Rozprawa doktorska nt.
„Anodowe wytwarzanie i biofunkcjonalność warstw nanorurek tlenkowych na stopie Ti13Nb13Zr”
Promotor: dr hab. Bożena Łosiewicz, prof. UŚ
Promotor pomocniczy: dr hab. Grzegorz Dercz, prof. UŚ
Obrona odbędzie się w Chorzowie Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych ul. 75 Pułku Piechoty 1a sala P/0/05.
Streszczenie:
Perspektywa regeneracji uszkodzonych lub niefunkcjonalnych tkanek za pomocą gotowego produktu syntetycznego jest motorem napędowym dynamicznie rozwijającej się medycyny regeneracyjnej. Obecnie wrasta zainteresowanie nanomedycyną, ponieważ zastosowanie narzędzi nanotechnologicznych do wytwarzania nanostruktur umożliwia poprawę interakcji między powierzchniami biomateriałów a jednostkami biologicznymi.
W przedstawionym wprowadzeniu teoretycznym niniejszej rozprawy doktorskiej zostały nakreślone problemy wynikające z nieprawidłowego dopasowania między implantem a tkanką kostną. Część teoretyczna dotyczyła tematyki implantów długoterminowych, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów na bazie tytanu. Scharakteryzowana została nowa generacja dwufazowych (α + β) stopów tytanu z uwzględnieniem materiału badań w postaci stopu Ti13Nb13Zr. W części teoretycznej podnoszony jest też temat elektrochemicznej modyfikacji powierzchni, której zadaniem jest wytworzenie na powierzchni tytanowego implantu warstw nanorurek tlenkowych (NT). Omawiane są ponadto główne parametry procesu anodowania oraz ich wpływ na morfologię warstw NT w odniesieniu do badań biologicznych opisywanych w literaturze.
Na podstawie przeprowadzonej analizy literatury przyjęto w niniejszej dysertacji tezę badawczą, że istnieje możliwość poprawy biofunkcjonalności stopu Ti13Nb13Zr poprzez wytworzenie na jego powierzchni warstw nanorurek tlenkowych za pomocą anodowania. Na podstawie tak sformułowanej tezy zostały zaproponowane cele badawcze, które dotyczyły opracowania sposobu anodowego wytwarzania warstw NT pierwsze (1G), drugiej (2G) i trzeciej (3G) generacji na powierzchni biomedycznego stopu Ti13Nb13Zr, charakterystyki właściwości fizyko-chemicznych, biotribologicznych, mikromechanicznych, elektronowych, bioelektrochemicznych, biologicznych oraz chropowatości powierzchni stopu Ti13Nb13Zr przed i po procesie anodowania, kontroli jakości stopu Ti13Nb13Zr przed i po procesie anodowania w przyspieszonych badaniach korozyjnych w komorze solnej oraz zastosowania wytworzonych warstw NT na powierzchni stopu Ti13Nb13Zr jako potencjalny nośnik leków.
Przedstawione wyniki uzyskane licznymi metodami badawczymi dowodzą, iż metoda anodowania pozwala na wytworzenie warstw NT 1G, 2G i 3G. Uzyskane nanorurki charakteryzowały się budową jednościenną i wysokim stopniem uporządkowania oraz były prostopadle ułożone względem podłoża. Wyniki przyspieszonych badań korozyjnych w środowisku obojętnej mgły solnej potwierdziły wysoką jakość proponowanych implantacyjnych materiałów.
Wykazano wpływ warunków anodowania na poprawę właściwości mikromechanicznych, elektronowych i bioelektrochemicznych oraz wzrost chropowatości powierzchni stopu Ti13Nb13Zr. Wykazana została wysoka odporność korozyjna in vitro wytworzonych nanoinżynieryjnych materiałów oraz ich niska podatność na korozję wżerową w warunkach symulowanych płynów ustrojowych. W nowatorskich badaniach impedancyjnych w makro- i mikroskali określono mechanizm korozji wżerowej oparty o dwuwarstwową budowę NT. Wykazano wpływ parametrów morfologicznych otrzymanych warstw NT 1G, 2G i 3G na zmniejszenie odporności na zużycie ścierne stopu Ti13Nb13Zr. Zaproponowano mechanizm zużycia biotribologicznego otrzymanych warstw NT w roztworze Ringera’.
Dalsza część badań odnosi się do właściwości biologicznych, które determinują biomateriał pod kątem jego zastosowania. Wyznaczone w teście hemolizy wartości wskaźnika hemolitycznego pozwoliły na określenie otrzymanych materiałów jako hemokompatybilne. Badania kąta zwilżania wykazały poprawę właściwości hydrofilowych powierzchni warstw NT. Metoda anodowania polepszyła hydrofilowość w stosunku do samopasywnej warstewki obecnej na stopie Ti13Nb13Zr. Wysiane mysie fibroblasty na wytworzonych warstwach NT trzech generacji oraz dla stopu Ti13Nb13Zr w stanie wyjściowym wykazały brak cytotoksyczności. Nowatorskie badania oceny trombogenności warstw NT pozwoliły na przyporządkowanie ich do odpowiedniej klasy. Właściwości atrombogenne wykazała warstwa NT 2G. Warstwy NT 1G i 3G zaklasyfikowano odpowiednio do 4 i 5 klasy. Materiały te charakteryzują się silnymi właściwościami aktywującymi czynniki krzepnięcia. Wykazana została możliwość zastosowania anodowo wytworzonych warstw NT 1G, 2G i 3G jako nośników leków w systemach kontrolowanego uwalniania leków. Każda z otrzymanych warstw NT może zostać użyta jako nośnik leku przeciwzapalnego do celowanego działania leczniczego, co pozwoli ograniczyć suplementację doustną.