) with glow discharge treatment. The following paper is outlined accordingly to structure and properties of Ti3P titanium phosphide layers (Fig. 1÷3 and Tab. 1, 2), results of wear resistance tests (fig. 4), results of corrosion resistance in Ringer's solution (Fig. 5), and biological studies in contact with osteoblasts (Fig. 6). These results have shown that Ti3P layers increase the wear resistance and are biocompat-ible with osteoblasts Saos-2 line. Moreover their biological activity can be further shaped by Ca2+ ion implantation.

11

Wpływ modyfikacji powierzchni TiN metodą litografii na aktywność biologiczną komórek

Zajączkowska A., Brudek M., Bierła J., Borowski T., Lappalainen R., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 89-91

52--54

12

Warstwy azotowane jarzeniowo na stopie tytanu Ti6Al4V dla zastosowań w kardiologii

Borowski T., Sowiński A., Ossowski M., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 89-91

49--51

13

Odpowiedź biologiczna osteoblastów linii Soas-2 inkubowanych na warstwie Ti3P+(Ti-Ni) implantowanej jonami wapnia

Zajączkowska A., Borowski T., Rajchel B., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 77-80

99--101

14

Oddziaływanie powłok hydroksyapatytowych wytworzonych różnymi metodami na Ti3P na aktywność biologiczną osteoblastów linii Saos-2

Zajączkowska A., Mróz W., Stoch A., Długoń E., Borowski T., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 77-80

96--98

15

Bioaktywność warstw tlenoazotowanych na stopie tytanu Ti6Al4V

Sobiecki J. R., Ossowski M., Sobczak J., Zajączkowska A., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 77-80

86--89

16

Kształtowanie właściwości implantów tytanowych metodami inżynierii powierzchni

Czarnowska E., Zajączkowska A., Major R., Morgiel J., Wierzchoń T.

Inżynieria Powierzchni

|

2007

|

nr 3

13-18

PL

Tytan i jego stopy ze względu na szczególne właściwości fizyczne, chemiczne oraz dobrą biozgodność w środowisku ludzkich komórek i tkanek znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie. Jednak, chociaż w mniejszym stopniu niż inne biomateriały metaliczne np. stale austenityczne i stopy CoCrMo, stosowanie tego materiału na implanty długookresowe ograniczają stosunkowo niska odporność na zużycie przez tarcie i przechodzenie składników stopu do otaczającego implant środowiska biologicznego. Stąd też podstawowym kierunkiem wyeliminowania tych ograniczeń są metody inżynierii powierzchni, umożliwiające kształtowanie mikrostruktury, składu fazowego i chemicznego, topografii powierzchni, a więc właściwości użytkowych stopów tytanu, w tym biologicznych. W artykule przedstawiono strukturę i właściwości warstw typu Ti3P + Ti2Ni wytwarzanych na stopie tytanu Ti6A14V w aspekcie zastosowania na implanty kostne.

EN

Titanium and its alloys regarding to their physico-chemical properties and good biocompatibility with human tissues are widely applied in medicine. Their long-term use as implant material is limited by low wear resistance and releasing the elements from the alloy to the surrounding implant environment. However this limitation is of lower degree than for e.g. an austenitic stainless steel or CoCrMo alloy. Surface engineering methods are applied to improve biomaterial useful properties of titanium alloys and their biocompatibility. These methods are aimed to modify microstructure, phase and chemical composition, and surface topography. The paper presents structure and properties of the surface layers Ti3P + Ti2Ni type produced on Ti6A14V alloy for bone implants application in medicine.

17

Structure and properties of titanium phosphides produced on the Ti6A14V titanium alloy

Czarnowska E., Zajączkowska A., Major L., Morgiel J., Wierzchoń T.

Advances in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, nr 3(13)

5-11

EN

Titanium and its alloys belong to the group of most promising metallic biomaterials used for bone implants. Their distinguishing properties are the high resistance to biological corrosion and the relatively good mechanical properties accompanied by low ductility. Their use is however limited by their low frictional wear resistance and the possibility of their constituents being released into the surrounding biological environment. The techniques which play the basic role in obviating these drawbacks are various surface treatments. The paper presents the results of examinations of the structure, phase composition, chemical composition, wear resistance and biocompatibility of the new composite layers of the Ti3P+Ti2Ni type produced on the Ti6A14V titanium alloy by a hybrid method.

18

Struktura i właściwości warstw tlenoazotowanych na stali 316L w aspekcie zastosowań w medycynie

Wierzchoń T., Skołek E., Zajączkowska A., Psoda M., Czarnowska E.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

1265-1267

PL

Zastosowanie niskotemperaturowego procesu tlenoazotowania jarzeniowego stali 316L (00H17N14M2) umożliwia wytworzenie warstw powierzchniowych składających się z austenitu przesyconego azotem tzw. fazy S z powierzchniową strefą tlenku chromu. Proces ten zapewnia zachowanie dobrej odporności korozyjnej tzw. stali medycznej, a jednocześnie w znaczący sposób zwiększa odporność na zużycie przez tarcie. W artykule przedstawiono warunki wytwarzania warstw tlenoazotowanych, ich strukturę, topografię powierzchni i właściwości tj. odporność na zużycie przez tarcie, korozję oraz ich biozgodność w kontakcie z ludzkimi fibroblastami. Uzyskane wyniki wskazują, że proces niskotemperaturowego tlenoazotowania jarzeniowego umożliwia wzrost twardości stali 316L do około 1120 HV0,05 oraz jej odporności na korozję i w znaczącym stopniu odporności na zużycie przez tarcie. Wytworzenie warstwy tlenków chromu wpływa również korzystnie na biozgodność stali austenitycznej 316L.

EN

316 steel (00H17N14M2) was subjected to low-temperature glow discharge-assisted oxynitriding in order to produce surface layers composed of nitrogen saturated austenite, known as the S phase, with a near-surface chromium oxide zone. This process improves significantly the properties of the steel, in particular the corrosion resistance and the frictional wear resistance, which are properties important in medical applications. The paper is concerned with the technology of the oxynitrided layers, and describes their structure, surface topography and properties, such as frictional wear resistance, corrosion resistance and biocompatibility with human fibroblasts. The results obtained indicate that the low-temperature glow discharge-assisted oxynitriding increases the hardness of 316L steel to about 1120 HV0.05, improves its corrosion resistance, and in a significant degree, its frictional wear resistance. The chromium oxide layers in addition improve the biocompatibility of the steel.

19

Wpływ sterylizacji na właściwości biologiczne warstw azotowanych wytworzonych na stopie tytanu Ti6Al4V w warunkach wyładowania jarzeniowego

Sowińska A., Zajączkowska A., Cukrowska B., Godlewski M. M., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

200-202

20

Biozgodność warstwy kompozytowej typu Ti3P+Ti-Ni z powłoką hydroksyapatytu

Zajączkowska A., Sowińska A., Cukrowska B., Godlewski M. M., Skołek E., Mróz W., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

212-214