89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

106 todą mikroskopii skaningowej SEM oraz mikroanalizie
EDS, a także rezultatach rentgenowskiej analizy spektroskopowej
XPS. Podobieństwo i różnice właściwości
chemicznych pomiędzy tytanem a niobem znalazło
potwierdzenie w morfologii i składzie chemicznym
nanorurek powstałych na ich powierzchni, składających
się z tlenku tytanu i tlenków metali stopowych
tworzących Ti6Al7Nb.
[Inżynieria Biomateriałów, 89-91, (2009),105-109]
wprowadzenie
Cienkie warstwy tlenkowe na tytanie i jego implantowych
stopach charakteryzują się znakomitą biozgodnością i
zdolnością do stymulowania procesów osteointegracji [1].
Jedną z metod ich formowania jest anodowanie. Technologie
anodowania charakteryzują się szerokim zakresem parametrów
polaryzacji, różnorodnością elektrolitów oraz sposobów
przygotowania powierzchni metalu. W efekcie powstają
warstwy różniące się szeregiem właściwości, morfologią i
topografią, grubością i budową krystaliczną, stechiometrią,
właściwościami dielektrycznymi i mechanicznymi [2-3].
Cienka warstwa naturalnego tlenku na tytanie i jego stopach
nie spełnia funkcji ochronnych w warunkach eksploatacji
w środowisku biologicznym, dlatego powierzchnie tych
tworzyw poddaje się dodatkowym obróbkom powierzchniowym
w celu poprawy biozgodności z otaczającą tkanką
i krwią, biofunkcjonalności i ograniczenia zjawisk metalozy.
utlenianie elektrochemiczne należy do grupy chemicznych
metod modyfikacji powierzchni, do których obok chemicznej
obróbki w roztworach kwasów i zasad, zaliczyć także można
wytwarzanie powłok tlenkowych metodą zol-żel, silanowanie
TiO 2, formowanie samotworzących się warstw (SAMs) oraz
warstw nanostrukturalnych [4]. Dwutlenek tytanu, zwłaszcza
w postaci nanostrukturalnej, wykazuje szereg interesujących
właściwości jak np.: zdolność katalizy i fotokatalizy,
konwersja energii słonecznej oraz znajduje zastosowanie
jako matryce biosensorów, nośników leków, w enkapsulacji
komórek oraz w inżynierii tkankowej [5-7].
W ostatnich latach wiele prac poświęcono uzyskaniu
samoorganizujących się nanorurek TiO 2 o wysokim uporządkowaniu
porów i kontrolowanych rozmiarach na dużej
powierzchni utlenianego materiału [8-12]. Tytan pokryty
warstwą nanorurek z tlenku tytanu, podobnie jak tytan pokryty
warstwą zwartego tlenku tytanu, powinien stanowić
tym lepsze podłoże dla osteoblastów, im bardziej rozwinięta
jest powierzchnia oraz im większe wykazuje powinowactwo
do kationów, np. wapnia [13].
W pracy podjęto badania nad wytwarzaniem nanorurek
na tytanie i stopie tytanu z niobem Ti6Al7Nb w celu porównania
efektów anodowania 2 materiałów implantowych o
zróżnicowanym składzie chemicznym i fazowym, a także
stwierdzenia, czy metoda ta pozwala na wprowadzenie
fosforanów do nanorurkowej warstwy wierzchniej dla stymulacji
osteointegracji.
materiały i metodyka badań
Do badań użyto folię tytanową (99,99% Sigma Aldrich)
o wymiarach 10×10×0,1 mm oraz stop tytanu Ti6Al7Nb
(Boehler) o zawartoúci 6,01%Al, 6,95%Nb, 0,18%O oraz
0,2% zanieczyszczeń, w postaci krŕýków o wymiarach
¨17mm × 3mm. Stanowiły one elektrody robocze, natomiast
w charakterze elektrody pomocniczej zastosowano folię
platynową o wymiarach 20×20×0,1 mm, a jako elektrodę
odniesienia, nasyconą elektrodę kalomelową (NEk) z
kapilarą Luggin’a. Próbki stopu polerowano do uzyskania
powierzchni lustrzanej, odtłuszczano ultradźwiękowo w
results of the XPS examination. The similarities and
differences between chemical properties of titanium
and niobium were confirmed in morphology and chemical
composition of nanotubes made of titania and
oxides of alloying elements of Ti6Al7Nb.
[Engineering of Biomaterials, 89-91, (2009),105-109]
introduction
Thin anodic films on titanium and its alloys have superior
biocompability and capability to stimulate of osteointegration
[1]. Anodising is one of the method to form such layers.
Anodizing technologies are characterised by diversity of polarization
parameters, electrolytes and surface preparation.
The resulting layers differ in various properties, morphology,
topography, thickness and steochiometry, dielectric and
mechanical properties as well [2-3]. The layer of natural
oxides on titanium and its alloys does not fully perform
protective functions of use in the biological environment,
hence surfaces are subjected to modification. The purpose
of the modification may consists in improving resistance
to corrosion, biocompatibility with surrounding tissues or
blood, biofunctionality, bioactivity, osseoconductivity, resistance
to abrasion or limiting the phenomenon of metalosis.
Electrochemical oxidation belongs to the group of chemical
methods of surface modification, which include also sol-gel
techniques, TiO 2 silanisation, self-formation of SAMs layers,
and formation of nanostructural layers [4].
Titanium oxide layers on titanium, and in particular nanostructured
TiO 2, manifest numerous interesting properties
such as catalytic and photocatalytic properties, solar energy
conversion, and is used in the production of biomedical
devices, biosensors, drug delivery, cells encapsulation and
tissue engineering) [5-7].
Significant progress has been made recently in the application
of anodizing as a method of forming nano-structural
layers of oxides on metal surfaces. A lot of work has been
focused on obtaining self-organizing TiO 2 nanotubes of high
level of the organization of pores on large surfaces as well
controlling the size as well as arrangement of pores [8-12].
Titanium covered with titania layer, similarly to titanium covered
with compact titania, should be the better platform for
osteoblasts, the more developed is surface and the higher
is its affinity to cations, i.e calcium [13].
The paper focuses on formation of oxide nanotubes on
titanium and Ti6Al7Nb titanium and niobium alloy aiming
on comparison of the anodizing of 2 implant materials of
different chemical and phase composition, and testing the
possibility of introduce phosphates into nanotubular surface
layer to stimulate the osteointegration.
materials and methodology
For the purpose of the research 10×10×0.1mm (99,99%
Sigma Aldrich) titanium foil and Ti6Al7Nb (Boehler) titanium
alloy with 6,01%Al, 6,95%Nb, 0,18%O, 0,2% impurity in the
form Ř17mm×3mm discs were used as working electrodes,
20×20×0.1mm platinum foil was used as counter electrode
and SCE with Luggin’s capillary as reference electrode.
Alloy samples were polished until mirror-like surface was
obtained, degreased ultrasonically in isopropyl and methanol,
rinsed in redistilled water and dried in the stream of
nitrogen [14]. Electrolyte solutions were prepared from
analytical-grade reagents and re-distilled water. Formation
of oxide layers was conducted in 1-molar solution of H 3PO 4
containing 0,4%wt. HF [15]. For anodizing the AutoLab
potentiostat/galvanostat and Ecochemie voltage multiplier
were used, controlled by Nova 3 software. Anodizing was