Ag ve TiO2 katkılı hidroksiapatit sol-jel kaplamaların β-tipi Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr alaşımı üzerine sentezlenmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ) alaşımları üzerine Ag ve TiO2 katkılı kompozit kaplamaların sol-jel tekniği kullanılarak sentezlenmesi ve kaplamaların adezyon, in-vitro korozyon ve anti-bakteriyel özelliklerinin araştırılması amaçlanmıştır. TNTZ alaşımları sol-jel daldırma tekniği kullanılarak kaplanmıştır. Kaplamaların adezyon ve in-vitro korozyon direnci sırası ile çizme ve potansiyodinamik polarizasyon teknikleri kullanılarak ölçülmüştür. Kaplamaların karakterizasyon çalışmaları taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ve X-ışını kırınım (XRD) cihazları kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca, kaplamaların hidrofilik durumlarını karşılaştırmak için kontak açısı ölçümleri yapılmıştır. SEM incelemelerinde, sinterleme sonrası kaplama yüzeylerinin hemen hemen homojen olduğu, bunula birlikte özellikle Ag katkılı kaplamalarda bazı topaklaşmalara ve çatlaklara oluştuğu gözlemlenmiştir. Kaplama ve altlık malzemye ait ana elementler EDS analzileri ile doğrulanmıştır. XRD anazlileri ile kaplamalardaki hidrosiapatit (HA) ana pikleri belirlenmiştir. Etkin kaplama kalnıklarının TiO2 katkısı ile artarken, Ag ilavesi ile azaldığı görülmüştür. Ayrıca, kaplamaların yüzey pürüzlülük değeri artıkça temas açısı azalmaktadır. Kaplamaların adhezyon direnci ise TiO2 katkısı ile artmış buna karşın Ag katkısı ile azalmıştır. Genel olarka in-vitro elektrokimyasal testleri, Ag ve TiO2 katkısı kaplamaların korozyon direncini iyileştirmiştir. E. coli ve S. Aureus bakterileri kullanılarak yapılan antibakteriyel testlerde artan Ag miktarı ile kaplamaların anti-bakteriyel etkinliğinin arttığı tespit edilmiştir. Mekanik, korozif ve anti-bakteriyel sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, Ag ve TiO2 katkılı hibrit kaplamaların metalik esaslı biyomedikal implantların doku/implant arayüzey özelliklerinin iyileştirilmesinde kullanılabileceği görülmüştür.

In this study, it was aimed to synthesize Ag and TiO2 doped composite coatings on Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ) alloys using the sol-gel technique, and to investigate the adhesion, in-vitro corrosion and anti-bacterial properties of the coatings. The TNTZ alloys were coated using the sol-gel dipping technique. The adhesion and in-vitro corrosion resistance of the coatings were measured by using scratch and potentiodynamic polarization (PDS) techniques, respectively. The characterizations of the coatings were carried out using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). In addition, contact angle measurements were made to compare the surface hydrophilicity of the coatings. It was observed that all coating surfaces after sintering were almost homogeneous structure. However, some agglomerations and cracks were observed especially in Ag additive coatings during the SEM examinations. The major elements of the coating and substrate have been verified by EDS analysis. The main peaks of the hydroxyapatite (HA) main structure determined by XRD analysis. It has been found that the effective coating thickness decreases with the addition of Ag while the effective coating thickness increases with the addition of TiO2 to the HA matrix structure. Besides, the contact angle decreases with increasing the surface roughness value of the coatings. The adhesion resistance of the coatings increased with the TiO2 additive, whereas it decreased with the Ag additive. In generally, in-vitro electrochemical tests revealed that the Ag and TiO2 additive improved the corrosion resistance of the coatings. E. coli and S. Aureus bacteria tests revealed that the antibacterial activity of the coatings increased with the increasing amount of Ag in the HA matrix. It was concluded from the mechanical, corrosive and anti-bacterial results that the Ag and TiO2 doped hybrid coatings can be used to improve the tissue/implant interface properties of metallic based biomedical implants.