Vlastnosti a in vitro degradace kovových biodegradabilních materiálů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Biodegradabilní kovové materiály pro medicínské aplikace si v posledních letech získaly značnou pozornost. Hlavním důvodem je, že nabízí vysoký potenciál pro výrobu dočasných ortopedických implantátů, jako například kostní fixační zařízení. Hořčík je vynikajícím kandidátem pro výrobu biodegradabilních implantátů díky své biokompatibilitě, mechanickým vlastnostem podobným vlastnostem lidské kosti a významností pro biologické funkce v těle. Vysoká rychlost degradace hořčíku a jeho slitin ve fyziologickém prostředí brání jejich klinické aplikaci. Dalším atraktivním materiálem v oblasti biodegradabilních materiálů je zinek, který se řadí mezi nepostradatelné prvky pro lidské tělo. Zinek vykazuje vynikající korozní odolnost, ale horší biokompatibilitu v porovnání s hořčíkem. Z tohoto důvodu se v případě Mg a Zn biomateriálů stává zajímavým tématem tvrdá, hustá/porézní biokompatibilní povrchová úprava odolná vůči korozi. Vzhledem k tomu, že hydroxyapatit vykazuje dobrou snášenlivost s živými organismy a navíc zlepšuje růst kosti, jeví se jako výborný kandidát pro výrobu povlaků na povrchu biodegradabilních materiálů. Tato dizertační práce je zaměřena na porovnání korozního chování čistých neželezných kovů (Mg a Zn) a těchto kovů s hydroxyapatitovým povlakem v roztocích simulujících tělní tekutiny. K produkci hydroxyapatitové vrstvy na povrchu materiálu byla použita modifikovaná technologie atmosférického plazmového nástřiku – nanášení pomocí suspenze. Složení a struktura povlaku a korozní produkty byly zkoumány pomocí světelné mikroskopie, rastrovací elektronové mikroskopie s energiově disperzním mikroanalyzérem a rentgenové difrakce. Koroze Mg a Zn vzorků byla sledována měřením hmotnostního úbytku a rentgenové mikrotomografie. Aplikací povrchové úpravy na bázi HA bylo dosaženo zpomalení korozní rychlosti čistého Mg. Koroze Mg s povlakem HA vykazovala o 27,3 % nižší korozní rychlost v porovnání s korozní rychlostí čistého nepovlakovaného Mg. Korozní degradace nepovlakovaného i povlakovaného Zn probíhala v minimálním rozsahu. Použití HA na povrch neželezných materiálů se zdá být velice slibnou metodou ke zlepšení korozních a biologických vlastností těchto biodegradabilních materiálů.
Biodegradable metallic materials for medical applications have received considerable attention in recent years. The main reason is that they provide high potential for fabrication of temporal orthopedic implants such as bone fixation devices. Magnesium is an excellent candidate for fabrication of biodegradable implants due to its biocompatibility, mechanical properties similar to human bone and relevance for biological body functions. The fast degradation rate of magnesium and its biodegradable alloys in physiological environment limits its clinical application. Another attractive material in the field of biodegradable materials is zinc, which is among the essential elements in human body. Zinc exhibits an excellent corrosion resistance, and inferior biocompatibility compared to with magnesium. Hence, surface modification to form a hard, dense/porous, biocompatible and corrosion resistant modified layer has become an interesting topic in magnesium base biomaterials. Since hydroxyapatite is well tolerated by living organisms and in addition, improves the bone growth, it appears to be excellent candidate for such coatings on surface of biodegradable materials (e.g. Mg, Zn). This thesis is focused on comparison of corrosion behavior of pure non ferrous metals (Mg, Zn) and metals coated with hydroxyapatite, in simulated body fluids. The present approach is the use of modified atmospheric plasma spray technology to produce the hydroxyapatite coatings – suspension spraying. Composition and structure of the coatings and corrosion products were studied by light microscopy, scanning electron microscopy equipped with energy dispersive microanalyzer and X-ray diffraction. Corrosion of Mg and Zn samples was monitored by weight loss and determined by X ray and micro-tomography. The application of the HA coating resulted in decrease of corrosion rate of pure Mg. The corrosion rate of coated Mg samples was lower by 27,3 % in comparison with the corrosion rate of pure non coated Mg. Corrosion degradation of uncoated and coated Zn samples was minimal. The aplication of HA on the non ferrous surface appears to be a very promising method to improve corrosion and biological properties of these biodegradable materials.
Biodegradable metallic materials for medical applications have received considerable attention in recent years. The main reason is that they provide high potential for fabrication of temporal orthopedic implants such as bone fixation devices. Magnesium is an excellent candidate for fabrication of biodegradable implants due to its biocompatibility, mechanical properties similar to human bone and relevance for biological body functions. The fast degradation rate of magnesium and its biodegradable alloys in physiological environment limits its clinical application. Another attractive material in the field of biodegradable materials is zinc, which is among the essential elements in human body. Zinc exhibits an excellent corrosion resistance, and inferior biocompatibility compared to with magnesium. Hence, surface modification to form a hard, dense/porous, biocompatible and corrosion resistant modified layer has become an interesting topic in magnesium base biomaterials. Since hydroxyapatite is well tolerated by living organisms and in addition, improves the bone growth, it appears to be excellent candidate for such coatings on surface of biodegradable materials (e.g. Mg, Zn). This thesis is focused on comparison of corrosion behavior of pure non ferrous metals (Mg, Zn) and metals coated with hydroxyapatite, in simulated body fluids. The present approach is the use of modified atmospheric plasma spray technology to produce the hydroxyapatite coatings – suspension spraying. Composition and structure of the coatings and corrosion products were studied by light microscopy, scanning electron microscopy equipped with energy dispersive microanalyzer and X-ray diffraction. Corrosion of Mg and Zn samples was monitored by weight loss and determined by X ray and micro-tomography. The application of the HA coating resulted in decrease of corrosion rate of pure Mg. The corrosion rate of coated Mg samples was lower by 27,3 % in comparison with the corrosion rate of pure non coated Mg. Corrosion degradation of uncoated and coated Zn samples was minimal. The aplication of HA on the non ferrous surface appears to be a very promising method to improve corrosion and biological properties of these biodegradable materials.
Description
Citation
ROČŇÁKOVÁ, I. Vlastnosti a in vitro degradace kovových biodegradabilních materiálů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2017.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (předseda)
prof. RNDr. Zuzanka Trojanová, DrSc. (člen)
prof. Ing. Dalibor Vojtěch, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Švejcar, CSc. (člen)
doc. Ing. Ladislav Čelko, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2017-03-01
Defence
DDP je aktuálním příspěvkem využití biodegradabilních kovů určených pro medicínské aplikace.
Dosažené výsledky byly publikovány v časopisech s IF.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení