EVALUATION OF SELECTED MECHANICAL AND CHEMICAL METHODS OF MODIFICATIONS OF TITANIUM



Podobne dokumenty
Wpływ powierzchniowej obróbki chemicznej tytanu na jego połączenie z ceramiką dentystyczną.

Lek. med. Arkadiusz Soski. Streszczenie

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

Lek. Ewelina Anna Dziedzic. Wpływ niedoboru witaminy D3 na stopień zaawansowania miażdżycy tętnic wieńcowych.

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

TECHNICAL CATALOGUE WHITEHEART MALLEABLE CAST IRON FITTINGS EE

MODYFIKACJA SILUMINU AK20 DODATKAMI ZŁOŻONYMI

Weronika Mysliwiec, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

TRANSPORT W RODZINNYCH GOSPODARSTWACH ROLNYCH

Acta 12 (2) 2012.indd :41:15. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 12 (2) 2013,

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII REP-RAP DO WYTWARZANIA FUNKCJONALNYCH STRUKTUR Z PLA

Camspot 4.4 Camspot 4.5

ZGŁOSZENIE WSPÓLNEGO POLSKO -. PROJEKTU NA LATA: APPLICATION FOR A JOINT POLISH -... PROJECT FOR THE YEARS:.

lek. Wojciech Mańkowski Kierownik Katedry: prof. zw. dr hab. n. med. Edward Wylęgała

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

European Crime Prevention Award (ECPA) Annex I - new version 2014

HemoRec in Poland. Summary of bleeding episodes of haemophilia patients with inhibitor recorded in the years 2008 and /2010

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

Przewody do linii napowietrznych Przewody z drutów okrągłych skręconych współosiowo

Spearman.

PODATNOŚĆ POLILAKTYDU NA DEGRADACJĘ W WYBRANYCH SKŁADNIKACH KOSMETYKÓW

Cracow University of Economics Poland. Overview. Sources of Real GDP per Capita Growth: Polish Regional-Macroeconomic Dimensions

Cystatin C as potential marker of Acute Kidney Injury in patients after Abdominal Aortic Aneurysms Surgery preliminary study

STRUCTURE OF PHOSPHOR TIN BRONZE CuSn10P MODIFIED WITH MIXTURE OF MICROADDITIVES

A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y A N D M A T E R I A L S Volume Issue 4

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

deep learning for NLP (5 lectures)

Mariusz WALCZAK Jarosław BIENIAŚ Barbara SUROWSKA. 1. Introduction. 1. Wprowadzenie

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

SG-MICRO... SPRĘŻYNY GAZOWE P.103

List of Presentations Lista Prezentacji October 3-5, 2018 Październik 3-5, 2018

Has the heat wave frequency or intensity changed in Poland since 1950?

BARIERA ANTYKONDENSACYJNA

Zastosowanie spektroskopii EPR do badania wolnych rodników generowanych termicznie w drotawerynie

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

OpenPoland.net API Documentation

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII ODBICIOWEJ DO OZNACZANIA ZAWARTOŚCI WODY W SERACH. Agnieszka Bilska, Krystyna Krysztofiak, Piotr Komorowski

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

The impact of the global gravity field models on the orbit determination of LAGEOS satellites

Hard-Margin Support Vector Machines

Equipment for ultrasound disintegration of sewage sludge disseminated within the Record Biomap project (Horizon 2020)

Chronotyp i struktura temperamentu jako predyktory zaburzeń nastroju i niskiej jakości snu wśród studentów medycyny

Latent Dirichlet Allocation Models and their Evaluation IT for Practice 2016

Tytuł rozprawy na stopień doktora nauk medycznych:

Lecture 18 Review for Exam 1

SPITSBERGEN HORNSUND

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

Radiologiczna ocena progresji zmian próchnicowych po zastosowaniu infiltracji. żywicą o niskiej lepkości (Icon). Badania in vivo.

QUANTITATIVE AND QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF FINGERPRINT BIOMETRIC TEMPLATES

INSTYTUT GENETYKI I HODOWLI ZWIERZĄT POLSKIEJ AKADEMII NAUK W JASTRZĘBCU. mgr inż. Ewa Metera-Zarzycka

ESCA+AES Electron Spectroscopy for Chemical Analysis + Auger Electron Spectroscopy

Pro-tumoral immune cell alterations in wild type and Shbdeficient mice in response to 4T1 breast carcinomas

An evaluation of GoldAnchor intraprostatic fiducial marker stability during the treatment planning

Analysis of Movie Profitability STAT 469 IN CLASS ANALYSIS #2

CEE 111/211 Agenda Feb 17

EDYTA KATARZYNA GŁAŻEWSKA METALOPROTEINAZY ORAZ ICH TKANKOWE INHIBITORY W OSOCZU OSÓB CHORYCH NA ŁUSZCZYCĘ LECZONYCH METODĄ FOTOTERAPII UVB.

THERMODYNAMICS OF OXYGEN IN DILUTE LIQUID SILVER-TELLURIUM ALLOYS

Gdański Uniwersytet Medyczny Wydział Nauk o Zdrowiu z Oddziałem Pielęgniarstwa i Instytutem Medycyny Morskiej i Tropikalnej. Beata Wieczorek-Wójcik

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

Sargent Opens Sonairte Farmers' Market

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

Mikrostruktura wybranych implantów stomatologicznych w mikroskopie świetlnym i skaningowym mikroskopie elektronowym

Dorota Kunkel. WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej

Elżbieta Krasicka-Cydzik, Izabela Głazowska. Elektrochemiczna metoda formowania bioaktywnych warstw na tytanie i jego stopach

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny


OBWIESZCZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY. z dnia 18 kwietnia 2005 r.

WARSZAWA LIX Zeszyt 257

Analysis of infectious complications inf children with acute lymphoblastic leukemia treated in Voivodship Children's Hospital in Olsztyn

UMOWY WYPOŻYCZENIA KOMENTARZ

Wpływ powłoki Al Si na proces wytwarzania i jakość zgrzewanych aluminiowanych rur stalowych

PX101A. Frezy do PLEXI/ Router bits for Plexi Acrylic ALU Z= str. 122

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII ODBICIOWEJ W ZAKRESIE BLISKIEJ PODCZERWIENI DO OZNACZANIA ZAWARTOŚCI WODY W MAŚLE

A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y A N D M A T E R I A L S Volume Issue 2 DOI: /amm

ORAZ SIO 2 AND SIO 2

WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU ANODOWANIA IMPULSOWEGO NA TOPOGRAFIĘ POWIERZCHNI ANODOWYCH POWŁOK TLENKOWYCH NA ALUMINIUM

ZGŁOSZENIE WSPÓLNEGO POLSKO -. PROJEKTU NA LATA: APPLICATION FOR A JOINT POLISH -... PROJECT FOR THE YEARS:.

WYKAZ DOROBKU NAUKOWEGO

NOTES ABOUT AUTHORS Walter Rothholz Remigiusz Król Michał Wendland Wojciech Torzewski Krzysztof Przybyszewski Piotr Urbański Wojciech Majka

Dr inż. Paulina Indyka

Streszczenie rozprawy doktorskiej

SPITSBERGEN HORNSUND

TYRE PYROLYSIS. REDUXCO GENERAL DISTRIBUTOR :: ::

Zespół Omenna u kuzynów: różny przebieg kliniczny i identyczna mutacja genu RAG1.

EGARA Adam Małyszko FORS. POLAND - KRAKÓW r

SPITSBERGEN HORNSUND

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

KLASA PRZYGOTOWANIA POWIERZCHNI PRĘTÓW Ti6Al4V NA JAKOŚĆ POŁĄCZENIA Z ZrO 2 W OCENIE BADAŃ MIKROSKOPOWYCH

Cracow University of Economics Poland

ERASMUS + : Trail of extinct and active volcanoes, earthquakes through Europe. SURVEY TO STUDENTS.

SPIS TREŚCI / INDEX OGRÓD GARDEN WYPOSAŻENIE DOMU HOUSEHOLD PRZECHOWYWANIE WINA WINE STORAGE SKRZYNKI BOXES

WPŁYW PRZEBIEGU MECHANICZNEGO DOJU KRÓW NA ZAWARTOŚĆ KOMÓREK SOMATYCZNYCH W MLEKU PRZY ZMIENNEJ SILE NACIĄGU GUM STRZYKOWYCH W KUBKU UDOJOWYM

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO OBRABIANEGO RÓŻNYMI MODYFIKATORAMI


PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA TRANSACTIONS OF FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE

Raport bieżący: 44/2018 Data: g. 21:03 Skrócona nazwa emitenta: SERINUS ENERGY plc

Updated Action Plan received from the competent authority on 4 May 2017

Transkrypt:

Physicochemical Problems of Mineral Processing, 39 (2005), 149-154 Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 39 (2005), 149-154 Wiesław HEDZELEK, Barbara SIKORSKA *#, Ludwik DOMKA ** EVALUATION OF SELECTED MECHANICAL AND CHEMICAL METHODS OF MODIFICATIONS OF TITANIUM Received March 15, 2005; reviewed; accepted May 15, 2005 Medical titanium produced by Titanium Wire Corporation (grade IV) was the subject for analysis. The mechanical treatment of subjected titanium pieces was carried out with the use of sand - blasting. One sand - blasted titanium cylinder was left as the control one. The others were subjected to acid etching in different acid mixtures. The enlargement of the titanium surface area was estimated by measuring of surface roughness. This factor is described by average roughness Ra which is an internationally recognized amplitude parameter defined as an arithmetic mean of departure of the roughness profile from the mean line. After modifications all samples were soaked in Simulated Body Fluid. Adsorption of calcium phosphate on modified surface is the expression of the biological properties of this surface. The results indicate that there is no direct correlation between adsorption of calcium and phosphorus and surface roughness expressed by Ra parameter. Key words: titanium, surface roughness, SEM, AES INTRODUCTION Osseointegration is a complex biological process regulated by various factors. The enlargement of the titanium implant surface area can, for instance, increase osseointegration (Bigi A. 2005, Cleries L. 2000, Martin J.Y. 1995). This enlargement can be achieved by mechanical and chemical methods, which increase the metal surface, independent of implant shape, as well as enlarge the implant/bone interface by the variation of threads and perforations. The problems relating to preparation of an Departament of Prosthodontics, University of Medical Sciences, Poznan. ** Technological Center, University of Adam Mickiewicz, Poznan # To whom correspondece should be addressed: B. Sikorska, Departament of Prosthodontics, University of Medical Sciences, Poznan, ul. Bukowska 70, 60 812 Poznan

150 W. Hedzelek, B. Sikorska, L. Domka endosseous implant surface and issues relating to the implant/bone anchorage still exist and are mainly connected with the process of osseointegration determined by the nature of implant surface, particularly by surface roughness (Arentowicz G. 2002, Cooper L. F. 1998, Hedzelek W. 2002, Martin J.Y. 1995). This factor is described by average roughness Ra which is an internationally recognized amplitude parameter defined as an arithmetic mean of departure of the roughness profile from the mean line. Surface roughness can be changed by mechanical and chemical methods as well as other methods such as the Titanium-Plasma Spray. Factories producing implants do not disclose details of production but they do aspire to optimize surface roughness. THE AIM OF THE STUDY The aim of this study was to utilize microscopic and profilometric analyses to estimate the size of the titanium surface area after mechanical and chemical treatment. Then to estimate biological properties of modified surfaces by finding correlation between Ra parameter and calcium and phosphorus adsorbed on modified surfaces. An introductory study was performed to select five different titanium surfaces of different surface roughness, prepared by using four different acid mixtures and techniques. Medical titanium produced by Titanium Wire Corporation (grade IV) was the analyzed material. Titanium cylinders about 5 mm in diameter and 5 mm in length were treated. The mechanical treatment of titanium cylinders was carried out with sand - blasting. Sand blasting involved the blasting of the end surfaces of the cylinder with Al 2 O 3 particles about 100 µm in size for 3 minutes at a pressure of 6 atmospheres. One sand - blasted titanium cylinder was left as the control one. The others were subjected to acid etching for 10 minutes in different acid mixtures at room temperature (20ºC). Then the acid etching, titanium discs were at first rinsed in an ultrasonic cleaner in acetone for 7 minutes, and then in distilled water for 3.5 minutes until finally they were left to dry. In the first part of the experiment, the size of the titanium implant surface area was assessed using a Scanning Electron Microscope and a profilometer. The SEM pictures of each titanium cylinder were blown up 1000x at an angle of 60º.The roughness of each cylinder was characterized quantitatively and qualitatively with a profilometer with a 2 µm diameter diamond stylus. In the next stage of the investigation, all samples were subjected to incubation in simulated body fluid (SBF), in order to characterize the adsorption of calcium phosphate. The SBF solution contains inorganic ions of concentrations corresponding to those in human blood plasma. Adsorption of calcium phosphate on modified surface is the expression of the biological properties of this surface. Tab. 1.

Evaluation of selected mechanical and chemical methods of modifications of titanium 151 Table 1. Milimolar concentrations (mm) of ions in the SBF solution and in human plasma Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Cl - HCO 3 2- HPO 4 2- SO 4 2- SBF 142.0 5.0 2.5 1.5 147.8 4.2 1.0 0.5 Human plasma 142.0 5.0 2.5 1.5 103.0 27.0 1.0 0.5 Buffer (TRIS solution): tris-hydroxymethyl-aminomethane (CH 2 OH) 3 CNH 2 50 mm+hcl45 mm. After the incubation, a qualitative analysis was carried out with Auger Electron Spectroscopy. RESULTS AND DISCUSSION The results of profilometric analysis Ra parameter of previously sand-blasted and acid-etched titanium probes: (Table 2). Table2. The results of profilometric analysis Ra parameter of sand-blasted and acid-etched titanium probes Modification Nr of disc 1 2 3 4 5 Mean value Standard deviation Confidence level α=0,1 HF 0.93 1.19 1.14 1.11 1.23 1.12 0.116 0.0852 HF HCl/H 2 SO 4 0.72 0.80 0.88 0.91 0.89 0.84 0.079 0.0582 HCl/H 2 SO 4 0.73 0.72 0.74 0.60 0.61 0.68 0.069 0.0507 HF/HNO 3 0.53 0.53 0.36 0.57 0.56 0.51 0.086 0.0631 HCl/H 3 PO 4 0.51 0.61 0.65 0.59 0.63 0.60 0.054 0.0397 control 0.62 0.74 0.55 0.79 0.80 0.70 0.110 0.0811 Max 0.93 1.19 1.14 1.11 1.23 1.12 Min 0.51 0.53 0.36 0.57 0.56 0.51 The sand-blasting and acid-etching increased surface roughness only in case of HF + HCl/H 2 SO 4 and HF pickling solutions (Table 2). The other modifications revealed lower surface roughness then the control one (sand blasted only). The titanium disc modified with HF showed the maximum magnitude of Ra parameter (1.23 µm Ra) while the modification in HF/HNO 3 showed the minimum magnitude of Ra parameter (0.36 µm). Figures 2-5 present the titanium surface area: control (sand-blasted only, Fig.1) and after mechanical and chemical modification (Fig.2-4).

152 W. Hedzelek, B. Sikorska, L. Domka Fig. 1. Ti sand-blasted (sb) without chemical treatment. Fig. 2. Ti sb; 40% HF, 1000x Fig. 3. Ti sb; 15%HF 36%HCl/ 96% H 2 SO 4 1000x Fig. 4. Ti sb; 20% HF/ 30% HNO 3 1000x After modifications all samples were soaked in SBF for 168 hours (Table 1). After incubation, AES analysis was performed, which showed the presence of calcium and phosphorus on sand blasted and acid etched surfaces. The presence of calcium and phosphorus on titanium implant surface area were also estimated with the Scanning Electron Microscope (SEM). Fig. 5. AES pattern of the modified titanium surface after soaking in SBF.The highest amounts of calcium and phosphorus are observed for HF/ HNO 3 modification 76.5 and 15.5, respectively (Table 3). Other modifications HCl/ H 2 SO 4 and 40% HF gave contents of calcium 70.5 and 63.0 and of phosphorus 10.50 and 10.17, respectively. The calcium and phosphorus contents for control disc were 6.17 and 2.17.

Evaluation of selected mechanical and chemical methods of modifications of titanium 153 dn(e)/de P Cl C Ca O 0 200 400 600 800 Electrons energy, ev Fig. 5. AES pattern of the modified titanium surface after soaking in SBF Table 3. The magnitude of correlation coefficient for sand blasted and acid etched samples ([p-p] peak-peak) Modification Surface roughness Ra P [p-p] Ca [p-p] 20%HF/30%HNO 3 0.51 15.50 76.50 36%HCl/85%H 3 PO 4 0.60 3.67 7.33 36%HCl/96%H 2 SO 4 0.68 10.50 70.50 control 0.70 2.17 6.17 15%HF 36%HCl/96%H 2 SO 4 0.84 1.50 6.67 40%HF 1.12 10.17 63.00 Correlation coefficient -0.139 0.032 The results indicate that there is no direct correlation between adsorption of calcium and phosphorus and surface roughness expressed by Ra parameter. In the sand blasting trial and after modifications of titanium samples the correlation coefficient indicates total absence of dependence between surface roughness and adsorption of calcium and phosphorus. CONCLUSIONS The mechanical method of sand-blasting was seen to cause the big increase in surface roughness. Acid etching can rise and reduce surface roughness, as well. No direct correlation was found between Ra parameter and adsorption of calcium and phosphorus on modified titanium surfaces.

154 W. Hedzelek, B. Sikorska, L. Domka REFERENCES ARENTOWICZ G. (2002), Vergleich unterschiedlicher Methoden zur Veranderung der Morfologie der Implntatoberflache. Dental Implantolology, Vol. 6, 304-308. BIGI A., BOANINI E., BRACCI B., FACCHNI A., PANZAVOLTA S., SEGATTI F., STURBA L. (2005), Nanocrystalline hydroxyapatite coatings on titanium: a new fast biomimetic method. Biomaterials, Vol. 26, 4085-4089. CLERIES L., FERNANDEZ-PRADAS J.M,. MORENZA J.L. (2000), Behavior in simulated body fluid of calcium phosphate coatings obtained by laser ablation. Biomaterials Vol. 21, 1861-1865. COOPER L. F. (1998), Biologic Determinants of bone formation for osseointegration: Clues for future clinical improvements. Journal of Prosthetic Dentistry, Vol. 80, 439-449. HEDZELEK W., SIKORSKA B., DOMKA L., WIECZOREK W. (2002), Ocena powierzchni tytanu medycznego po opracowaniu metodą mechaniczną i chemiczną. Implantoprotetyka Tom III, nr 4, 3-6. KANAGARAJA S., WENNENBERG A., ERIKSSON C., NYGREN H. (2001), Cellular reactions and bone apposition to titanium surfaces with different surface roughness and oxide thickness cleaned by oxidation. Biomaterials Vol. 22, 1809-1818. MARTIN J.Y., SCHWARZ Z., HUMMERT T.W., SCHRAUB D.M., SIMPSON J., LANKFORD J. (1995), Effect of titanium surface roughness on proliferation, differentiation, and protein synthesis of human osteoblast-like cells (MG63). Journal of Biomedical Material Research, Vol. 29, 389-401. Hędzelek W., Sikorska B., Domka L., Ocena wybranych metod mechanicznej i chemicznej modyfikacji tytanu, Physicochemical Problems of Mineral Processing, 39 (2005) 149-154 (w jęz. ang). Zwiększenie tytanowej powierzchni wszczepu jest jednym z podstawowych problemów w implantologii, bowiem jakość i wielkość tej powierzchni decydują m.in. o wytrzymałości wiązania kość /implant i możliwości wczesnego obciążenia wszczepu. Stosując wszczepy o różnych kształtach, których gwinty czy perforacje zwiększają obszar wzajemnego kontaktu, uzyskuje się lepsze i trwalsze wyniki osteointegracji. Ważnym czynnikiem mającym wpływ na powyższe procesy jest chropowatość powierzchni tytanu. Celem badań była ocena za pomocą analizy mikroskopowej i profilometrycznej chropowatości powierzchni tytanu po opracowaniu metodami mechanicznymi i chemicznymi. Celem szczegółowym było określenie właściwości biologicznych powierzchni poprzez wyznaczenie korelacji między współczynnikiem chropowatości powierzchni Ra, a zaadsorbowanymi na powierzchniach pierwiastkami fosforu i wapnia. Analizie poddano tytan, z którego wykonywany jest element wewnątrzkostny implantu. W pierwszym etapie badań powierzchnie próbek wzorcowych oraz próbek poddanych wytrawieniu obserwowano przy użyciu Skaningowego Mikroskopu Elektronowego (SEM) oceniając strukturę powierzchni oraz zachodzące zmiany po wytrawieniu w stosunku do próbek wzorcowych. Pomiarów średniej arytmetycznej odchylenia profilu chropowatości Ra (wyrażonej w µm) dokonywano profilometrem. W drugim etapie badań przeprowadzono inkubację zmodyfikowanych prób tytanu na składniki roztworu symulującego płyn ustrojowy (SBF) w celu zbadania czy nastąpi adsorpcja fosforanów wapnia na powierzchni. Ostatecznym wynikiem badań była ocena zajścia procesu przy wykorzystaniu metod Spektroskopii Elektronów Augera oraz Skaningowej Mikroskopii Elektronowej. Z przeprowadzonych badań inkubacji modyfikowanych prób w SBF wynika, że proces wstępnego piaskowania lub piaskowania i wytrawiania jest korzystny dla zaadsorbowania się na tak przygotowanych powierzchniach jonów fosforu i wapnia. W ocenie właściwości biologicznych modyfikowanych powierzchni nie wykazano korelacji pomiędzy współczynnikiem chropowatości Ra, a zaadsorbowanymi na powierzchni pierwiastkami fosforu i wapnia.