RO129452A2 - Straturi subţiri pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziţie pentru aplicaţii biomedicale - Google Patents
Straturi subţiri pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziţie pentru aplicaţii biomedicale Download PDFInfo
- Publication number
- RO129452A2 RO129452A2 ROA201200910A RO201200910A RO129452A2 RO 129452 A2 RO129452 A2 RO 129452A2 RO A201200910 A ROA201200910 A RO A201200910A RO 201200910 A RO201200910 A RO 201200910A RO 129452 A2 RO129452 A2 RO 129452A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- concentrations
- thin layers
- oxynitrides
- ratio
- sum
- Prior art date
Links
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 claims description 4
- 231100000263 cytotoxicity test Toxicity 0.000 claims description 4
- 235000019589 hardness Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000120 Artificial Saliva Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002784 cytotoxicity assay Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002308 calcification Effects 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- -1 silicon ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la materiale din straturi subţiri, dure, sub formă de monostraturi, aderente la suportul pe care au fost depuse, rezistente la coroziune, cu proprietăţi biocompatibile, utilizate în scopul creşterii duratei de viaţă a dispozitivelor medicale implantabile active. Materialele conform invenţiei sunt formate din straturi subţiri, sub formă de monostraturi, din silico-oxinitruri, având formula generală MeMeSiON, unde Meşi Mesunt metale de tranziţie biocompatibile diferite, din seria Ti, Zr, Nb, Ta şi Hf, în care concentraţiile elementale pentru Me, Me, O şi N variază între 10% şi 90%, concentraţia de Si variază între 4% şi 8%, raportul concentraţiilor Me/Mevariază între 0,1 şi 0,9, iar raportul dintre suma concentraţiilor de oxigen şi azot şi suma concentraţiilor metalelor constituente (O+N)/(Me+Me) variază între 0,5 şi 2.
Description
Invenția se referă la materiale din straturi subțiri, dure, sub formă de monostratiiri. aderente la suportul pe care au fost depuse, rezistente la coroziune, utilizate pentru aplicații biomedicale.
Problema pe care o rezolvă această invenție este realizarea unor straturi subțiri dure, aderente, sub formă de materiale monostrat, cu proprietăți biocompatibile, rezistente la coroziune, care determină creșterea duratei de viață a dispozitivelor medicale implantabile active.
Materialele monostrat, conform invenției, sunt realizate din straturi subțiri formate din silico-oxinitruri, având formula generală MeiMe2SiON, unde Mei și Me2 sunt metale de tranziție biocompatibile diferite din seria Ti, Zr, Nb, Ta și Hf. Oxinitrurile metalelor de tranziție biocompatibile sunt cunoscute ca fiind compuși cu proprietăți superioare de biocompatibilitate [1-4], Utilizarea a două metale în compoziția monostraturilor, conform invenției, determină îmbunătățirea caracteristicilor mecanice ale oxinitrurilor. Pe de altă parte, introducerea siliciului joacă un rol important în formarea osului, deoarece ionii de siliciu ajută procesului de calcifiere [5]. în plus, siliciul îmbunătățește bioactivitatea materialelor prin formarea grupărilor Si-OH pe suprafața acestora [6].
Materialele din straturi subțiri pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziție, conform invenției, prezintă următoarele avantaje: sunt dure și au o aderență superioară la substraturile metalice; sunt stabile și inerte chimic; nu modifică tipo-dimensiunea dispozitivelor acoperite și nu induc modificări funcționale ale acestora; sunt rezistente la acțiunea agențiilor corozivi care se găsesc în organismul uman; sunt biocompatibile, neresorbabile și netoxice.
Materialele monostrat, conform invenției, sunt obținute printr-o metodă de tip depunere fizică din fază de vapori (arc catodic, pulverizare reactivă magnetron), într-o plasmă reactivă care conține atomi și ioni ai unor elemente precum titanul, zirconiul, niobiul, tantalul, hafniul, siliciul, azotul și oxigenul, funcție de natura straturilor depuse. Temperaturile substratului pe care se face depunerea pot fi cuprinse între 100° și 400° C, ceea ce nu determină modificări structurale sau dimensionale ale acestuia. Rezistența superioară mecanică și anticorozivă a materialelor monostrat, care fac obiectul invenției, determină îmbunătățirea performanțelor dispozitivelor medicale acoperite comparativ cu cele neacoperite.
Invenția este prezentată în continuare în mod detaliat.
- pagina 1 din 5^-20 1^- 0 0 9'1 0-2 5 -11- 2βΤ2
Materialele monostrat, conform invenției, sunt realizate din straturi subțiri de TiZrSiON, TiNbSiON, TiTaSiON, TiHfSiON, ZrNbSiON, ZrTaSiON, ZrHfSiON, NbTaSiON, NbHfSiON și TaHfSiON, au grosimi totale cuprinse între 1 și 3 pm. Materialele sunt formate din straturi subțiri în care concentrațiile elementale pentru Ti, Zr, Nb, Ta, Hf, O și N variază între 10 și 90 % at., concentrația de Si între 4 si 8 % at., raportul concentrațiilor metalelor între 0,1 și 0,9, iar raportul dintre suma concentrațiilor de O și N și suma concentrațiilor metalelor constituente între 0,5 și 2. Materialele monostrat sunt aderente la substrat, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere “scratch test” fiind cuprinse între 40 și 60 N. Materialele monostrat au durități cuprinse între 14 și 23 GPa. Cantitatea de ioni eliberată în soluții artificiale cu compoziție similară cu cea a fluidelor fiziologice, salivă artificială Fusayama-Meyer sau soluție fiziologică Ringer, este mai mică de 30 pg/cm2, încadrându-se, conform ISO 8044, în clasa de rezistență “perfect stabil”. Materialele monostrat prezintă o viteză de coroziune < 5 xlO'3 mm/an și un factor de viabilitate celulară > 75% la testul de citotoxicitate.
Un exemplu de realizare a unui material monostrat, conform invenției, obținut prin metoda pulverizării magnetron, este cel format din stratul subțire de TiZrSiON, cu Ti - 18,3% at., Zr - 22,4 %at., Si - 5,5 %at., O - 23,6 %at. si N - 30,5 %at., având raportul concentrațiilor Ti/Zr de 0,8 și raportul dintre concentrațiile (O+N)/(Ti+Zr) de 1,3 . Stratul are o grosime de 2 pm, o duritate de 18 GPa și prezintă o aderență ridicată la substrat, forța normală critică la testul de aderență prin zgâriere “scratch test” fiind de 48 N. Stratul prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Fusayama-Meyer de 3,5 pg/cm și o viteză de coroziune de aproximativ 4,2 x 10'3 mm/an. Stratul prezintă o viabilitate celulară de 84 % la testul de citotoxicitate.
Un alt exemplu de realizare a unui material monostrat, conform invenției, obținut prin metoda arcului catodic, este cel format din stratul subțire de HfTaSiON, cu Hf - 22,5% at., Ta - 30,3 %at., Si - 7,2 %at., O - 25,1 %at. și N - 14,9 %at., avâd raportul concentrațiilor Hf/Ta de 0,7 și raportul dintre concentrațiile (O+N)/(Hf+Ta) de 0,8. Stratul are o grosime de 2,6 pm, o duritate de 15 GPa și prezintă o aderență ridicată la substrat, forța normală critică la testul de aderență prin zgâriere “scratch test” fiind de 52 N. Stratul prezintă o cantitate de ioni eliberată în soluție fiziologică Ringer de 0,8 pg/cm2 și o viteză de coroziune de aproximativ 1,2 x IO3 mm/an. Stratul prezintă o viabilitate celulară de 88 % la testul de citotoxicitate.
- pagina 2 din 5<-2 Ο 1Ă- C Ο Μ ο ? 9 -ΐ·ι.
STRATURI SUBȚIRI PE BAZĂ DE SILICO-OXINITRURI DE METALE DE TRANZIȚIE PENTRU APLICAȚII BIOMEDICALE
FIȘĂ BIBLIOGRAFICĂ [1] G.I. Cubillos, J.J. Olaya, D. Clavijo, J.E. Alfonso, C. Cardozo, Thin Solid Films, In Press 2012, http://dx.d0i.0rg/l 0.1016/j.tsf.2012.06.018.
[2] G.I. Cubillos, J.J.Olaya, D. Clavijo, J.E. Alfonso, M. Bethencourt, Rev. Mex. Fis. 58 (2012) 328-334.
[3] M. Balaceanu, V. Braic, M. Braic, A. Kiss, C.N. Zoita, A. Vladescu, P. Drob, C. Vasilescu, D. Dudu, O. Muresanu, Surf. Coat. Technol. 202 (2008) 2384-2388 [4] B. Subramanian, C.V. Muraleedharan, R. Ananthakumar, M. Jayachandran, Surf. Coat. Technol. 205 (2011) 5014-5020.
[5] E.M Carlisle, Science 167 (1970) 279-280.
[6] M Navarro, A Michiardi, O Castano, J.A Planell, J. R. Soc. Interface 5 (2008) 1137-1158.
- pagina 5 din 5-
Claims (3)
- REVENDICĂRI1. Materialele aderente și rezistente la coroziune, caracterizate prin aceea că sunt formate din straturi subțiri sub formă de monostraturi din silico-oxinitruri, având formula generală MeiMe2SiON, unde Mei și Me2 sunt metale de tranziție biocompatibile diferite din seria Ti, Zr, Nb, Ta și Hf, în care concentrațiile elementale pentru Mei, Me2, O și N variază între 10 si 90 %, concentrația de Si între 4 și 8 %, raportul concentrațiilor Me|/Me2 între 0,1 și 0,9, iar raportul dintre suma concentrațiilor de oxigen și azot și suma concentrațiilor metalelor constituente (O+N)/(Mei+Me2) între 0,5 și 2.
- 2. Materialele monostrat, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că au grosimi cuprinse între 1 - 3 pm, sunt aderente la substrat, au durități cuprinse în domeniul 14-23 GPa, iar forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere “scratch test” sunt cuprinse între 40 și 60 N.
- 3. Materialele monostrat, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că în soluții artificiale cu compoziții similare cu cele ale fluidelor fiziologice care se găsesc în organismul uman eliberează o cantitate de ioni < 30 pg/cm2, prezintă o viteză de coroziune < 5 xlO' mm/an și un factor de viabilitate celulară > 75% la testul de citotoxicitate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201200910A RO129452B1 (ro) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Materiale monostrat pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziţie pentru aplicaţii biomedicale |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201200910A RO129452B1 (ro) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Materiale monostrat pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziţie pentru aplicaţii biomedicale |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO129452A2 true RO129452A2 (ro) | 2014-05-30 |
| RO129452B1 RO129452B1 (ro) | 2016-02-26 |
Family
ID=50780957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201200910A RO129452B1 (ro) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Materiale monostrat pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziţie pentru aplicaţii biomedicale |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO129452B1 (ro) |
-
2012
- 2012-11-29 RO ROA201200910A patent/RO129452B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO129452B1 (ro) | 2016-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fuentes et al. | Advanced surface treatments on titanium and titanium alloys focused on electrochemical and physical technologies for biomedical applications | |
| CN101705468A (zh) | 缓释型骨架式TiN/Cu-Zn金属层抗菌薄膜的制备方法 | |
| Thangavel et al. | RF magnetron sputtering mediated NiTi/Ag coating on Ti-alloy substrate with enhanced biocompatibility and durability | |
| Batory et al. | Gradient titanium and silver based carbon coatings deposited on AISI316L | |
| Bishal et al. | Atomic layer deposition in bio-nanotechnology: a brief overview | |
| Ahangari et al. | In vitro tribological behavior and corrosion resistance of SiO2/TiO2/ZrO2 coatings formed on the tantalum substrate using plasma electrolytic oxidation for orthopedic implant applications | |
| Zhang et al. | Comparison of TiN and CNx coatings on orthodontic stainless steel: Tribological and biological evaluation | |
| CN113636868B (zh) | 一种氧化锆陶瓷种植体材料的表面涂层方法及其应用 | |
| Alagarsamy et al. | Biological adhesion and electrochemical behavior of Ag-ZrO2 bioceramic coatings for biomedical applications | |
| Das et al. | Biocompatibility of diamond-like nanocomposite thin films | |
| Merker et al. | Antimicrobial propensity of ultrananocrystalline diamond films with embedded silver nanodroplets | |
| Liu et al. | Preparation, biocompatibility, and biotribological properties of TiN-incorporated graphite-like amorphous carbon bio-ceramic composite films | |
| Gao et al. | Effects of carbon doping on microstructure, electrochemical and tribo-corrosion performances of biocompatible TiZrNbTaMoCxNy coatings | |
| RO129452A2 (ro) | Straturi subţiri pe bază de silico-oxinitruri de metale de tranziţie pentru aplicaţii biomedicale | |
| Rafieerad et al. | Graphene oxide modified anodic ternary nanobioceramics on Ti6Al7Nb alloy for orthopedic and dental applications | |
| Li et al. | Preparation and antibacterial activity of Zn coating on pure Ti with enhanced adhesion | |
| WO2024209452A1 (en) | Nano-composite of zirconia (zro2)/silica (sio2)/titania (tio2) coating on tantalum surface for use in orthopedic and dental implants | |
| Jeyachandran et al. | The effect of thickness of titanium nitride coatings on bacterial adhesion | |
| ATE557115T1 (de) | Biomimetische behandlung auf siliciumbasis zur osteointegration von metallsubstraten | |
| Kim et al. | Surface phenomena of HA/TiN coatings on the nanotubular-structured beta Ti–29Nb–5Zr alloy for biomaterials | |
| RO130173A2 (ro) | Materiale biocompatibile pe bază de carburi ale aliajelor cu înaltă entropie pentru acoperirea cuplurilor mobile ale endoprotezelor articulare şi instrumentarului medical | |
| Moon et al. | Surface characteristics of TiN/ZrN coated nanotubular structure on the Ti–35Ta–xHf alloy for bio-implant applications | |
| Camargo et al. | Plasma-assisted silver deposition on titanium surface: Biocompatibility and bactericidal effect | |
| Aslan et al. | Effects of ZrN and DLC coatings on morphostructural, corrosion, cell viability, and antibacterial properties of Ti6Al4V scaffolds | |
| RO128758B1 (ro) | Material de acoperire bioactiv, pe bază de straturi subţiri din oxizi |