RO127411B1 - Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants - Google Patents
Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants Download PDFInfo
- Publication number
- RO127411B1 RO127411B1 ROA201000915A RO201000915A RO127411B1 RO 127411 B1 RO127411 B1 RO 127411B1 RO A201000915 A ROA201000915 A RO A201000915A RO 201000915 A RO201000915 A RO 201000915A RO 127411 B1 RO127411 B1 RO 127411B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- metals
- layer
- ratio
- thickness
- thin layers
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Invenția se referă la un material biocompatibil din straturi subțiri, 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 a biocompatible material from thin layers, in the form of thin layers with a compositional gradient, corrosion resistant, with low porosity, adherent to the support on which they were deposited, used to cover the metal alloys from which dental implants and devices are made. biomedical in 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, având 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, din cauza reacțiilor citotoxice, 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 appearance of the phenomena of rejection by the body, due to cytotoxic reactions, but also from fatigue and wear. For increasing the residence time in the tissue 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.
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 straturi subțiri, astfel încât proprietățile mecanice ale aliajului de bază să nu fie afectate.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 surface quality through thermochemical treatments or thin layer deposition, so that the mechanical properties of the base alloy do not be affected.
Prin documentul JPH 10130843 (A), este cunoscut un material de acoperire a suprafeței unei scule, realizat din straturi subțiri, obținute prin depunere din stare de vapori, formate din compuși ai titanului, în particular - dintr-un strat de TiN, un strat de TiON și un strat de TiO2, depuse pe un substrat cementat din WC sau TiCN de 3...20 pm grosime, iar documentul JPH 03232972 (A) prezintă un material de acoperire format din straturi succesive de compuși de Ti sau Zr, în particular, din: un strat de TiO2 sau ZrO2, de minimum 0,2 pm, obținut prin depunere chimică din stare de vapori, și un strat de TiN sau ZrN de minimum 0,2 pm. De asemenea, documentul US 5326404 A prezintă o metodă și un aparat de realizare a unui material de acoperire din straturi suprapuse, tip: Ti/TiN sau Ti/TiON/TiN pe un substrat semiconductor.JPH 10130843 (A) discloses a tool surface coating material, made of thin layers, obtained by vapor deposition, formed from titanium compounds, in particular - from a layer of TiN, a layer of TiON and a layer of TiO 2 , deposited on a cemented substrate of WC or TiCN of 3 ... 20 pm thick, and document JPH 03232972 (A) shows a coating material consisting of successive layers of compounds of Ti or Zr, in particular, from: a layer of TiO 2 or ZrO 2 , of at least 0.2 µm, obtained by chemical vapor deposition, and a layer of TiN or ZrN of at least 0.2 µm. Also, US 5326404 A shows a method and apparatus for making a coating material from overlapping layers, type: Ti / TiN or Ti / TiON / TiN on a semiconductor substrate.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unor straturi subțiri protectoare, sub formă de materiale din 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.The technical problem solved by the invention consists in the creation of protective thin layers, in the form of thin layer materials, with biocompatible and bioactive properties, resistant to corrosion and wear, which determines the increase of the life of the dental implants from metal alloys, and the reduction the amount of toxic ions released, without affecting their mechanical properties.
Materialul biocompatibil din straturi subțiri, conform invenției, rezolvă această problemă tehnică prin aceea că are un prim strat constituit din titan metalic, cu grosimea cuprinsă între 50 și 200 nm, un al doilea strat din nitrură de titan sau zirconiu: TiN, ZrN, cu grosimea cuprinsă între 0,5 și 2 pm, și raportul între nemetale și metale cuprins între 0,85 și 1,2, un al treilea strat, din TiON sau - respectiv - ZrON, cu gradient compozițional și grosimea cuprinsă între 0,5 și 2 pm, și raportul O/(O+N) cu variație continuă între 0 și 1, raportul între nemetale și metale fiind cuprins între 0,85 și 2,1, și un ultim strat, constituit din TiO2 sau respectiv - din ZrO2, ce are grosimea cuprinsă între 1 și 4 pm, și raportul între nemetale și metale cuprins între 1,75 și 2,1, grosimea totală fiind cuprinsă între 2 și 8 pm, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere (scratch test) fiind mai mari de 22 N, cu microdurități mai mari de 18 GPa, cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard fiind mai mică de 36 pg/cm2, iar factorul de viabilitate celulară fiind mai mare de 85% la testul de citotoxicitate.The biocompatible material from thin layers, according to the invention, solves this technical problem by having a first layer made of titanium metal, with a thickness between 50 and 200 nm, a second layer of titanium or zirconium nitride: TiN, ZrN, with the thickness between 0.5 and 2 pm, and the ratio between non-metals and metals between 0.85 and 1.2, a third layer, of TiON or - respectively - ZrON, with a compositional gradient and the thickness between 0.5 and 2 pm, and the ratio O / (O + N) with continuous variation between 0 and 1, the ratio between non-metals and metals being between 0.85 and 2.1, and a final layer, consisting of TiO 2 or respectively - of ZrO 2 , which has a thickness between 1 and 4 pm, and the ratio between non-metals and metals between 1.75 and 2.1, the total thickness being between 2 and 8 pm, the normal forces critical to the scratch test ) being greater than 22 N, with micro-hardness i greater than 18 GPa, the amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva being less than 36 µg / cm 2 , and the cell viability factor being greater than 85% in the cytotoxicity test.
Materialul cu gradient compozițional pentru acoperirea implanturilor dentare și a dispozitivelor biomedicale din stomatologie, din aliaje metalice, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The material with a compositional gradient for covering dental implants and biomedical devices in dentistry, metal alloys, according to the invention, has the following advantages:
- este aderent la substrat, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere (scratch test) fiind mai mare de 22 N;- it is adherent to the substrate, the normal forces critical to the scratch test being greater than 22 N;
- are microdurități cu o valoare minimă de 18 GPa;- has micro-hardnesses with a minimum value of 18 GPa;
RO 127411 Β1RO 127411 Β1
- cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C este mai mică 1 de 35 pg/cm, încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil;- the amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C is less than 1 by 35 pg / cm, 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. 3- has a cell viability factor greater than 85% in the cytotoxicity test. 3
Invenția este prezentată pe larg în continuare.The invention is further described below.
Proprietățile superioare ale materialelor cu gradient compozițional, biocompatibile și 5 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 7 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 9 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 meca- 11 nice și a porozității, datorită compoziției specifice, bogate în azot, a primelor straturi și a variației cvasicontinue a structurii cristaline, specifice fiecărei compoziții elementale a corn- 13 pușilor din stratul cu gradient compozițional.The superior properties of the compositional gradient, biocompatible and 5 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 7 elements that do not produce adverse reactions upon release. in the human body. Compared to the layers with homogeneous composition, in the case of layers with a compositional gradient, in which the concentration of oxygen gradually increases in the layer, together with the decrease of the nitrogen, the adhesion to the substrate and the hardness increase, as well as the decrease of the mechanical stresses. and the porosity, due to the specific composition, rich in nitrogen, the first layers and the quasi-continuous variation of the crystalline structure, specific to each elemental composition of the corn-13 shoots in the compositional gradient layer.
Ca materiale de acoperire alese pentru actuala invenție, s-au utilizat nitrurile, oxinitru- 15 rile 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 17 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 19 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 21 Ti (TiO2) sau Zr (ZrO2).As the coating materials chosen for the present invention, titanium and zirconium oxides, oxides and oxides were used. This invention relates to biocompatible materials with a compositional gradient, wherein 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 19 compositional gradient, of Ti (TiON) or Zr (ZrON), in which the nitrogen concentration decreases progressively, together with the increase of oxygen concentration. , and the last layer is an oxide of 21 Ti (TiO 2 ) or Zr (ZrO 2 ).
Materialul biocompatibil din straturi subțiri, conform invenției, are un prim strat consti- 23 tuit din titan metalic cu grosimea cuprinsă între 50 și 200 nm, un al doilea strat din nitrură de titan sau zirconiu: TiN, ZrN, cu grosimea cuprinsă între 0,5 și 2 pm, și raportul între nemetale 25 și metale cuprins între 0,85 și 1,2, un al treilea strat din TiON sau -respectiv - ZrON, cu gradient compozițional și grosimea cuprinsă între 0,5 și 2 pm, și raportul O/(O+N) cu variație 27 continuă între 0 și 1, raportul între nemetale și metale fiind cuprins între 0,85 și 2,1, și un ultim strat constituit din TiO2 sau - respectiv - din ZrO2, ce are grosimea cuprinsă între 1 și 29 4 pm, și raportul între nemetale și metale cuprins între 1,75 și 2,1.The biocompatible material from thin layers, according to the invention, has a first layer made of titanium metal with a thickness between 50 and 200 nm, a second layer of titanium or zirconium nitride: TiN, ZrN, with a thickness between 0, 5 and 2 pm, and the ratio between non-metals 25 and metals between 0.85 and 1.2, a third layer of TiON or -respectively - ZrON, with a compositional gradient and thickness between 0.5 and 2 pm, and the ratio O / (O + N) with variation 27 continuous between 0 and 1, the ratio between non-metals and metals being between 0.85 and 2.1, and a final layer consisting of TiO 2 or - respectively - of ZrO 2 , which has thickness between 1 and 29 4 pm, and the ratio between non-metals and metals between 1.75 and 2.1.
Materialul monostrat de Ti metalic, conform invenției, din componența stratului cu 31 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 layer with 31 compositional gradient, has a thickness between 50 and 200 nm.
Materialul monostrat de nitruri de Ti sau Zr, conform invenției, din componența 33 stratului cu gradient compozițional, este realizat din straturi subțiri de TiN sau ZrN, cu grosimi totale cuprinse între 0,5 și 2 pm. Materialul monostrat de nitruri prezintă un raport al 35 concentrațiilor elementale ale nemetalelor și metalelor cuprins între 0,85 și 1,2.The monolayer material of Ti or Zr nitrides, according to the invention, from the composition 33 of the compositional gradient layer, is made of thin layers of TiN or ZrN, with total thicknesses between 0.5 and 2 pm. The monolayer nitride material has a ratio of 35 elemental concentrations of non-metals and metals between 0.85 and 1.2.
Materialul de oxinitrură de Ti sau Zr, conform invenției, este realizat din straturi subțiri 37 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 39 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 41 de oxid.The oxinitride material of Ti or Zr, according to the invention, is made of 37 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 39 and 2.1, and the ratio of elemental concentrations of nonmetals O / (O + N) shows a continuous variation, from the value 0, to the border with the nitride layer, up to value 1, at the border with the 41 oxide layer.
Materialele monostrat de oxizi ai Ti sau Zr, conform invenției, sunt realizate din stra- 43 turi subțiri de TiO2 sau ZrO2, cu grosimi totale cuprinse între 1 și 4 pm. Straturile subțiri de TiO2 și ZrO2 prezintă un raport al concentrațiilor elementale ale oxigenului și metalelor 45 cuprins între 1,75 și 2,1.The monolayer oxide materials of Ti or Zr, according to the invention, are made of 43 thin layers of TiO 2 or ZrO 2 , with total thicknesses between 1 and 4 pm. The thin layers of TiO 2 and ZrO 2 show a ratio of elemental concentrations of oxygen and metals 45 between 1.75 and 2.1.
Materialul biocompatibil cu gradient compozițional, conform invenției, este obținut 47 printr-o metodă de tip depunere fizică din fază de vapori (pulverizare magnetron, arc catodic, placare ionică, evaporare activată) într-o plasmă reactivă. 49The biocompatible material with a compositional gradient, according to the invention, is obtained by a method of physical vapor deposition type (magnetron sputtering, cathode arc, ionic coating, activated evaporation) in a reactive plasma. 49
RO 127411 Β1RO 127411 Β1
Materialul cu gradient compozițional este obținut într-o plasmă reactivă ce conține atomi și ioni de titan, zirconiu, oxigen și azot, la presiuni cuprinse între 1x103 și 101 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 material with compositional gradient is produced in a reactive plasma containing atoms and ions of titanium, zirconium, oxygen and nitrogen at pressures ranging from 1x10 3:10 1 Pa, the temperature of the metal alloy that is the submission of between 80 and 350 ° C, which does not determine its 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 7 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 totală 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 de 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/cm2. Materialul cu gradient compozițional prezintă un factor de viabilitate celulară de 90% la testul de citotoxicitate.An example of making a layer with a compositional gradient is that of 7 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 variation continues from value 0 to value 1, followed by the last layer of ZrO 2 , with a thickness of 1.5 µm, with the ratio O / Zr = 2. The material with a compositional gradient shows high adhesion to the substrate, the normal force critical to the adhesion test. by scratch test being 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 µg / cm 2 . 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 RO127411A2 (en) | 2012-05-30 |
| RO127411B1 true 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) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020101882A1 (en) * | 2020-01-27 | 2021-07-29 | Ralf Masur | White, bacteria-resistant, biocompatible, adhesive coating for implants, screws and plates and manufacturing processes integrated in hard and soft tissue |
-
2010
- 2010-09-29 RO ROA201000915A patent/RO127411B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO127411A2 (en) | 2012-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2014088024A (en) | Substrate coated with layer structure having tetrahedral carbon layer and soft outer layer | |
| Subramanian et al. | Surface modification of 316L stainless steel with magnetron sputtered TiN/VN nanoscale multilayers for bio implant applications | |
| Beline et al. | Tailoring the synthesis of tantalum-based thin films for biomedical application: Characterization and biological response | |
| DK2590690T3 (en) | ANTIBACTERIAL MEDICINE PRODUCT AND PROCEDURE FOR PREPARING IT | |
| Kaliaraj et al. | Studies of calcium-precipitating oral bacterial adhesion on TiN, TiO 2 single layer, and TiN/TiO 2 multilayer-coated 316L SS | |
| CN103649363B (en) | Method for improving the wear resistance of dyed surgical instruments | |
| Thangavel et al. | RF magnetron sputtering mediated NiTi/Ag coating on Ti-alloy substrate with enhanced biocompatibility and durability | |
| Toyonaga et al. | The property of adhesion and biocompatibility of silicon and fluorine doped diamond-like carbon films | |
| RU2493813C2 (en) | Method of obtaining metal-ceramic coatings on surface of dental prostheses | |
| JP6190993B2 (en) | Dental material | |
| RO127411B1 (en) | Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants | |
| Moon et al. | Surface characteristics of TiN/ZrN coated nanotubular structure on the Ti–35Ta–xHf alloy for bio-implant applications | |
| RO129460A2 (en) | Carbides of high entropy alloys as thin layers, for coating articular endoprostheses | |
| JP4475458B2 (en) | Dental article and method for producing the same | |
| RO127022B1 (en) | Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants | |
| Donkov et al. | Mechanical properties of tantalum-based ceramic coatings for biomedical applications | |
| RO130173A2 (en) | Biocompatible materials based on high-entropy alloy carbides, for coating mobile couplings of articular endoprostheses and medical instruments | |
| 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 | |
| US20170165039A1 (en) | Multiple layer coating and coating method for dental devices and the like | |
| RO123356B1 (en) | Biocompatible thin-layer materials for coating niti and nitinb shape-memory alloys | |
| RO128758B1 (en) | Bio-active coating material based on oxide thin layers | |
| Maya et al. | Microstructural and tribological properties of TiO2/Ag multilayer coatings using magnetron sputtering technique for potential applications in non-permanent implants | |
| Mironov et al. | Structure and properties of nitrides on the surface of collagen | |
| Ripoll et al. | Tribocorrosion of hard coatings and thin films | |
| US20230091812A1 (en) | White, bacteria-resistant, biocompatible, adherent coating for implants, screws and plates integrated in hard and soft tissue and production method |