Hidrotermal ön-işlem yapılmış titanyum yüzeyinin yapay vücut sıvısı (SBF) yardımıyla apatit mineraliyle kaplanması

Abstract

Bu çalışmada hidrotermal ön-işlem şartlarının titanyum yüzeyi üzerindeki etkisi ve buna bağlı olarak titanyum yüzeyinin yapay vücut sıvısı yardımıyla biyomimetik olarak kemiğe benzer apatit mineraliyle kaplanması incelenmiştir.Titanyum numunelerin yüzeyleri, 1.5X yapay vücut sıvısı (SBF) kullanılarak biyomimetik olarak kaplanmadan önce çeşitli şartlar altında hidrotermal ön-işleme tabi tutulmuşlardır. Titanyum numunelerin hidrotermal yüzey modifikasyonları (i) 200oC'de ve 1.5 MPa basınç altında ve (ii) 230oC'de ve 2.5 MPa basınç altında gerçekleştirilmiştir. İyon implantasyonunun etkisini görebilmek için, iki farklı sulu hidrotermal ortam seçilmiştir: (i) saf su ve (ii) kalsiyum içeren saf su. Hidrotermal işleme tabi tutulan titanyum yüzeyler X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile analizi sonucunda kalsiyum içeren hidrotermal ortamda bu yüzeylerin kalsiyum açısından zenginleştiği gözlemlenmiştir. Yüzeyi modifiye edilen titanyum numuneler daha sonra 1.5X SBF'ye daldırılarak sırasıyla 1, 2, 3 ve 4 hafta SBF içinde tutulmuştur. Biyo-mimetik olarak oluşan kaplamalar, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) kullanılarak incelenmiştir.Yalnızca saf su kullanıldığında hidrotermal işleme tabi tutulmuş numunelerin üzerindeki kaplamalarda çatlak oluşumları ve bunun sonucu olarak şiddetli dökülmeler gözlemlenmiştir. Kalsiyum katkılı titanyum yüzeylerde tam tersine çatlaksız ve görece yüzeye iyi tutunan kaplamalar oluşturduğu görülmüştür. Daldırma işleminde iki haftaya kadar ve kurutmadan sonra; yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında (söz konusu araştırma için 230oC ve 2.5 MPa) işlem gören numunelerin kaplamalarında hiç çatlak gözlenmemiştir.In this work, we examined the effects of hydrothermal pre-treatment conditions on titanium surface and, accordingly, the coating of the titanium surface with biomimetical bone-like apatite mineral by the usage of Simulated Body Fluid (SBF).The titanium specimen surfaces were modified under hydrothermal conditions prior to the bio-mimetic coating process of the ?bone-like? apatite using 1.5X simulated body fluid. Hydrothermal surface modifications of the titanium specimens were performed at (i) 200 ºC under 1.5 MPa pressure, and at (ii) 230 ºC under 2.5 MPa pressure. To see the effect of an ion implantation, two different aqueous hydrothermal environments were selected: (i) de-ionized water and (ii) calcium containing de-ionized water. Hydrothermally treated titanium surfaces were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and found to become rich with Ca when Ca-containing hydrothermal environment was used. The surface-modified titanium specimens were then kept immersed in 1.5X simulated body fluid (SBF) for 1, 2, 3 and 4 weeks. The bio-mimetically formed coatings were characterized using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometer (XRD) and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR).Crack formations and, consequently, severe peelings were observed after drying for all the coatings on the substrates that were treated hydrothermally using only de-ionized water. The Ca implanted titanium surfaces, on the contrary, were able to develop crack-free and quite cohesive coatings. Up to two weeks of immersion and after drying, no-cracks were observed in the coatings formed on the substrates that were treated at higher temperature and under higher pressure (230 ºC and 2.5 MPa for the present investigation).