89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

właściwości biologiczne
porowatego tytanu
modyfikowanego
powierzchniowo – badania
in vivo
barbara szaraniec 1 , katarzyna Jodkowska 2 , Jan chłoPek 1
1 AkAdemiA górniczo – huTniczA, wydziAł inżynierii mATeriA-
łowej i cerAmiki, kATedrA BiomATeriAłów, krAków
2 sggw, wydziAł medycyny weTerynAryjnej,
kATedrA nAuk klinicznych, wArszAwA
Streszczenie
Celem pracy była ocena biologiczna w warunkach
in vivo porowatych implantów tytanowych modyfikowanych
powierzchniowo ceramiką bioaktywną.
Wszczepy tytanowe otrzymywano stosując metalurgię
proszków, a następnie przy użyciu metod
zol-żel i elektroforezy pokrywano je powierzchniowo
bioszkłem, zolem wapniowo-krzemionkowym oraz
hydroksyapatytem. Badania in vivo przeprowadzono
na królikach nowozelandzkich. Implanty wprowadzano
do łoża kostnego powstałego po usunięciu siekacza
żuchwy. Na podstawie obserwacji rentgenowskich
oraz mikroskopowych oceniono biozgodność materiałów.
Żadna z zastosowanych modyfikacji nie wykazuje
negatywnego wpływu na otaczające tkanki. Implanty
łączą się bezpośrednio z kością bez otoczki łącznotkankowej,
jedynie w przypadku modyfikacji zolem
wapniowo-krzemionkowym połączenie kość-implant
jest nieco gorsze.
Słowa kluczowe: tytan, badania in vivo, hydroksyapatyt,
bioszkło
[Inżynieria Biomateriałów, 89-91, (2009), 205-207]
materiały i metody
Porowate próbki tytanowe w postaci walców o średnicy
4,6mm i wysokości 4mm otrzymano metodą metalurgii
proszków mieszając proszek tytanowy (Atlantic Equipment
Engineers, uSA) z porogenem (wodorowęglan amonu,
Chempur) w stosunku wagowym 30/70 [1,2,3]. Po zaprasowaniu
proszków i usunięciu porogenu wypraski spiekano
w wysokiej próżni (5·10 -4 mbar) w temperaturze 1200 o C
przez 5h. Otrzymane spieki tytanowe modyfikowano powierzchniowo
trzema rodzajami materiałów bioaktywnych:
bioszkło (TiBio), zol wapniowo-krzemionkowy (TiCS) oraz
hydroksyapatyt (TihAp).
hydroksyapatyt nanoszono metodą elektroforezy z
0,4% zawiesiny hydroksyapatytu w alkoholu absolutnym
(odległość między próbką a elektrodą 1,5mm, u=15V,
I=0,3mA, t=15s).
Bioszkło z układu CaO-P 2O 5-SiO 2 (80-4-16%) (na bazie
tetraetoksyortosilanu Si(OC 2h 5) 4 (TEOS), fosforanu trietylu
OP(OC 2h 5) 3 (TEP) i azotanu wapnia Ca(NO 3) 2·4h 2O [6])
nanoszono na podłoże metodą zol-żel wynurzając próbki
ze stałą prędkością 20cm/min. Po 24h suszenia powłok w
powietrzu poddano je obróbce termicznej w temperaturze
160°C przez kolejną dobę [4].
Powłokę wapniowo-krzemionkową (o stosunku CaO/
SiO 2=1,2 na bazie tetraetoksyortosilanu Si(OC 2h 5) 4 (TEOS)
oraz azotanu wapnia Ca(NO 3) 4h 2O) podobnie jak poprzednio
nanoszono na podłoże metodą zol-żel wynurzając
biological properties
of porous titanium with
modified surface – in vivo
studies
barbara szaraniec 1 , katarzyna Jodkowska 2 , Jan chłoPek 1
1Agh universiTy of science And Technology,
fAculTy of mATeriAls science And cerAmics,
dePArTmenT of BiomATeriAls, crAcow, PolAnd
2sggw wArsAw AgriculTurAl universiTy,
fAculTy of veTerinAry medicine, wArsAw, PolAnd
abstract
The aim of the work was to evaluate the biological
behaviour of porous titanium implants surface modified
with bioactive ceramics. Titanium implants were
obtained by powder metallurgy. Their surface was
modified with: electrophoretically deposited hydroxyapatite,
sol-gel coating with bioglass (CaO-P 2O 5-SiO 2),
sol-gel coating with calcium-silica. The specimens
were implanted in jaw-bone of New Zealand rabbits.
The implants were placed into incisor alveolus. Biocompatibility
of materials were evaluated by X-ray and
SEM techniques.
No modifications negatively influenced on the surrounding
tissues. Implants joined with bone directly
without fibrous connective tissue. Only for calciumsilica
sol modified titanium the bone-implant interface
was slightly weaker.
Keywords: titanium, in vivo tests, hydroxyapatite,
bioglass
[Engineering of Biomaterials, 89-91, (2009), 205-207]
materials and methods
Porous titanium specimens (cylinder-shaped, 4.6 mm
in diameter and 4 mm tall) were produced by combining
titanium powder (Atlantic Equipment Engineers, uSA) with
porogen (ammonium bicarbonate, Chempur) at 30/70
weight ratio, which is a method used in powder metallurgy
[1,2]. The powders were compressed and after porogen
removal, the compacts were sintered under high vacuum
(5·10 -4 mbar) at 1,200 o C for 5h. The sintered titanium was
subject to surface modifications with three types of bioactive
materials: bioglass (TiBio), calcium-silica sol (TiCS) and
hydroxyapatite (TihAp).
hydroxyapatite was transferred by electrophoresis in form
of 0.4 % hydroxyapatite suspension in absolute alcohol (the
distance between the specimen and the electrode = 1.5 mm,
u=15V, I=0,3mA, t=15s).
Another specimen was covered with bioglass of the
CaO-P 2O 5-SiO 2 (80-4-16%) system (based on tetraethoxy-ortosilane
Si(OC2h5)4 (TEOS), triethyl phosphate
OP(OC 2h 5) 3 (TEP) and calcium nitrate Ca(NO 3) 2·4h 2O [3])
via sol-gel method. The specimens were emerged with a
constant speed of 20cm/min. After 24 h of air drying, the
specimens were subjected to heat treatment at 160°C for
another 24 h.
The last specimen was coated with calcium-silica (CaO/
SiO 2=1.2 based on tetra-ethoxy-ortosilane Si(OC 2h 5) 4(TEOS)
and calcium nitrate) via sol-gel method as previously. The
specimens were emerged with a constant speed of 20cm/
205