Biocompatibility of transition metal alloys: physical-chemical background

Abstract

Slitiny titanu jsou široce využívány při výrobě kloubních implantátů. Podle současných studií má jedny z nejlepších chemických i mechanických vlastností slitina TiNb. Vlastnosti této slitiny jsou studovány na Ti39Nb a na napařených vrstvách Ti, Nb a TiNb. Výsledky jsou porovnány se slitinou Ti6Al4V a čistým Ti. V této práci se zaměřujeme na počáteční fázi procesu růstu kostí na implantátu (studováno in vitro). Dle dostupné literatury nebyla tato raná fáze růstu doposud popsána. V této počáteční fázi dochází k vytváření CaHPO4. Růst této sloučeniny je doprovázeno vytvářením oxidu Mg. Tato fáze je odlišná od pozdějšího růstu (popsán v mnoha studiích), kdy se narostlá vrstva skládá převážně z hydro- xylapatitu, Ca10(PO4)6(OH)2. Tepelná oxidace povrchu slitin vede k tvorbě zrn a zvýšení drsnosti povrchu. Ovlivnění rychlosti růstu zvýšením drsnosti povrchu závisí na materiálu. Obecně vzato dosahuje při růstu nejlepších výsledků TiNb (jak vyleštěný, tak vyleštěný a následně tepelně oxidovaný) a je následován čistý Ti. 1

Titanium alloys are widely used for manufacturing of bone implants. Recent studies proved superior mechanical and chemical properties of TiNb alloys. The performance of TiNb is analyzed on Ti39Nb alloy and on evaporated layers of Ti, Nb and TiNb. Performance is compared to Ti6Al4V and pure Ti. This work is focused on the early stage of a bone growth process (studied in vitro). An investigation of this early stage has not been found in any available literature. At this early stage, CaHPO4 compound is formed. This compound is accompa- nied by Mg oxide formation. It is a difference to later stage of this process (as observed in many studies) where the layer is created solely by hydroxylapatite, Ca10(PO4)6(OH)2. The thermal oxidation of surface leads to a grain structure and to a rougher surface. The surface with different roughness effects growth rate depending on material. Generally, the best performance is achieved with TiNb (only polished as well as subsequently thermally oxidized), followed by Ti. 1