BIOACTIVE COMPOSITE COATINGS FOR IMPLANTS

用于植入物的生物活性复合涂层

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (Adapted from the Investigator's Abstract): Implant materials represent an extreme challenge since they must satisfy many conflicting requirements. No one material can meet them all, and often one material is coated with another. The coatings represent further material challenges in that they need to bond to the substrate while maintaining their primary functional properties. This is true in the replacement of bone where metal alloys, with the structural properties needed to sustain skeletal loading, are coated with hydroxyapatite-like materials to improve osseointegration and biofixation with the remaining bone. The applicant's strategy has been to coat Ti and its alloys with bioactive glasses modified from those developed by Hench. Reliably adherent coatings have been produced that form apatite in a simulated body fluid. The glasses have been shown to promote adherence of osteosarcoma cells, which is promising for osseointegration. The proposed research will optimize the properties of bioactive coatings on Ti and similar coatings on Co-Cr alloys. Functionally graded and composite materials will be used to produce coatings with tailored properties such as bioactivity and bioresorptivity. Functionally graded materials (FGM) coatings containing glasses and hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCP) will be prepared. Coatings will be analyzed by SEM, TEM, and XRD to identify reactions at the interface with metal and also within the coating. The bottom layer of the FGM will be selected for adherence properties and be analyzed by Auger and XPS. The top of the FGM will be studied through aging in simulated body fluid (SBF), followed by a determination of the solubility and extent of HA formation. Tissue culture tests will be used to determine optimal surface roughness and in vivo studies will be used to examine the bone-implant interface through histomorphology, histology, SEM, and pullout tests. Studies are proposed to develop a clear mechanistic understanding of coating structural stability and adherence to metal substructures. Consequently, the mechanical properties of the coatings and their interfaces will be determined and microstructure-property relationships developed to guide clinicians in their choice of materials. Fracture mechanics models and techniques will be applied to the evaluation of strength/flaw interactions, fracture toughness, and stress corrosion crack growth. As coatings will be used in the body, nearly all these techniques will be expanded to involve cyclic fatigue conditions.
描述(根据调查员的摘要改编):植入材料 代表一个极端挑战,因为他们必须满足许多冲突 要求。没有人可以遇到所有材料,通常一种材料是 涂有另一个。涂料代表了进一步的物质挑战 他们需要在维持其主要功能的同时与底物结合 特性。在骨骼的替换中,金属合金的替换是正确的 维持骨骼负荷所需的结构特性,涂有 羟基磷灰石样材料,以改善骨整合和生物固定 剩下的骨头。申请人的策略是涂层Ti及其合金 生物活性眼镜从Hench开发的玻璃杯中修饰。可靠 已经产生了在模拟体中形成磷灰石的粘附涂料 体液。这些眼镜已被证明可以促进骨肉瘤细胞的粘附, 这是骨整合的希望。拟议的研究将优化 生物活性涂层在Ti和Co-Cr上的类似涂层上的特性 合金。功能分级和复合材料将用于生产 具有量身定制特性的涂层,例如生物活性和生物吸收性。 功能分级的材料(FGM)涂层,其中包含眼镜和 将制备羟基磷灰石(HA)和磷酸三环(TCP)。涂料 将通过SEM,TEM和XRD分析以识别界面的反应 带有金属以及涂层内。 FGM的底层将是 选择用于粘附特性,并通过螺旋钻和XPS进行分析。顶部 FGM将通过模拟体液(SBF)的衰老进行研究,随后进行 通过确定HA形成的溶解度和程度。组织培养 测试将用于确定最佳表面粗糙度和体内研究 将用于通过组织形态来检查骨植入术界面, 组织学,SEM和拔出测试。提出了研究以开发清晰的 对涂层结构稳定性和遵守的机械理解 金属子结构。因此,涂料的机械性能 并将确定它们的界面并微观结构 建立的关系是为了指导临床医生选择材料。 断裂力学模型和技术将应用于评估 强度/缺陷相互作用,断裂韧性和应力腐蚀裂纹 生长。由于涂料将在体内使用,几乎所有这些技术都将 扩展到涉及循环疲劳条件。

项目成果

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