Otrzymywanie bioaktywnych powłok na podłożu tytanu metodą osadzania elektroforetycznego (EPD)

• Autorzy: Szaraniec, B. , Zych, Ł.

Warianty tytułu

EN

Formation of bioactive coatings on titanium by electrophoretic deposition method (EPD)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było otrzymanie metodą EPD bioaktywnych powłok z nanokrzemionki oraz fosforanu wapnia β-TCP na podłożu tytanowym. Powłoki nanoszono z zawiesin cząstek w etanolu (alkohol absolutny). Wyznaczono zależność potencjału dzeta od pH oraz rozkład wielkości cząstek. Potencjał dzeta proszku SiO2 praktycznie w całym badanym zakresie pH przyjmował wartości ujemne, podczas gdy dla proszku TCP do punktu izoelektrycznego, tj. pH 10 przyjmował wartości dodatnie. Miało to wpływ na dobór warunków osadzania elektroforetycznego. Oba stosowane proszki cechowały się dwumodalnym rozkładem wielkości cząstek związanym ze zjawiskiem aglomeracji. Proces elektroforetycznego osadzania przeprowadzono dla każdej zawiesiny w dwóch seriach przez 30 i 60 sekund przy stałym napięciu 43 V. Po obróbce termicznej (600°C, 2 h, argon) scharakteryzowano mikrostrukturę otrzymanych powłok (SEM), a następnie przeprowadzono badania bioaktywności w sztucznym płynie fizjologicznym (SBF). Otrzymane powłoki były w obu przypadkach jednorodne, jednak słabo związane z podłożem. W przypadku nanokrzemionki dłuższy czas osadzania prowadził do powstania grubszych warstw i pojawiania się w ich obrębie nieciągłości. Badania in vitro wskazały na wysoką bioaktywność obu powłok. Na powłoce TCP po siedmiodniowej inkubacji formowała się ciągła, homogeniczna i gruba warstwa apatytów. Warstwa nanokrzemionki uległa w trakcie inkubacji spękaniu i na powierzchni tytanu zostały jedynie jej fragmenty.

EN

The aim of the work was to produce bioactive coatings of nanosilica and calcium phosphate (β-TCP) on a titanium substrate using the electrophoretic deposition method (EPD). The coatings were deposited from ethanol-based suspensions using absolute alcohol. The zeta potential vs pH and particle size distribution were determined. The zeta potential of SiO 2 powder was negative almost in the whole pH range while in the case of the TCP powder it was positive above its isoelectric point, i.e. over pH 10. The differences in the zeta potential characteristics influenced the conditions of the electrophoretic deposition process. Both the applied powders showed bimodal distribution of particle size most probably caused by agglomeration of the powders. The electrophoretic deposition process was conducted for each suspension in two series for 30 and 60 s under constant voltage of 43 V. After thermal treatment at 600°C for 2 h in argon, the microstructure of the produced coatings was examined using SEM and then bioactive tests in simulated body fluid (SBF) were conducted. The coatings in both cases were homogenous, but fixed poorly to the substrate. In the case of the nanosilica, a longer deposition time led to the formation of thicker layers in which some discontinuities occurred. Tests in in vitro conditions indicated high bioactivity of both coatings. After 7 days of incubation, a continuous, homogenous and thick layer of apatites was formed on the TCP coating, while the nanosilica coating cracked during incubation and only some fragments remained on the surface of the titanium substrate.

Słowa kluczowe

PL

EPD; tytan; krzemionka; TCP; bioaktywność

EN

EPD; titanium; silica; TCP; bioactivity

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 4
• Strony: 260--263
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Szaraniec, B.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie,

autor

Zych, Ł.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• [1] Boccaccini A. R., Keim S., Ma R., Li Y., Zhitomirsky I.: Electrophoretic deposition of biomaterials. J. Royal Soc. Interface 7 (2010) 581÷613.
• [2] Ramaswamy Y., Wu C., Zreiqat H.: Orthopaedic coating materials considerations and applications. Expert Rev. Med. Devices 6 (2009) 423÷430.
• [3] Wei M., Ruys A. J., Milthorpe B. K., Sorrell C. C.: Precipitation of hydroxyapatite nanoparticles: effects of precipitation method on electrophoretic deposition. J. Mater. Sci. Mater. Med. 16 (2005) 319÷324.
• [4] Esfehanian M., Raissi-Dehkorodi B., Moztarzadeh F.: Electrophoretic of hydroxyapatite on metal implants. Interceramics 54 (2005) 92÷98.
• [5] Szaraniec B., Chłopek J., Dynia G.: Porowate biomateriały tytanowe modyfikowane ceramiką bioaktywną. Inżynieria Materiałowa 30 (2009) 449÷451.
• [6] Sridhal T. M., Eliaz N., Kamachi Mudali U., Raj B.: Electrophoretic deposition of hydroxyapatite coatings and corrosion aspects of metallic implants. Corros. Rev. 20 (2002) 255÷293.
• [7] Chen W., Liu Y., Courtney H. S., Bettenga M., Agrawal C. M., Bumgardner J. D., Ong J. L.: In vitro anti-bacterial and biological properties of magnetron co-sputtered silver-containing hydroxyapatite coating. Biomaterials 27 (2006) 5512÷5517.