Download - M onika Cieślik
![Page 1: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/1.jpg)
Monika CieślikŚrodowiskowe Studia Doktoranckie IMIM PAN – UJ
Inżynieria Materiałowa
promotor: dr hab. Andrzej Kotarba
Wpływ modyfikacji powierzchni implantów stalowych
na szybkość uwalniania jonów metali ciężkich do organizmu
![Page 2: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/2.jpg)
Periodic table of elementsPeriodic table of elements
Stopy na implanty metalowe:
stal nierdzewnastal nierdzewna zawiera: FeFe, , CrCr, , NiNi, , MoMo, …, …
stopy na bazie kobaltu stopy tytanu
stopy z pamięcią kształtu
• tylko 1/6 z planowanych operacji jest zrealizowana
• czas czekania na operację : ~ 3 lata
• najbardziej popularny materiał na implanty metalowe – tytan
• koszt implantu metalowego: ~ 1 000 zł – 10 000 zł
Statystyka (Polska):
Motywacja
![Page 3: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/3.jpg)
powierzchniapowierzchnia
Płyn fizjologicznyPłyn fizjologiczny
Fe Cr Ni
Fe2+ Cr3+ Ni2+
ImplantImplant
Płyn Hanksa
Powłoka parylenowa
Powłoka silanowa
Stal nierdzewna
Jak zablokować proces? → Zastosować powłoki !!!
MetaloMetalozaza – – toksyczny wpływ implantów na otaczające tkanki toksyczny wpływ implantów na otaczające tkanki
Fe – toksyczny, karcenogennyCr – toksyczny, jony Cr (VI) rakotwórcze Ni – toksyczny, rakotwórczy
M Mn++ne-
Ucieczka jonów metali z powierzchni implantu do organizmu
Główny problem
![Page 4: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/4.jpg)
Rodzaje metod analitycznych
Pomiary elektrochemiczne
Długoterminowe testy in vitro
Charakterystyka powierzchni
Strategia badań
Problemy do rozwiązania
Odporność korozyjna
Zmiany na powierzchni
Uwalnianie jonów metali
Stal nierdzewna
Obróbka powierzchni
Powłoki polimerowe
![Page 5: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/5.jpg)
Strategia badań
Testy uwalniania jonów
Testy uwalniania jonów
XPSOdporność korozyjna
Zmiany na powierzchni
Praca wyjścia
mikroskopiaSEM, CM
Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna
Potencjał w obwodzie otwartym
Atomowaspektroskopia adsorpcyjna
próbki informacje metody
sztuczne płyny fizjologiczne
![Page 6: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/6.jpg)
Materiały i płyny
- Stainless steel 316L
Katalaza
Fe2+ + H2O2 →→ Fe3+ + OH- + OH.
NaCl CaCl2 MgSO4*7H2O KCl KH4PO4 NaHCO3 Na2HPO4*2H2O Glucose
0.8 g 0,02g 0,02g 0,04g 0,01g 0,127g 0,01g 0,2g
- Płyn Hanksa + H+ H22OO22
- Powłoki polimerowe - μm grubość
Parylene N
BABA
Materiały
FeFe C CrCr NiNi Mo Mn Si S P N
basebase 0,08 16 - 1816 - 18 10 - 1410 - 14 2 - 3 max 2 0,75 max 0,03 0 – 0,045 max 0,1
Silane A174 +
![Page 7: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/7.jpg)
Powłoka parylenowa:
• tworzenie powłoki bezpośrednio na powierzchni osadzania w temperaturze pokojowej - bez naprężeń • chemicznie i biologicznie obojętnabiologicznie obojętna • ciągła i oddająca dobrze kształt pokrywanego przedmiotu • dobre właściwości mechanicznewłaściwości mechaniczne• monomer całkowicie penetruje powierzchnie do 0.01mm• hydrofobowahydrofobowa• niska przepuszczalność cieczy i gazów • dobre właściwości dielektrycznewłaściwości dielektryczne• transparentna• stabilna w dużym zakresie temperatur (-200 'C to +200 'C)
Materiały
Para Tech company
![Page 8: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/8.jpg)
0 100000 200000 300000 400000
-400000
-300000
-200000
-100000
0
Z'
Z''
10-2 10-1 100 101 102 103 104101
102
103
104
105
106
Frequency (Hz)
|Z|
10-2 10-1 100 101 102 103 104
-100
-75
-50
-25
0
Frequency (Hz)
thet
a
Hanks
Hanks+H2O2
Powierzchnia stali – pomiary EIS
Bode plot
Nyquist plot
IZI = Z’ + jZ’’
Gdzie:
IZI – Impedancja (Ω)
Z’ – rzeczywista część impedancji
Z’’ – część urojona impedancji
Wyniki – testy elektrochemiczne
![Page 9: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/9.jpg)
0 100000 200000 300000
-500000
-400000
-300000
-200000
-100000
0
Z'
Z''
0 100000 200000 300000
-500000
-400000
-300000
-200000
-100000
0
Z'
Z''
0 100000 200000 300000
-500000
-400000
-300000
-200000
-100000
0
Z'
Z''
0 100000 200000 300000
-500000
-400000
-300000
-200000
-100000
0
Z'
Z''
powierzchnia pokryta silanem
powierzchnia pokryta silanem+parylen N
powierzchnia pokryta
parylenem N
powierzchnia stali niepokryta
Wyniki – testy elektrochemiczne + morfologia
Hanks+H2O2
Hanks
Hanks+H2O2
Hanks
Hanks+H2O2
Hanks
Hanks+H2O2
Hanks
![Page 10: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/10.jpg)
Stal niepokryta
Stal pokryta powłoką silanowo-parylenową
Płyn Hanksa
płyn Hanksa z H2O2
??
Płyn Hanksa z H2O2
Płyn Hanksa
czas/ godziny
Wyniki – testy elektrochemiczneIm
ped
ancj
a/ O
m
M. Cieślik et al. Corros. Sci 51 (5) (2009) 1157
![Page 11: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/11.jpg)
Zdjęcia z mikroskopu elektronowego SEM próbek stali
pokrytych podwójną warstwą silanowo-parylenową przed i po testach elektrochemicznych EIS
przed testami EIS
po 9 dniach testów EIS w płynie Hanksa +H2O2
po 9 dniach testów EIS w płynie Hanks
Wyniki – charakterystyka powierzchni
![Page 12: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/12.jpg)
1122
3311 22
33
płyn Hanksa z H2O2
1h1h 7dni7dni1dzień1dzień
Model degradacji powłoki w obecności H2O2
![Page 13: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/13.jpg)
0,6
0.4
10
4
6
0
Ilość
uw
alni
any
ch jo
n ó
w /
µg
cm-2
Płyn Hanksa
Płyn Hanksa +H2O2
Fe > Ni >> CrFe > Ni >> Cr
Fe > Cr > NiFe > Cr > Ni
b)
a)
Całkowita ilość uwolnionych jonów metali po 4 – ech
tygodniach testów in vitro
1
0,8
0
0,2
niepokryta pokryta powłoką
silanowo-parylenową
pokryta powłoką
parylenową
Wyniki – testy uwalniania jonów – in vitro
8
2
M. Cieślik et al. Corros. Sci (2010)
próbka
![Page 14: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/14.jpg)
Obecnie:Obecnie:
Długotrwałe testy uwalniania jonów metali z próbek stali pokrytychDługotrwałe testy uwalniania jonów metali z próbek stali pokrytychpowłokami silanowo-parylenowymi o różnej grubościpowłokami silanowo-parylenowymi o różnej grubości
Wnioski:
• powłoki parylenowe mogą służyć do ochrony powierzchni implantów metalowych przed procesami korozyjnymi
• w celu skutecznej ochrony powierzchni metalowej należy zoptymalizować parametry powłoki (grubość, rodzaj parylenu, elastomer)
• obecność nadtlenku wodoru ma negatywny wpływ na właściwości ochronne warstwy polimerowej
• pomiary EIS pozwoliły opracować model degradacji powłoki ochronnej
![Page 15: M onika Cieślik](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062409/5681463f550346895db3485f/html5/thumbnails/15.jpg)
Dziękuje za uwagęDziękuje za uwagę
Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej , PANWydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński KIMAB Polymeric Materials Department
KTH Corrosion Science Division LfC Sp. z o.o.
Para Tech
Projekt jest wykonywany we współpracy z:
Projekt realizowany w ramach programu Ventures Fundacji na rzecz Nauki Polskiej współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej – Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego