Przejdź do treści

Wear properties of CP-Ti after surface functionalization with Direct Laser Interference Patterning

Biomateriały muszą spełniać szereg wymagań, takich jak odporność na korozję, biozgodność czy wysoką odporność na zużycie ścierne. Zjawisko powstawania produktów zużycia ściernego jest niekorzystne, gdyż może wywołać reakcję zapalną organizmu w obszarze kontaktu implantu z tkanką. Z tego powodu odporność na zużycie powierzchni biomateriałów jest istotnym czynnikiem zapewniającym ich prawidłowe funkcjonowanie. W niniejszej pracy zbadaliśmy właściwości tribologiczne tytanu, którego powierzchnię poddano funkcjonalizacji metodą Bezpośredniej Laserowej Litografii Interferencyjnej (ang. Direct Laser Interference Patterning - DLIP). DLIP pozwala na wytworzenie periodycznych wzorów na modyfikowanej powierzchni, o wielkościach w różnej skali, które mają pozytywny wpływ na odpowiedź komórkową. Metodą DLIP na powierzchni tytanu po kulowaniu i trawieniu (stan wyjściowy) wytworzyliśmy dwa rodzaje periodycznych wzorów: prążki (grooves) oraz siatkę (grid). Uzyskane wyniki są jednymi z pierwszych w literaturze w kontekście analizy wpływu tak przeprowadzonych obróbek powierzchniowych na odporność tribologiczną tytanu. Badania tribologiczne wykonaliśmy w roztworze Hanka w temperaturze 37 °C, metodą trzpień-płytka. W ramach przeprowadzonych badań wykazaliśmy, że próbki o bardziej jednorodnej topografii powierzchni (stan wyjściowy oraz o topografii siatki) wykazywały podobne zachowanie tribologiczne. W przypadku próbek z prążkami, których powierzchnia charakteryzowała się wyraźną teksturą morfologiczną, zmiany na krzywych zużycia miały charakter periodyczny, niezależnie od kierunku badania. Anizotropowa topografia powierzchni prążków wpływała na osadzanie i gromadzenie produktów zużycia w strefie kontaktu trzpienia z płytką, powodując podczas tarcia skokowy spadek na krzywej zużycia. Fluktuacje pojawiały się po osiągnięciu krytycznej grubości produktów zużycia i ich oderwaniu od powierzchni trących, skutkując skokowymi zmianami na krzywej przemieszczenia o kilka mikrometrów. Pomimo funkcjonalizacji metodą DLIP, zachowanie tytanu podczas zużycia pozostaje silnie zależne od topografii stanu wyjściowego przed funkcjonalizacją laserową. Czynnik ten, musi być uwzględniany przy projektowaniu powierzchni tytanowych implantów, bowiem obecność periodycznych struktur na powierzchni biomateriałów sprzyja różnicowaniu się komórek osteoblastów. 

Artykuł:

Wear

Autorzy z PW:

Jarosław Pura, Halina Garbacz 

Rok wydania: