描述的HA / 316 l不锈钢基体上ZrO2-Base双分子层进行整形修复应用程序

b . Bermudez-Reyes f·j·埃斯皮诺萨Beltran),即Espitia-Cabrera和m . e .孔特雷拉斯-加西亚

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AZojomo (ISSN 1833 - 122 x) 2008年7月第4卷

主题

文摘
介绍
实验的程序
双层的生产
描述
结果与讨论
结论
确认
引用
详细联系方式

文摘

我们研究了羟磷灰石/ zirconia-base双层封装基板的316 l不锈钢覆盖矫形假肢。涂料是由丝网印刷机和电泳技术获得涂层的41μm羟磷灰石层和11μm zirconia-base层。系统以x射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼散射光谱,红外光谱,傅里叶变换红外光谱学和原子力显微镜。获得ZrO的化学反应₂基地和羟磷灰石层描述考虑热力学计算。可以看出羟磷灰石作品像一个氧化锆复合稳定剂。

关键字
电泳,丝网印刷机技术、羟磷灰石、氧化锆、不锈钢。

介绍

在2000年国际和联合国组织决定宣布千禧年的第一个十年“关节和骨骼的十年”,并激励工作的科学世界与骨骼疾病[1]。沿着世纪人类试图保健和身体保持良好状态。但muscle-skeletal疾病往往由自然磨损,造成骨质疏松症、类风湿性关节炎、创伤和先天性变形。应对这种情况下,在许多情况下,整形外科医师和traumatologist决定假体使用。植入假体是一个用来替代受损的身体的一部分使用手术过程[2]。假体的生物相容性材料,金属,陶瓷,高分子和复合材料。欧洲杯足球竞彩生物相容性是一些材料的属性被用作替代人体。欧洲杯足球竞彩整形假体通常由316 l不锈钢和一些Cr-Co等金属合金材料是利用主要是由于他们的相对低成本[2,3]。欧洲杯足球竞彩对316 l不锈钢假肢,这种材料有相似的骨刚度。此外,这些合金具有较高的刚度,非磁性性能和抗腐蚀。 But in physiological environment they degrade, which can result in poisoning, necrosis and cancer of the bones and other tissues, due to diffusion of ions and compounds towards the bloodstream [4].

提高metallic-orthopedic假体的生物相容性,覆盖着其他材料有更好的性能,如生物陶瓷涂料[4]。欧洲杯足球竞彩氧化铝和氧化锆的典型例子,惰性陶瓷,用于覆盖金属假体。惰性一词用于材料在体内不会引起中毒,所以避免感染。欧洲杯足球竞彩体内,这些材料刺激生产组织覆盖,使假肢。欧洲杯足球竞彩氧化铝和氧化锆可以体内甚至7和10年,分别为(5、6)。应用这些陶瓷涂料在不锈钢基板有几种物理和化学技术包括激光烧蚀、等离子喷涂、溶胶-凝胶法和电泳[3]。涂层形状不规则假肢的主要挑战是产生统一的涂料[3]。上面的一些技术是昂贵,通常需要特殊条件沉积的涂层。但电泳是一种相对廉价的技术,它不需要特殊的条件涂料[7]。事实证明,这种技术生产氧化铝和氧化锆涂层与高质量[8]。

通过应用第二涂层金属假肢之前覆盖陶瓷涂层可以减少或避免组织和假体之间的接触,如果这个新图层bioreactive材料。Bioreactive材欧洲杯足球竞彩料性质和组成类似于人类的骨头。bioreactive材料之一是羟磷灰石,组成和性质类似于骨。(3、5)。技术用于生产羟磷灰石涂层化学技术如溶胶-凝胶法、电化学沉积、电泳;和物理气相沉积技术,包括等离子喷涂射频溅射[9]和[10]。在不同的化学技术,丝网印刷主要用于电子工业生产材料,造型艺术和纺织品。欧洲杯足球竞彩这种技术也能够产生羟磷灰石涂层[11]。涂料的生产这种技术被称为“厚膜技术”[12]。

羟磷灰石矿物结构类似于骨,这是修复骨损伤的理想材料。在这个工作我们开发了一个方法来提高316 l不锈钢整形假体的生物相容性通过应用hydroxyapatite-zirconia双层系统。zirconia-base层工作像一个惰性涂料、绝缘钢假肢的身体。第二层是一个羟磷灰石涂层,允许增加osteo-integration之间的身体和义肢。我们生产氧化锆和羟磷灰石涂层使用,分别电泳和丝网印刷技术。在本文中,我们描述每个涂层结构和微观结构研究和破坏系统。

实验的程序

双层的生产

不锈钢首次碎SiC砂带180卡米(砂纸制造商协会)毅力碳化硅砂纸为240,320年、400年和600年哥伦比亚毅力。这不会产生镜面抛光,因为有必要创建机械锚固点的涂料。zirconia-base,第一层是由电泳沉积技术在0.05 ZrOCl的水洗澡₂˙8 h₂90年代啊,申请的电流密度30 mA /厘米²不锈钢衬底。之后,样品在空气干燥30分钟的100°C。

第二层是一个羟磷灰石(HA, Ca₁₀(PO₄)₆(哦)₂通过丝网印刷)涂层沉积。羟磷灰石是获得从一个悬架组成的羟磷灰石粉末分散在propylen乙二醇7:3比例,获得21000 cP粘度。HA涂层沉积使用尼龙网的120个线程/厘米²在200°C,然后干了10分钟蒸发propylen乙二醇。沉积后的哈,破坏/不锈钢样品热处理在650°C 5分钟。这种治疗是在奥得河改善两层的结构,工作温度和时间允许的最大值在衬底开始氧化。

描述

分析了氧化锆层Labram二台光谱仪喇曼散射光谱,与300年代的积分时间。获得显微图像和化学成分、环境扫描电子显微镜(菲利普斯XL30ESEM模型),能量色散x射线光谱使用附件。地形的图像样本也获得了原子力显微镜(3100毫微秒示波器四维度模型,数字仪器Veeco)。一些样品被封装在聚酯允许横向剪切和随后的扫描电子显微镜分析。

红外光谱分析的样品进行了红外光谱优秀的系统,模型频谱GX,在反射模式工作。对结构特征、x射线衍射(DRX)系统使用(Rigaku模型DEMAX2100)。这些测量Cu-K进行工作α₁马线30 KV和16个,2.5°的入射角,在2θ的范围从10到80°。

结果与讨论

由于使用不锈钢作为底物,是有限度的许用温度退火样品。不锈钢的温度开始下降约700°C。经过几次测试,发现可接受的温度和时间,以避免不锈钢退化是600年,650年和700年为6°C,分别为5和3 - 4分钟。因此,zirconia-base层电泳沉积在不锈钢的热退火700(4分钟),650(5分钟)和600°C(6分钟)。尽管通常的程序生产氧化锆涂层,这些涂料没有高温退火。但是过程是有利的,因为活性表面出现在zirconia-base层组成的(哦^{- - - - - -})激进团体,改善与羟磷灰石层的化学连接。

的拉曼散射光谱分析执行zirconia-base层允许我们识别单斜和正方ZrO阶段₂。图1显示了一个拉曼散射光谱的氧化锆-基极层不锈钢衬底在650°C(14、15),几个拉曼散射峰的单斜和正方氧化锆阶段。EDS进行测量这些样品表明Zr和O zirconia-base层;和铁,镍,C和Cr避署事件不锈钢衬底。

图1所示。ZrO的拉曼散射光谱₂/ 316 l不锈钢样品显示正方,单斜氧化锆和立方阶段。

SEM图像zirconia-base层获得与二次电子显示一个不均匀的表面有一些功能,如岛屿沿着样本表面(图2)。这些图片还显示一些平行通道由于衬底制备期间产生的划痕。的非均匀结构zirconia-base层沉积后在干燥过程中产生。这个过程允许盐酸蒸发后形成非晶氧化锆的复合和氢氧化锆的化学反应(14、15)描述:

2 zrocl₂+ 4 h₂O - - - - - - >锆(哦)₄+ ZrO₂盐酸+ 2 (1)　

锆(哦)₄+ ZrO₂盐酸+ 2 - - - - - - >锆(哦)₄+ ZrO₂(非晶)(2)

氢氧化锆在第一层允许改善依从性的羟磷灰石层,通过化学安克雷奇(OH) - Zr的激进分子(哦)₄(哦)-羟磷灰石的激进分子,将波纹管解释道。

图2。扫描电子显微镜图像1000 x显示氧化锆层的形态。一些功能由于抛光不锈钢基板。

AFM图像、图3显示氧化锆涂层的表面形貌,观察纳米材料与纳米晶体大小约200海里。图3。一个和3。b显示2 - 2.0 x 2.0µm2地区的三维图像在热处理后的氧化锆层在650ºC 5分钟。

图3。的原子力显微镜图像显示纳米氧化锆层特性,二维,三维。

羟磷灰石层的x射线衍射模式如图4所示。这种模式展示了几个特征峰的羟磷灰石,有一个很好的巧合与ASTM参考羟磷灰石[16]。没有信号的不锈钢EDS光谱特征峰的钙,磷和氧元素,羟磷灰石的组件。一些峰值对应于硅和镁也观察到。这些后者元素特征的商业哈粉(阿尔法蛇丘),但它们不是不利,因为他们存在于血液和身体[17]。

图4。X射线衍射模式的羟磷灰石层峰鉴别符合ASTM参考。

羟磷灰石涂层与二次电子图像(图5)获得使用JEOL电子显微镜显示典型的多孔和粗糙表面。假体的孔隙度是一个非常重要的属性,因为它加速骨骼生长和再生。羟基磷灰石的结构配置包括孔隙度与孔隙大小和形态特征。毛孔osteo-integration假肢的至关重要,并允许种植骨和矿物质的转移所需的骨组织[18]。一般在骨孔隙大小范围100到400µm。然而,也有一些很好的多孔结构尺寸范围在5到20µm,允许保留的成骨细胞细胞和毕业典礼osteointegration [19]。造骨细胞是单核的细胞负责骨形成。孔隙大小范围的HA / zirconia-base涂料可观测到的显微照片(图5),从5到25µm。这个羟磷灰石孔隙度允许osteointegration开始开始,所以可以避免感染和减少吸收时间的骨替代品[20]。丝网印刷产生的羟磷灰石涂层热处理后显示多孔和紧凑的结构。

图5。扫描电镜的图像其自然孔隙度在哪里观察羟磷灰石层。

HA / ZrO的横向图像₂/ 316 l不锈钢系统显示了各层(图6)。这SEM图像获得了背散射电子,高真空,用黄金涂层。从这张图片可以获得近似的每一层的厚度值:因此,氧化锆厚度大约11μm和41μm羟磷灰石层。

图6。SEM图像截面的HA / ZrO₂/ 316 l不锈钢系统。

就像前面所提到的,没有烧结氧化锆层,表面化学反应,超出了粗糙度的不锈钢基板。这些特征让化学和机械连接,所以获得非常好的依从性之间的羟磷灰石和ZrO₂/ 316 l不锈钢(图7)[17日21]。支持这个键HA与氧化锆(OH)——激进团体。热退火的样品之后,一些钙磷酸盐出现在HA / zirconia-base涂层界面。钙磷酸盐的起源在HA / zirconia-base涂层界面相关的存在(OH)——激进团体un-sintered zirconia-base层,负责羟磷灰石和zirconia-base层之间的连接。热处理后,(哦)——激进团体蒸发HA的分解形成octa-calcium磷酸((OCP, Ca₈(HPO₄)₂(PO₄)₄)和磷酸di-calcium (DCP, CaHPO₄)层的接口。

羟磷灰石有六角晶体结构四面体和八面体组成的网站。虽然(OCP单斜结构相同的八面体网站哈结构、DCP与四面体网站结构形成单斜结构[13]。一些作者认为,钙磷酸盐(OCP和DCP前体的骨性羟磷灰石接触时生理血清[22]。这些磷酸盐被红外光谱(IR)观察羟磷灰石层机械后删除。图8显示了红外光谱与羟磷灰石层,一些差异和残留层(OCP和DCP的氧化锆层(图8)。

图7。系统中HA / ZrO结合机制₂/ 316 l不锈钢。

图8。红外光谱显示差异公顷(OCP和DCP层。

结论

一个双层的HA / ZrO₂系统成功地沉积在不锈钢316 l钢基板由电泳和丝网印刷机技术。这种双层系统化学和结构特性成为一个很好的候选人可以使涂层的生物相容性的整形implamt假肢。这种双层未来的研究将包括生物力学、生物和腐蚀测试。

确认

作者承认马丁Adelaido埃尔南德斯的无价的帮助,Jose以利亚撒乌尔比纳Mondragon公司卢尔德,旧金山Rodriguez-Melgarejo和雷纳婀瑞思利Mauricio-Ortiz样品的表征和赫克托·d·奥罗斯科-埃尔南德斯ZrO的准备₂/不锈钢基板。特别确认玛丽亚回国Santoyo-Arreguin Hugo Diaz-Hierro, Virgilio a·冈萨雷斯-马丁内斯和费尔南多Sanguino协作。

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详细联系方式

b . Bermudez-Reyes *,* *,f·j·埃斯皮诺萨Beltran) * *和 m . e .孔特雷拉斯-加西亚* 大学圣尼古拉•米德·德·伊达尔戈(UMNH) *皇家研究院Investigaciones Metalurgicas * *Facultad de Ingenieria Quimica Edificio U, Ciudad大学联盟。Av。 Francisco j·穆西卡s / n,殖民地菲利斯塔斯德尔里奥。 c . p . 58000。莫雷利亚,密歇根州。 墨西哥。 电子邮件:(电子邮件保护)

即Espitia-Cabrera Centro de Investigacion y工厂化Avanzados德尔皇家研究院Politecnico Nacional(I.P.N.) 失去的地方。2000年Libramiento Norponiente Fracc。 真正的德Juriquilla。地方Qro。 墨西哥。

这篇文章也发表在“材料和材料加工技术的进步杂志,9 [2](2007)141 - 148”。欧洲杯足球竞彩