پوشش زیست فعال هیدروکسی آپاتیت بر روی کاشتنی NiTi

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مواد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته و فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

2 دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته و فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

3 دانش‌آموختة کارشناسی ارشد مهندسی شناسایی و انتخاب مواد مهندسی،مرکز تحقیقات مواد پیشرفته و فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

10.22041/ijbme.2012.13093

چکیده

آلیاژ حافظه‌دار NiTiبه علت مقدار نیکل بالای موجود در آن و سطح زیست خنثی نمی‌تواند همۀ نیازهای  بالینی کاشتنی را تأمین کند. بنابراین به منظور افزایش زیست‌سازگاری و زیست فعالی، سطح این آلیاژها اغلب با زیست موادی نظیر هیدروکسی‌آپاتیت با استفاده از روش‌های مختلفی پوشش‌دهی می‌شود. در پژوهش حاضر برای دست‌یابی به یک پوشش زیست فعال و سدی در برابر آزادسازی یون نیکل، از روش‌ الکتروفورتیک برای ایجاد پوشش هیدروکسی‌آپاتیت استفاده شد. محلول سوسپانسیون مورد استفاده n– بوتانول و تری اتانول آمین بود. عملیات رسوب‌گذاری در پتانسیل‌های 40،60 و 80 ولت در مدت زمان 120ثانیه بر روی کاتد انجام شد. نمونه‌ها در دمای اتاق به مدت 24 ساعت خشک شدند؛ سپس عملیات تف‌جوشی  به مدت 2 ساعت در کوره تحت اتمسفر آرگون در دمای 800 انجام شد. پوشش ایجاد شده با تکنیک‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس (EDX) ارزیابی، و رفتار زیست فعالی و خوردگی نمونه‌ها در محلول شبیه‌سازی بدن (SBF) بررسی شد. نتایج نشان می‌دهند که پوشش HAایجاد شده در 60 ولت، متراکم و یکنواخت بوده؛ قابلیت ایجاد و رشدلایه آپاتیتی را در محیط SBFدارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hydroxyapatite Coatings for NiTi Implants

نویسندگان [English]

  • Vida Khalili 1
  • Jafar Khalil Allafi 2
  • Hosein Maleki Ghaleh 3
1 Ph.D Student, Research Center for Advanced Materials and Mineral Processing, Faculty of Materials Engineering, Sahand University of Technology
2 Associate Professor, Research Center for Advanced Materials and Mineral Processing, Faculty of Materials Engineering
3 M.Sc, Research Center for Advanced Materials and Mineral Processing, Faculty of Materials Engineering
چکیده [English]

NiTi shape memory alloy cannot provide all the clinical requirements of an implant due to the high nickel content and bio-inert surface.  Thus, its surface is coated by bio-ceramics such as hydroxyapatite (HA) in different methods in order to improve biocompatibility and bioactivity. In the present study, a bio-active coating of HA using electrophoretic deposition technique was created on the surface of NiTi alloy to act as a barrier and prevent the diffusion of nickel ions in to the body fluid. A suspension was prepared by n-butanol as solvent and triethylenamine as dispersant. Coatings were deposited at different voltage of 40, 60 and 80 V for duration of 120s on the cathode. Then coated samples were sintered at 800 °C under argon atmosphere for 2 hrs. Evaluation of coatings was performed by X-ray diffraction techniques (XRD), scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Bioactivity and corrosion behavior of HA coatings was studied within simulated body fluid (SBF) environment. The results showed, the sample coated at 60 V is dense, uniform, owing proper corrosion resistant, and also the ability for nucleation and growth of apatite layer in SBF.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NiTi shape memory
  • electrophoretic
  • Hydroxyapatite
  • simulated body fluid
[1] W. Donnlley, J.Callaghan, Hydroxyapatite coating in the adult hip; Lippincottraven pub, 1998; 1041-1054.

[2] L. S. Castleman, S. Motzkin, F. P. Alicandri, V. L. Bonawit, J. Biomed, Biocompatibility of Nitinol Alloy as anImplant Material; MATEK. RES, 1976; 10: 695-731.

[3] A.R. Pelton, D. Stockel, T. W. Duerig, Medical Uses of Nitinol; Mater Sci Forum, 2000; 327-328:63-70.

[4] C. Greiner , S. M. Oppenheimer, D. C. Dunand , High strength, low stiffness, porous NiTi with superelastic properties; Acta Biomate, 2005; 1:705–716.

[5] X. Feng Xiao, R. F. Liu, Effect of suspension stability on electrophoretic deposition of hydroxyapatite coatings; Mater Lett, 2006; 60:2627–2632.

[6] M. Javidi, S. Javadpour, M.E. Bahrololoom, J. Ma, Electrophoretic deposition of natural hydroxyapatite on medical grade 316L stainless steel; Mater Sci Eng C, 2008; 28: 1509-1513.

[7] P. Sarker, P. S. Nicholson, Electrophoretic Deposition (EPD): Mechanism, Kinetics, and Application to ceramics; JAm CeramSoc, 1996; 79: 1987-2002.

[8] P.Ducheyn, W.Van Raemdonc, J. C.Heughebaer, M.Heughebaer, Structural analysis of hydroxyapatite coatings on titanium; Biomaterials, 1986; 7: 97-103.

[9] X.Pang, T.Casagrande, I.Zhitomirsky, Electrophoretic deposition of hydroxyapatite–CaSiO3–chitosan composite coatings; J Colloid Interface Sci 2009; 330: 323–239.

[10] K.Grandfield, F.Sun, M.F. Patrick, M.Cheong, I.Zhitomirsky, Electrophoretic deposition of polymer-carbon nanotube–hydroxyapatite composites; Surf Coat Technol, 2009; 203: 1481–1487.

[11] X.Feng-juan, Z.Ying, Y.Li-jiang, Electrophoretic deposition of titanium/silicon-substituted hydroxyapatite composite coating and its interaction with bovine serum albumin; Trans Nonferrous Met Sco China, 2009; 19: 125-130.

[12]  Y.Bai, M.Prasad-Neupane, I.Song-Park, M.Ho-Lee, T.Sung-Bae, F.Watari, M.Uo, Electrophoretic deposition of carbon nanotubes–hydroxyapatite nanocomposites on titanium substrate; Mater Sci Eng C, 2010; 30: 1043–1049.

[13] J. C.Huang, Y. J.Ni, Z. C.Wang, Preparation of hydroxyapatite functionally gradient coating on titanium substrateusing a combination of electrophoretic deposition and reaction bonding process; Surf Coat Technol, 2010; 204: 3387–3392.

[14] M.Mihailović, A.Patarić, Z.Gulišija, D.Veljović, D.Janaćković, Electrophoretically deposited nanosized hydroxyapatite coatings on 316lvm stainless steel for orthopaedic implants; Chem Ind Chem Eng Q, 2011; 17: 45−52.

[15] B.Zhang, C. T. Kwok, Hydroxyapatite-anatase-carbon nanotube nanocomposite coatings fabricated by electrophoretic codeposition for biomedical applications; J Mater Sci: Mater Med, 2011; 22: 2249–2259.

[16] M. E. Bahrololoom, M. Javidi, S. Javadpour and J. Ma, Characterisation of natural hydroxyapatite extracted from bovine cortical bone ash; J Ceram Process Res, 2009; 10: 129-138.

[17] F. Sun, K.N. Sask, J.L. Brash, I. Zhitomirsky, Surface modifications of Nitinol for biomedical applications; Colloids Surf B: Biointer, 2008; 67: 132–139.

[18] A. Oyane, H. Kim, T. Furuya, T. Kokubo, T. Miyazaki, T. Nakamura; Preparation and assessment of revised simulated body fluids; Inc J Biomed Mater Res, 2002; 65(A): 188-195.

[19] M. Wei, A. J. Ruys, M. V. Swain, B. K. Milthorpe, C. C. Sorrell, Hydroxyapatite-coated metals: Interfacial reactions during sintering; J Mater Sci: Mater Med, 2005; 16: 101– 106.

[20] C. Ergun, R.H. Doremus, W.A. Lanford, Interface reaction/diffusion in hydroxylapatite-coated SS316L and CoCrMo alloys; Acta Mater, 2004; 52: 4767–4772.

[21] P. Ducheyne, K. E. Healy, The effect of plasma-sprayed calcium phosphate ceramic coatings on the metal ion release from porous titanium and cobalt-chromium alloys; J Biomed Mater Res, 1988; 22: 1137-1163.

[22] I. Zhitomirsky, Electrophoretic deposition of hydroxyapatite; J Mater Sci: Mater Med, 1997; 8: 213- 219.

[23] M. Metikos, A. Kwokal, J. Piljac, The influence of niobium and vanadium on passivity of titanium-bases implants in physiological solution; Biomaterials, 2003; 24: 3765-3775.