RO127411A2 - Biocompatible thin films with compositional gradient for covering metal dental implants - Google Patents
Biocompatible thin films with compositional gradient for covering metal dental implants Download PDFInfo
- Publication number
- RO127411A2 RO127411A2 ROA201000915A RO201000915A RO127411A2 RO 127411 A2 RO127411 A2 RO 127411A2 RO A201000915 A ROA201000915 A RO A201000915A RO 201000915 A RO201000915 A RO 201000915A RO 127411 A2 RO127411 A2 RO 127411A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- metals
- thickness
- ratio
- compositional gradient
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Dental Preparations (AREA)
Abstract
Description
Invenția se referă la materiale realizate din straturi subțiri biocompatibile, cu gradient compozițional, folosite pentru acoperirea aliajelor metalice din care sunt realizate implanturile dentare și dispozitivele biomedicale din stomatologie. Materialele conform invenției sunt realizate din straturi subțiri succesive, astfel; primul strat este format din Ti metalic cu grosimea cuprinsă între 50 și 200 nm, al doilea strat este format din nitruri stoichiometrice de TiN sau. ZrN cu grosimea cuprinsă între 0,5 și 2 pm, al treilea strat este format din oxinitruri stoichiometrice de TiON sau ZțON, cu gradient compozițional și cu grosimea cuprinsă între 0,5...2 pm,în care raportul O/(O + N) variază continuu între 0 și 1, începând cu stratul inferior de nitrură, iar ultimul strat este formatdin oxizi stoichiometrici de TiO2 sau ZrO2 cu grosimea cuprinsă între 1 și 4 pm, grosimea totală a straturilor variind între 2 și 8 pm, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere fiind mai mari de 22 N, cu microdurități mai mari de 18 GPa, cantitatea de ioni eliberată în saliva artificială Carter-Brugirard fiind mai mică de 35 pg/cm2 și cu un factor de viabilitate celulară mai mare de 85% la testul de citotoxicitate.The invention relates to materials made of biocompatible thin layers, with a compositional gradient, used to cover the metal alloys from which dental implants and biomedical devices from dentistry are made. The materials according to the invention are made of successive thin layers, thus; the first layer is composed of metallic Ti with a thickness between 50 and 200 nm, the second layer is composed of stoichiometric nitrides of TiN or. ZrN with a thickness between 0.5 and 2 pm, the third layer is composed of stoichiometric oxides of TiON or ZțON, with a compositional gradient and with a thickness between 0.5 and 2 pm, in which the ratio O / (O + N) varies continuously between 0 and 1, starting with the lower nitride layer, and the last layer is formed by stoichiometric oxides of TiO 2 or ZrO 2 with the thickness between 1 and 4 pm, the total thickness of the layers varying between 2 and 8 pm, the forces critical normal to the scratch adhesion test being greater than 22 N, with micro-hardnesses greater than 18 GPa, the amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva being less than 35 pg / cm 2 and with a cell viability factor higher 85% high in the cytotoxicity test
Revendicări: 2Claims: 2
Cu începere de la data publicăm cerem de brevet, cererea asigură, în mod:provizoriu, solicitantului, protecția conferită potrivit dispozițiilor art.32 d-inLegeanri64/199 f cu excepția cazurilor în care cererea de brevet de invenție a fost respinsă^retrasă sau ccmsiderată ca fiind retrasă. întinderea protecției conferite de cererea de brevet de invenție este determinată de revendicările conținuteîncererea publicatăîn conformitate cu art.23 atinflf - (3fStarting from the date we publish the patent application, the application provides, in a provisional way, to the applicant, the protection conferred according to the provisions of art.32 d-inLegeanri64 / 199 f, except in cases where the patent application has been rejected ^ withdrawn or considered as withdrawn. The extent of the protection conferred by the patent application is determined by the claims contained in the published publication in accordance with article 23 atinflf - (3f
STRATURI SUBȚIRI BIOCOMPATIBILE CU GRADIENT COMPOZIȚIONAL > 9BIOCOMPATIBLE SUBSTITUTE LAYERS WITH COMPOSITIONAL GRADIENT> 9
PENTRU ACOPERIREA IMPLANTURILOR DENTARE METALICEFOR COVERING OF METAL DENTAL IMPLANTS
Invenția se referă la materiale din straturi subțiri biocompatibile, sub formă de straturi subțiri cu gradient compozițional, rezistente la coroziune, cu porozitate redusă, aderente la suportul pe care au fost depuse, folosite pentru acoperirea aliajelor metalice din care sunt realizate implanturile dentare și dispozitivele biomedicale din stomatologie.The invention relates to materials from biocompatible thin layers, in the form of thin layers with a compositional gradient, corrosion resistant, low porosity, adherent to the support they have been deposited, used to cover the metal alloys from which dental implants and biomedical devices are made. from dentistry.
în prezent sunt cunoscute materiale din care sunt realizate implanturile dentare, în special cele din titan și aliajele sale, din oțel inoxidabil austenitic și aliaje CoCr, avand o medie de rezidență în organism de aproximativ 10-15 ani. Problemele majore legate de degradarea implanturilor medicale sunt generate de apariția fenomenelor de respingere de către organism datorită reacțiilor cito-toxice, dar și de oboseală și uzură. Pentru creșterea timpului de rezidență în țesut a implanturilor au fost utilizate diverse tehnologii de îmbunătățire a calității suprafețelor acestora, fie prin tratamente termochimice, fie prin acoperirea acestora cu straturi subțiri cu biocompatibilitate crescută față de cea a aliajului metalic de bază.At present, materials from which dental implants are made are known, especially those made of titanium and its alloys, austenitic stainless steel and CoCr alloys, having an average residence in the body of about 10-15 years. The major problems related to the degradation of the medical implants are generated by the occurrence of the phenomena of rejection by the body due to the cytotoxic reactions, but also from fatigue and wear. For increasing the tissue residence time of implants, various technologies have been used to improve the quality of their surfaces, either by thermochemical treatments or by coating them with thin layers with biocompatibility higher than that of the basic metal alloy.
Problema pe care o rezolvă această invenție este realizarea unor straturi subțiri protectoare, sub formă de materiale straturi subțiri cu proprietăți biocompatibile și bioactive, rezistente la coroziune și uzură, care determină creșterea duratei de viață a implanturilor dentare din aliaje metalice și reducerea cantității de ioni toxici eliberați, fără a afecta proprietățile mecanice ale acestora. Proprietățile superioare ale materialelor cu gradient compozițional, biocompatibile și bioactive, care fac obiectul invenției, sunt generate de rezistența acestora la acțiunea corozivă a fluidelor din saliva umană, de utilizarea în compoziția materialului de acoperire a unor elemente care nu produc reacții adverse la eliberarea acestora în organismul uman. Comparativ cu straturile cu compoziție omogenă, în cazul straturilor cu gradient compozițional, în care concentrația de oxigen crește gradual în strat concomitent cu scăderea celei de azot, se produce creșterea aderenței la substrat și a durității, precum și scăderea tensiunilor mecanice și a porozității, datorită compoziției specifice, bogate în azot, a primelor straturi și a variației cvasi-continue a structurii cristaline, specifice fiecărei compoziții elementale a compușilor din stratul cu gradient compozițional.The problem solved by this invention is the creation of protective thin layers, in the form of thin layers materials with biocompatible and bioactive properties, resistant to corrosion and wear, which determines the increase of the life of the dental implants of metallic alloys and the reduction of the toxic ion quantity. release them, without affecting their mechanical properties. The superior properties of the compositional gradient, biocompatible and bioactive materials, which are the subject of the invention, are generated by their resistance to the corrosive action of fluids in human saliva, by the use in the composition of the coating material of elements that do not produce adverse reactions upon their release in the human body. Compared with the layers with homogeneous composition, in the case of layers with a compositional gradient, in which the oxygen concentration increases gradually in layer concomitant with the decrease of the nitrogen, the increase of the adhesion to the substrate and the hardness, as well as the decrease of the mechanical stresses and the porosity, due to the specific composition, rich in nitrogen, of the first layers and the quasi-continuous variation of the crystalline structure, specific to each elemental composition of the compounds in the compositional gradient layer.
în vederea creșterii rezistenței la coroziune și a scăderii concentrației de metal eliberată din aliajele metalice utilizate pentru implanturile dentare au fost utilizate diverse metode de îmbunătățire a calității suprafețelor prin tratamente termochimice sau depuneri de pagina - 1 (λ- 2 Ο 1 Ο - Ο Ο 9 1 5 - 2 6 -09- 2010 straturi subțiri, astfel încât proprietățile mecanice ale aliajului de bază să nu fie afectate. Ca materiale de acoperire alese pentru actuala invenție s-au utilizat nitrurile, oxinitrurile și oxizii de titan și zirconiu. Această invenție se referă la materialele biocompatibile cu gradient compozițional, în care primul strat este un strat de Ti metalic, ce are rolul de a crește aderența stratului la substrat, al doilea este un strat de nitrură de Ti (TiN) sau Zr (ZrN), ce are rolul de a crește duritatea, al treilea strat este constituit dintr-un strat de oxinitrură cu gradient compozițional, de Ti (TiON) sau Zr (ZrON), în care concentrația de azot scade progresiv concomitent cu creșterea concentrației oxigenului, iar ultimul strat este un oxid de Ti (T1O2) sau Zr (ZrC>2).In order to increase the resistance to corrosion and to decrease the concentration of metal released from the metal alloys used for dental implants, various methods have been used to improve the quality of the surfaces by thermochemical treatments or page-1 (λ-2 Ο 1 Ο - Ο Ο 9 1 5 - 2 6 -09- 2010 Thin layers, so that the mechanical properties of the base alloy are not affected As the coating materials chosen for the present invention were used nitrates, oxynitrides and titanium and zirconium oxides. refers to biocompatible materials with a compositional gradient, in which the first layer is a layer of metallic Ti, which has the role of increasing the adhesion of the layer to the substrate, the second is a nitride layer of Ti (TiN) or Zr (ZrN), which has the role of increasing the hardness, the third layer consists of an oxinitride layer with a compositional gradient, of Ti (TiON) or Zr (ZrON), in which c the nitrogen concentration decreases progressively with increasing oxygen concentration, and the last layer is an oxide of Ti (T1O2) or Zr (ZrC> 2).
Materialul monostrat de Ti metalic, conform invenției, din componența stratului cu gradient compozițional are o grosime cuprinsă între 50 și 200 nm.The monolayer material of metallic Ti, according to the invention, from the composition of the compositional gradient layer has a thickness between 50 and 200 nm.
Materialele monostrat de nitruri de Ti sau Zr, conform invenției, din componența stratului cu gradient compozițional, sunt realizate din straturi subțiri de TiN sau ZrN, cu grosimi totale cuprinse între 0,5 și 2 pm. Materialele monostrat de nitruri prezintă un raport al concentrațiilor elementale ale nemetalelor și metalelor cuprins între 0,85 și 1,2.The monolayer materials of Ti or Zr nitrides, according to the invention, from the composition of the compositional gradient layer, are made of thin layers of TiN or ZrN, with total thicknesses between 0.5 and 2 pm. The nitride monolayer materials have a ratio of elemental concentrations of non-metals and metals between 0.85 and 1.2.
Materialele de oxinitrură de Ti sau Zr, conform invenției, sunt realizate din straturi subțiri de TiON sau ZrON, cu grosimi totale cuprinse între 0,5 și 2 pm. Straturile de oxinitrură prezintă un raport al concentrațiilor elementale ale nemetalelor și metalelor cuprins între 0,85 și 2,1, iar raportul concentrațiilor elementale ale nemetalelor O/(O+N) prezintă o variație continuă, de la valoarea 0, la granița cu stratul de nitrură, până la valoare 1, la granița cu stratul de oxid.The oxinitride materials of Ti or Zr, according to the invention, are made of thin layers of TiON or ZrON, with total thicknesses between 0.5 and 2 pm. The oxinitride layers show a ratio of elemental concentrations of nonmetals and metals between 0.85 and 2.1, and the ratio of elemental concentrations of nonmetals O / (O + N) shows a continuous variation, from the value 0, to the boundary with the layer. of nitride, up to value 1, at the border with the oxide layer.
Materialele monostrat de oxizi ai Ti sau Zr, conform invenției, sunt realizate din straturi subțiri de T1O2 sau ZrO2, cu grosimi totale cuprinse între 1 și 4 pm. Straturile subțiri de T1O2 și ZriZ>2 prezintă un raport al concentrațiilor elementale ale oxigenului și metalelor cuprins între 1,75 și 2,1.The monolayer materials of Ti or Zr oxides, according to the invention, are made of thin layers of T1O2 or ZrO 2 , with total thicknesses ranging from 1 to 4 pm. The thin layers of T1O2 and ZriZ> 2 show a ratio of elemental concentrations of oxygen and metals between 1.75 and 2.1.
Materialele cu gradient compozițional pentru acoperirea implanturilor dentare și a dispozitivelor biomedicale din stomatologie din aliaje metalice, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:Materials with a compositional gradient for covering dental implants and biomedical devices in dentistry from metal alloys, according to the invention, have the following advantages:
- sunt aderente la substrat, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere (“scratch test”) fiind mai mare de 22 N;- they are adherent to the substrate, the normal forces critical to the scratch test being greater than 22 N;
- au microdurități cu o valoare minimă de 18 GPa;- have micro-hardnesses with a minimum value of 18 GPa;
- cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C este mai mică de 35 pg/cm2, încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență “perfect stabil”;- the quantity of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C is less than 35 pg / cm 2 , falling (according to ISO 8044) in the "perfectly stable" resistance class;
- prezintă un factor de viabilitate celulară mai mare de 85% la testul de citotoxicitate.- has a cell viability factor greater than 85% in the cytotoxicity test.
pagina - 2 ^-2010-00915-2 6 -09- 2010page - 2 ^ -2010-00915-2 6 -09- 2010
Materialele biocompatibile cu gradient compozițional, conform invenției, sunt obținute printr-o metodă de tip depunere fizică din fază de vapori (pulverizare magnetron, arc catodic, placare ionică, evaporare activată) într-o plasmă reactivă.The biocompatible materials with a compositional gradient, according to the invention, are obtained by a method of physical vapor deposition type (magnetron sputtering, cathodic arc, ionic plating, activated evaporation) in a reactive plasma.
Materialele cu gradient compozițional sunt obținute într-o plasmă reactivă care conține atomi și ioni de titan, zirconiu, oxigen și azot, la presiuni cuprinse între 1x10’ și 10' Pa, la temperaturi ale aliajului metalic pe care se face depunerea cuprinse între 80° și 350° C, ceea ce nu determină modificări structurale ale acestuia, timpul total de depunere fiind cuprins în intervalul dintre 60 și 360 min.The compositional gradient materials are obtained in a reactive plasma containing titanium, zirconium, oxygen and nitrogen atoms and ions, at pressures between 1x10 'and 10' Pa, at temperatures of the metal alloy on which the deposition is made between 80 °. and 350 ° C, which does not cause structural changes, the total deposition time being between 60 and 360 min.
Un exemplu de realizare a unui strat cu gradient compozițional este cel constituit din straturi succesive, începând cu un strat metalic de Ti, cu o grosime tipică de 0,1 pm, urmat de stratul de ZrN, cu raportul N/Zr = 1,05 și grosimea de 1,2 pm, urmat de un strat de ZrON cu grosimea totala de 2,5 pm, având raportul (O+N)/Ti = 1,2, iar raportul O/(O+N) prezintă o variație continuă de la valoarea 0 la valoarea 1, urmat de ultimul strat de ZrO2, cu grosimea deAn example of a layer with a compositional gradient is the one consisting of successive layers, starting with a metallic layer of Ti, with a typical thickness of 0.1 µm, followed by the layer of ZrN, with the ratio N / Zr = 1.05 and the thickness of 1.2 µm, followed by a layer of ZrON with the total thickness of 2.5 µm, having the ratio (O + N) / Ti = 1.2, and the ratio O / (O + N) shows a continuous variation from value 0 to value 1, followed by the last layer of ZrO 2 , with the thickness of
1,5 pm, cu raportul O/Zr=2. Materialul cu gradient compozițional prezintă aderență ridicată la substrat, forța normală critică la testul de aderență prin zgâriere (“scratch test”) fiind de 35 N. Materialul cu gradient compozițional are microduritatea de 22 GPa. Cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard este de aproximativ 20 pg/cm . Materialul cu gradient compozițional prezintă un factor de viabilitate celulară de 90 % la testul de citotoxicitate.1.5 µm, with the ratio O / Zr = 2. The material with a compositional gradient shows high adhesion to the substrate, the critical normal force on the scratch test is 35 N. The material with a compositional gradient has a micro-hardness of 22 GPa. The amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva is approximately 20 pg / cm. The material with a compositional gradient has a cell viability factor of 90% in the cytotoxicity test.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201000915A RO127411B1 (en) | 2010-09-29 | 2010-09-29 | Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201000915A RO127411B1 (en) | 2010-09-29 | 2010-09-29 | Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RO127411A2 true RO127411A2 (en) | 2012-05-30 |
RO127411B1 RO127411B1 (en) | 2016-07-29 |
Family
ID=46160468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ROA201000915A RO127411B1 (en) | 2010-09-29 | 2010-09-29 | Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RO (1) | RO127411B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021151832A1 (en) * | 2020-01-27 | 2021-08-05 | Masur, Ralf | White, bacteria-resistant, biocompatible, adherent coating for implants, screws and plates integrated in hard and soft tissue and production method |
-
2010
- 2010-09-29 RO ROA201000915A patent/RO127411B1/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021151832A1 (en) * | 2020-01-27 | 2021-08-05 | Masur, Ralf | White, bacteria-resistant, biocompatible, adherent coating for implants, screws and plates integrated in hard and soft tissue and production method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RO127411B1 (en) | 2016-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ding et al. | Microstructure and properties of monolayer, bilayer and multilayer Ta2O5-based coatings on biomedical Ti-6Al-4V alloy by magnetron sputtering | |
Shtansky et al. | Multicomponent nanostructured films for various tribological applications | |
Peng et al. | Antibacterial TiCu/TiCuN multilayer films with good corrosion resistance deposited by axial magnetic field-enhanced arc ion plating | |
Thangavel et al. | RF magnetron sputtering mediated NiTi/Ag coating on Ti-alloy substrate with enhanced biocompatibility and durability | |
Cotrut et al. | Corrosion resistance, mechanical properties and biocompatibility of Hf-containing ZrCN coatings | |
Li et al. | Study on HfCxN1-x coatings deposited on biomedical AISI 316L by radio-frequency magnetron sputtering | |
Ali et al. | In-vitro corrosion and surface properties of PVD-coated β-type TNTZ alloys for potential usage as biomaterials: Investigating the hardness, adhesion, and antibacterial properties of TiN, ZrN, and CrN film | |
Toyonaga et al. | The property of adhesion and biocompatibility of silicon and fluorine doped diamond-like carbon films | |
Moon et al. | Surface characteristics of TiN/ZrN coated nanotubular structure on the Ti–35Ta–xHf alloy for bio-implant applications | |
RO127411A2 (en) | Biocompatible thin films with compositional gradient for covering metal dental implants | |
Soltanalipour et al. | Effect of sputtering rate on morphological alterations, corrosion resistance, and endothelial biocompatibility by deposited tantalum oxide coatings on NiTi using magnetron sputtering technique | |
RO129460A2 (en) | Carbides of high entropy alloys as thin layers, for coating articular endoprostheses | |
JP4475458B2 (en) | Dental article and method for producing the same | |
Çelik | Influence of CrN coating on electrochemical behavior of plasma nitrided pure titanium in bio-simulated environment | |
RO131792A2 (en) | Bio-compatible thin layers for coating dental implants made of titanium alloys | |
Jeong et al. | Surface characteristics of hydroxyapatite-coated layer prepared on nanotubular Ti–35Ta–xHf alloys by EB-PVD | |
RO130173A2 (en) | Biocompatible materials based on high-entropy alloy carbides, for coating mobile couplings of articular endoprostheses and medical instruments | |
EP3386427B1 (en) | Multiple layer coating and coating method for dental devices | |
Arudi et al. | Taguchi optimization of hardness and scratch adhesion strength of multilayer Ti/TiN coatings on Ti-51 at% Ni alloy deposited via magnetron sputtering technique | |
Donkov et al. | Mechanical properties of tantalum-based ceramic coatings for biomedical applications | |
RO128758A2 (en) | Thin bio-active layers for coating orthopedic implants | |
RO123356B1 (en) | Biocompatible thin-layer materials for coating niti and nitinb shape-memory alloys | |
US20230091812A1 (en) | White, bacteria-resistant, biocompatible, adherent coating for implants, screws and plates integrated in hard and soft tissue and production method | |
RO128478A0 (en) | Biocompatible thin films for coating the metal intervertebral disk implants | |
Ripoll et al. | Tribocorrosion of hard coatings and thin films |