Mikrostruktura wybranych implantów stomatologicznych w mikroskopie świetlnym i skaningowym mikroskopie elektronowym

Transkrypt

1 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

2 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.

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

4 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.

5 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).

6 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.

7 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.

8 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.

9 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

10 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)

11 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.

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

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

14 Przekrój poprzeczny Przekrój wzdłuŝny Mikrostruktura próbki implantu firmy IDI. Obraz próbki z mikroskopu optycznego powiększenie 1000x

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

16 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.

17 Dziękuję za uwagę