Wytwarzanie nanostrukturalnych warstw C/HAp hybrydową metodą

Wytwarzanie nanostrukturalnych warstw C/HAp hybrydową metodą

II Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów
Politechniki Łódzkiej
Kwiecień 16 – 18, 2012; Rogów – Polska
WYTWARZANIE NANOSTRUKTÓRALNYCH WARSTW C/HAp HYBRYDOWĄ METODĄ
PLAZMOWĄ RF PACVD MS DLA POTRZEB MEDYCYNY
Doktorant: Przemysław Skwierczyński
Promotor: Piotr Niedzielski
* Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka, Polska
e-mail: [email protected]
Streszczenie
Głównym celem współczesnej inżynierii biomedycznej jest wytworzenie materiałów
implantacyjnych charakteryzujących się właściwościami umożliwiającymi ich dopasowanie pod
konkretne zastosowanie. Dotyczy to zwłaszcza implantów długoterminowych, które powinny wypełniać
swoje zadanie przez okres co najmniej dwudziestu lat, np. są to endoprotezy stawu biodrowego czy
stabilizatory kręgosłupa. Nie należy jednak umieszczać metalicznego implantu w organizmie ludzkim bez
uprzedniego zabezpieczenia jego powierzchni, choćby ze względu na zjawisko zwane metalozą. Tu z
pomocą przychodzi inżynieria materiałowa, a dokładniej inżynieria powierzchni. Istniejące techniki
zabezpieczeń powierzchni implantu, które rozwijają się już od ponad trzech dekad, pozwalają na
przeciwdziałaniem wspomnianemu efektowi. Najczęściej dokonywane są modyfikacje powierzchni
poprzez pokrycie danego implantu powłoką, wytworzoną technikami plazmowymi. Powłoka taka nie
tylko zabezpiecza wspomnianą powyżej powierzchnię implantu, ale również sama odznacza się
właściwościami, które są korzystne z punktu widzenia implantologii. Istnieje wiele różnych materiałów
stosowanych na pokrycia implantów np. krzem, węgiel, tlenek cyrkonu, tlenek tytanu czy hydroksyapatyt.
Ten ostatni wytwarzany jest przy pomocy różnych metod osadzania m.in. metoda ablacji laserowej, zolżel, elektroforezy, natryskiwanie cieplne czy rozpylanie magnetronowe z wykorzystaniem wysokiej
częstotliwości. Mimo bardzo dobrych właściwości biologicznych jakimi odznacza się sam materiał
(wysoka biotolerancja, osteoinduktywność), posiada on również pewne wady, mianowicie wykazuje
niską adhezję względem pokrywanego podłoża. W tym celu stosuje się różne modyfikację poprawiające
ten parametr, głównie przez zastosowanie międzywarstwy, która odznacza się dobrą adhezją zarówno do
pokrywanego podłoża jak i do warstwy zewnętrznej.
W swoich badaniach wytworzyłem warstwę C/HAp z wykorzystaniem techniki plazmowej RF
PACVD MS (radio frequency plasma assisted chemical vapor deposition magnetron sputtering). Użycie
tej metody pozwoliło na połączenie zalet warstwy węglowej (wysoka biotolerancja, przeciwdziałanie
metalozie) z wspomnianymi zaletami warstwy hydroksyapatytowej. Ponadto pozwoli to na otrzymanie
dodatkowych korzyści w postaci poprawy biozgodności pokrytego implantu, podwyższenia adhezji
hydroksyapatytu do podłoża, czy też zabezpieczenia organizmu przed jonami metalu.
II Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów
Politechniki Łódzkiej
Kwiecień 16 – 18, 2012; Rogów – Polska
PREPARATION OF NANOSTRUCTURED C/HAp LAYERS USING RF PACVD MS
HYBRID METHOD FOR MEDICAL APPLICATIONS
PhD Student: Przemysław Skwierczyński
Supervisor: Piotr Niedzielski
*Institute of Materials Science and Engineering, Faculty of Mechanical Engineering,
Technical University of Lodz, Poland
e-mail address: [email protected]
Abstract:
The main goal of modern biomedical engineering is to produce implant materials that characterize
the properties allowing them fit for a specific application. This is especially important for long-term
implants that need to perform their job for at least twenty years, for example the endoprosthesis of the hip
or spin stabilizers. However, we should not put a metallic implant in the human body without first
securing the surface, because of a phenomenon called metallosis. Here with help comes material science,
especially the surface engineering. Existing techniques for securing implant surface, which have been
developed for more than three decades, allow for prevention of before said effect. Most commonly used
modification is by covering the surface of the implant by coating which is produced by plasma
techniques. This coating not only protects the surface of the implant mentioned above, but itself is
characterized by properties that are useful from the standpoint of implantology. There are many different
materials used for coating of implants such as silicon, carbon, zirconium oxide, titanium oxide and
hydroxyapatite. This last one is produced by various deposition methods such as method of laser ablation,
sol-gel, electrophoresis, thermal spraying or magnetron sputtering with the use of high frequency. Despite
a very good biological properties which characterizes this material (high biotolerance, osteoinductance),
it also has some drawbacks, namely exhibits low adhesion in relation with covered surface. For this
purpose various modifications are used to improve this parameter, mainly by applying interlayer, which
has good adhesion to both, the covered surface and to the outer layer.
In my research I have deposited a C/HAp layer using plasma technique RF PACVD MS (radio
frequency plasma assisted chemical vapor deposition magnetron sputtering). Using this method enabled
to combine the advantages of carbon layer (high biotolerance, metallosis prevention) with mentioned
advantages of hydroxyapatite layer. Moreover this will allow to receive additional benefits in terms of
improving the biocompatibility of the coated implant, increased hydroxyapatite adhesion to the substrate,
or protect the organism against the metal ions.