Czasopismo | INŻYNIERIA MATERIAŁOWA | Rocznik 2020 - zeszyt 3

Titanium Grade 2 hybrid oxidation for biomedical applications

Hybrydowe utlenianie tytanu Grade 2 do zastosowań biomedycznych

10.15199/28.2020.3.2

JAROSŁAW J. JASIŃSKI

nr katalogowy: 127113
10.15199/28.2020.3.2

Streszczenie

Results from the investigations regarding the method of manufacture and assessment of titanium substrate properties where its surface zone is Ti?(O) solid solution formed with fl uidized bed (FB) diffusion process (8 hours soaking time at 640°C) and the top layer is TiO2 compound produced by magnetron sputtering are presented and discussed. Effects of such hybrid oxidation (HO) on titanium surface properties were investigated with scanning electron microscopy (SEM), scanning-transmission electron microscopy (STEM), confocal laser scanning microscopy (CLSM), Raman spectroscopy (RS) and nanoindentation tests (NI). Results showed that HO treatment made it possible to generate synergistic effect between FB and magnetron sputtered oxide layer interface. In turn, different share of TiO2 phases (rutile and anatase mixture) obtained at the titanium surface allowed for a signifi cant enhancement of its biocompatibility which was confi rmed by Kokubo test.

Abstract

Przedstawiono wyniki badań dotyczące sposobu wytwarzania oraz oceny właściwości podłoża tytanowego, w którym strefę powierzchniową stanowi stały roztwór atomów tlenu w tytanie ? (Ti?(O)) utworzony w procesie dyfuzyjnym w złożu fluidalnym (FB) (640°C, 8 h), na którą przez rozpylanie magnetronowe nanosi się warstwę ditlenku tytanu TiO2. Wpływ hybrydowego utleniania (HO) na właściwości powierzchni tytanu analizowano z zastosowaniem metod badawczych SEM, STEM, CLSM, RS oraz NI. Wykazano, że utlenianie hybrydowe umożliwia uzyskanie korzystnego synergicznego efektu w strefi e międzyfazowej Ti?(O)/TiO2 oraz zmniejszenie naprężeń na granicy faz. Z kolei zmienny udział faz TiO2 (mieszanina rutylu i anatazu) uzyskanych na powierzchni tytanu pozwolił na znaczącą poprawę biokompatybilności podłoży, co potwierdzono testem Kokubo.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Rack H.J., Qazi J.I.: Titanium alloys for biomedical applications. Materials Science and Engineering C 26 (2006) 1269–1277.
[2] Rahimi N., Pax R.A., Gray E.M.: Review of functional titanium oxides. I: TiO2 and its modifications. Progress in Solid State Chemistry 44 (2016) 86–105.
[3] Zhou B., Jiang X., Liu Z., Rogachev A.V.: Preparation and characterization of TiO2 thin film by thermal oxidation of sputtered Ti film. Materials Science in Semiconductor Processing 16 (2013) 513–519.
[4] Radmanesh M., Kiani A.: Bioactivity enhancement of titanium induced by Nd:Yag laser pulses. Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials 14 (1) (2016) 70–77.
[5] Heinrichs J., Jarmar T., Wiklund U., Engqvist H.: Physical vapour deposition and bioactivity of crystalline titanium dioxide thin films. Trends in Biomaterials and Artificial Organs 22 (2) (2008) 104–110.
[6] Shannon R.D., Pask J.A.: Kinetics of the anatase-rutile transformation. Journal of the American Ceramic Society 48(8) (1965) 391–398.
[7] Aniołek K.: The influence of thermal oxidation parameters on the growth of oxide layers on titanium. Vacuum 144 (2017) 94–100.
[8] Pradhan S.S., Sahoo S., Pradhan S.K.: Influence of annealing temperature on the structural, mechanical and wetting property of TiO2 films deposited by RF magnetron sputtering. Thin Solid Films 518 (2010) 6904–6908.
[9] Ochsenbein A., Chai F., Winter S., Traisnel M., Breme J., Hildebrand H.F.: Osteoblast responses to different oxide coatings produced by the sol-gel process on titanium substrates. Acta Biomaterialia 4 (2008) 1506–1517.
[10] Barfeie A., Wilson J., Rees J.: Implant surface characteristics and their effect on osseointegration. British Dental Journal 218 (2015) E9.
[11] Forsgren J., Svahn F., Jarmar T., Engqvist H.: Formation and adhesion of biomimetic hydroxyapatite deposited on titanium substrates. Acta Biomaterialia 3 (2007) 980–984.
[12] Yamaguchi S., Nath S., Sugawara Y., Divakarla K., Das T., Manos J., Chrzanowski W., Matsushita T., Kokubo T.: Two-in-one biointerfaces antimicrobial and bioactive nanoporous gallium titanate layers for titanium implants. Nanomaterials 7 (2017) 229.
[13] Sabetrasekh R., Tiainen H., Lyngstadaas S.P., Reseland J., Haugen H.: A novel ultra-porous titanium dioxide ceramic with excellent biocompatibility. Journal of Biomaterials Applications 25 (2011) 559–580.
[14] Sengottuvelan A., Balasubramanian P., Will J., Boccaccini A.R.: Bioactivation of titanium dioxide scaffolds by ALP-functionalization. Bioactive Materials 2 (2017) 108–115.
[15] Li D., Ferguson S.J., Beutler T., Cochran D.L., Siting C., Hirt H.P., Buser D.J.: Biomechanical comparison of the sandblasted and acid-etched and the machined and acid-etched titanium surface for dental implants. Journal of Biomedical Materials Research 60 (2002) 325–332.
[16] Lubas M., Sitarz M., Jasinski J.J., Jelen P., Klita L., Podsiad P., Jasinski J.: Fabrication and characterization of oxygen – diffused titanium using spectroscopy method. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 133 (2014) 883–886.
[17] Sarvadii S.Y., Gatin A.K., Kharitonov V.A., Dokhlikova N.V., Ozerin S.A., Grishin M.V., Shub B.R.: Oxidation of thin titanium films: Determination of the chemical composition of the oxide and the oxygen. Diffusion Factor. Crystals 10 (2020) 117.
[18] Toptan F., Alves A.C., Pinto A.M.P., Ponthiaux P.: Tribocorrosion behavior of bio-functionalized highly porous titanium. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 69 (2017) 144–152.
[19] He J., Zhou W., Zhou X et al.: The anatase phase of nanotopography titania plays an important role on osteoblast cell morphology and proliferation. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 19 (11) (2008) 3465–3472.
[20] Jasinski J.J., Lubas M., Kurpaska L., Napadlek W., Sitarz M.: Functionalization of Ti99.2 substrates surface by hybrid treatment investigated with spectroscopic methods. Journal of Molecular Structure 1164 (2018) 412–419.
[21] Pang M., Bahr D.: Thin-film fracture during nanoindentation of a titanium oxide film–titanium system. Journal of Materials Research and Technology 16 (9) (2001) 2634–2643.
[22] Kokubo T., Takadama H.: How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity. Biomaterials 27 (2006) 2907–2915.
[23] Oyane A., Onuma K., Ito A., Kim H.M., Kokubo T., Nakamura T.: Formation and growth of clusters in conventional and new kinds of simulated body fluids. Journal of Biomedical Materials Research 64A (2003) 339–348.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


INŻYNIERIA MATERIAŁOWA- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2020-3 , nr katalogowy 127113 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


INŻYNIERIA MATERIAŁOWA- e-zeszyt (pdf) 2020-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	65.00 zł

Prenumerata

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

402.00 zł

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - papierowa prenumerata roczna	492.00 zł brutto 455.56 zł netto 36.44 zł VAT (stawka VAT 8%)
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - pakowanie i wysyłka	21.00 zł brutto 17.07 zł netto 3.93 zł VAT (stawka VAT 23%)

513.00 zł

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	600.00 zł brutto 555.56 zł netto 44.44 zł VAT (stawka VAT 8%)

600.00 zł

Zeszyt

2020-3

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma