Chlebek Weronika - Esco.pl

WYśSZA SZKOŁA INśYNIERII DENTYSTYCZNEJ
IM. PROF. MEISSNERA W USTRONIU
WYDZIAŁ INśYNIERII DENTYSTYCZNEJ
“Mikrostruktura wybranych implantów
stomatologicznych w mikroskopie świetlnym i
skaningowym mikroskopie elektronowym”
Weronika Chlebek
Praca dyplomowa napisana
W Katedrze Nauk o Materiałach
pod kierunkiem naukowym
Doc. dr hab. InŜ. Kszysztof Sztwiertnia

Materiały na implanty
Dokonując historycznego przeglądu rozwoju tworzyw metalicznych stosowanych na
implanty moŜna uznać, Ŝe próbowano uŜytkować praktycznie większość metali i
stopów, które odznaczały się wystarczającą odpornością na korozję i biotolerancję
oraz odpowiednimi własnościami fizykochemicznymi, a przede wszystkim
mechanicznymi. Wieloletnie doświadczenia kliniczne dały moŜność oceny ich
przydatności uŜytkowej, na podstawie której wytypowano ostatecznie te metale i
stopy, które mogą być wykorzystane w praktyce chirurgicznej bezpieczniej, z
niewielkim ryzykiem powikłań.

Cel pracy
Celem pracy jest określenie mikrostruktury stopów
metali wykorzystanych do wykonania implantów
stomatologicznych.
Do analizy mikrostruktury wykorzystano:
- mikroskop optyczny
- elektronowy mikroskop skaningowy (SEM)

Biomateriały metaliczne
Dobry biomateriał metaliczny powinien się charakteryzować
następującymi cechami:
- nietoksycznością,
- niewywoływaniem odczynów alergicznych,
- dobrą odpornością korozyjną,
- odpowiednimi właściwościami elektrycznymi,
- odpowiednimi właściwościami mechanicznymi,
- odpornością na zuŜycie ścierne,
- brakiem tendencji do tworzenia zakrzepów,
- moŜliwym do przyjęcia kosztem wytworzenia.

Implanty
Jednymi z najbardziej popularnych są implanty stomatologiczne, zastępujące
korzenie utraconych zębów.
Współczesna implantologia ortopedyczna i stomatologiczna bazuje na
zjawisku osseointegracji.
W pracy tej badane były implanty dwóch firm: AB Dental Devices oraz IDI
(Implants Diffusion Internationale).

Metale i stopy na implanty
Wszystkie aktualnie stosowane stale implantowe cechują:
- dobre właściwości wytrzymałościowe
- odpowiedni skład chemiczny i struktura gwarantująca dobrą odporność na
korozję
- bardzo dobre właściwości technologiczne umoŜliwiające zastosowanie
zaawansowanych procesów kształtowania i wykończenia powierzchni.
Obecnie czysty tytan i jego stop Ti6Al4V stosowane są do wytwaŜania tak
zróŜnicowanych implantów jak: płytki kostne, obudowy i elementy
stymulatorów serca, śruby, gwoździe i materiały dentystyczne.

Tytan i jego stopy
Tytan i jego stopy mają unikatowe właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak
wytrzymałość na rozciąganie i zmęczenie, korzystny stosunek wytrzymałości na
rozciąganie do granicy plastyczności oraz mały moduł Younga w połączeniu z małym
cięŜarem właściwym. Tytan techniczny i jego stopy dzięki tworzeniu się warstw
pasywnych charakteryzuje wysoka biotolerancja. Warstwa tlenkowa o grubości 5nm
pełni funkcję ochronną przed środowiskiem korozyjnym, dodatkowo grubość tę
moŜna zwiększyć w trakcie anodowania od 20nm do 400nm, w zaleŜności od
parametrów procesu. Mikrostruktura tytanu wpływa na jego właściwości
mechaniczne.
W przyrodzie tytan występuje w dwóch odmianach alotropowych: α i β.
WaŜną właściwością tytanu jest biokompatybilność, czyli zdolność do trwałego
połączenia Ŝywej tkanki kostnej z powierzchnią tytanowego implantu.

Stop Ti-6Al-4V
Stop ten posiada strukturę dwufazową α i β. Faza β uzyskiwana jest przez wprowadzenie
określonek ilości pierwiastków stabilizujących. Do nich zaliczyć moŜna wanad. Aluminium w tym
stopie zmniejsza jego cięŜar właściwy, umacnia fazę α zarówno przy temperaturze pokojowej, jak i
podwyŜszonej oraz polepsza jego obrabialność.
Mikrostruktury stopu Ti-6Al-4V: a) płytkowa, b) równoosiowa, c) bimodalna (“Bionanomateriały”
M.Jurczyk, J.Jakubowicz)
Mikrostruktura stopu Ti6Al4V roŜni się od mikrostruktury innych stopów tytanu pod
względem zawartości składnikow. Mikrostruktura Ti-6Al-4V to około 80% cząstkowej fazy alfa.
Czynnikiem sprzyjającym korozji jest niejednorodna budowa stopu (α + β) oraz powstałe, w
wyniku obróbki cieplnej, drobne wydzielenia związków wanadu w kształcie igieł.

Badania makro- i mikroskopowe
Badania makroskopowe i mikroskopowe są bardzo potrzebne w ujawnianiu wad i
ustalaniu przyczyn ich powstawania. Pozwalają na opracowaniu takich technologii
wytwarzania, które pozwoliłyby zminimalizować powstawanie wad w wyrobach
metalowych co zwiększa bezpieczństwo uŜytkowników.
Przygotowanie próbek
Przygotowanie próbek do badań na mikroskopie świetlnym składa się z
następujących czynności:
1. Wycięcie próbki
2. Szlifowanie powierzchni
3. Polerowanie powierzchni
4. Trawienie powierzchni

Techniki badawcze wykorzystywane do
analizy mikrostruktury
- mikroskop świetlny
- elektronowy mikroskop skaningowy SEM (od ang. Scanning Elektron
Microscope)
W skaningowym mikroskopie elektronowym wykorzystuje się zjawisko
elektronów wtórnych SE (od ang. Secondary electrons) oraz elektronów
wstecznie rozproszonych BSE (od ang. Backscattered electrons)

Wyniki badań mikroskopowych
Badanie mikrostruktury prowadzono na mikroskopie optycznym Leica QWin przy
powiększeniach do 500 razy oraz w elektronowym mikroskopie skaningowym XL
30 ESEM, Philips przy napięciu przyspieszającym 15 kV. Dla obserwacji
mikrostruktury w mikroskopie skaningowym wykorzystywano sygnał elektronów
wtórnych (SE - secondary electron).
Polerowanie elektrolityczne prowadzono w odczynniku o składzie: 100 ml kwasu
chlorowego HCrO4 i 400 ml bezwodniku octowego (CH3CO)2O.
Trawienie chemiczne prowadzono w odczynniku o składzie: 90 ml wody
destylowanej H2O, 5 ml kwasu fluorowodorowego HF, 5 ml kwasu azotowego
HNO3.

Przekrój poprzeczny
Przekrój wzdłuŜny
Mikrostruktura próbki implantu firmy AB Dental Devices. Obraz próbki z
mikroskopu optycznego – powiększenie 500x.

Przekrój poprzeczny
Przekrój wzdłuŜny
x2000
x2000
x4000
x4000
Mikrostruktura próbki implantu firmy AB Dental Devices. Obraz próbki z
mikroskopu skaningowego.

Przekrój poprzeczny
Przekrój wzdłuŜny
Mikrostruktura próbki implantu firmy IDI. Obraz próbki z mikroskopu optycznego
– powiększenie 1000x

Przekrój poprzeczny
Przekrój wzdłuŜny
x2000
x2000
x4000
x4000
Mikrostruktura próbki implantu firmy AB Dental Devices. Obraz próbki z
mikroskopu skaningowego.

Wnioski
Na wypolerowanych powierzchniach próbek moŜliwe jest zaobserwowanie
tylko niektórych składników mikrostruktury.
Poddanie próbek trawieniu umoŜliwiło przeprowadzenie analizy struktur
oraz identyfikację wydzieleń. Wytrawienie zgładu konieczne jest dla
uzyskania ziaren metalu. Na fotografiach moŜna zauwaŜyć granice ziaren
(zaatakowane przez odczynnik trawiący).
Na fotografiach próbek implantów stomatologicznych uwidocznione są
wady, np. niejednorodna powierzchnia stopu (α + β), a takŜe znaczna
warstwa tlenkowa na powierzchni.

Dziękuję za uwagę