Publication detail

Synthesis and characterization on atomphospheric plasma sprayed amorphous silica doped hydrxoyapatite coatings

XU, J. JOGUET, D. ČÍŽEK, J. KHOR, K. LIAO, H. CODDET, C. CHEN, W.

Czech title

Příprava a charakterizace nástřiků hydroxyapatitu dopovaného amorfním oxidem křemičitým pomocí atmosférického plazmového nanášení

English title

Synthesis and characterization on atomphospheric plasma sprayed amorphous silica doped hydrxoyapatite coatings

Type

journal article - other

Language

en

Original abstract

Plasma sprayed hydroxyapatite (HA) coatings have been widely investigated for application on surface of biomedical metals to improve bonding and interaction between body tissues and implant. In this study, a small amount of amorphous silicon dioxide (silica,~1, 2, 5 wt.%) was introduced into HA slurry which was subsequently spray-dried into powder form. The powder feedstock was then sprayed onto Ti-6Al-4V alloy substrates by an atmospheric plasma spraying technology. To improve the bonding strength of as-sprayed coatings, the substrates were pre-heat treated to 250'C by plasma. The characteristics of the as sprayed coatings were investigated by various technologies inclusive of scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectrometry, and Raman spectrometry. The adhesive bonding strength of the as-sprayed coatings was specified using a universal testing system. Modulus and hardness of the coatings were investigated using nano-hardness tester. The results showed that, with pre- substrate heat treatment, the presence silica have enhanced the hardness, modulus and adhesive strength of coatings. Incorporation of Si has affected the structure of HA crystal involving the exchange of oxygen and silicon. In addition, in vitro osteoblasts cellular responses were assessed and discussed to investigate the cell proliferation and differentiation on the as sprayed coatings.

Czech abstract

Nástřiky hydroxyapatitu (HA) pomocí plazmového nanášení jsou podrobně studovány pro aplikace na povrchy biomedicínských kovů pro zlepšení propojení a interakce mezi původními tkáněmi a umělými implantáty. V této studii bylo v procesu výroby do roztoku HA přidáno malé množství oxidu křemičitého (~1, 2, 5 váhových%) a tento roztok byl posléze transformován na prášek v rozprašovacím sušáku. Získaný prášek by nastříkán na slitinu Ti-6Al-4V užitím technologie atmosférického plazmového nanášení. Pro zvýšení přilnavosti deponovaných vrstev byly substráty před vlastním nanášením předehřáty plazmou na 250'C. Vlastnosti nanesených vrstev byly zkoumány různými technikami včetně řádkovací elektronové mikroskopie (SEM), rentgenové difrakce (XRD), rentgenové fotoelektronové spektroskopie a Ramanovy spektrometrie. Pomocí univerzálního testovacího systému byla dále hodnocena adhezivní síla deponovaných nástřiků v základním stavu a měřením nano-tvrdosti byl stanoven jejich elastický modul a tvrdost. Výsledky prokázaly že (s použitím předehřevu) přítomnost oxidu křemičitého vedla ke zvýšení tvrdosti, elastického modulu i adhezivní síly nástřiků a že včlenění Si ovlivnilo krystalovou strukturu HA díky výměně kyslíku a křemíku. Dále byla stanovena a diskutována in vitro odezva osteoblastických buněk vzhledem k jejich množení (bujení) a diferenciaci na povrchu nanesených nástřiků.

English abstract

Plasma sprayed hydroxyapatite (HA) coatings have been widely investigated for application on surface of biomedical metals to improve bonding and interaction between body tissues and implant. In this study, a small amount of amorphous silicon dioxide (silica,~1, 2, 5 wt.%) was introduced into HA slurry which was subsequently spray-dried into powder form. The powder feedstock was then sprayed onto Ti-6Al-4V alloy substrates by an atmospheric plasma spraying technology. To improve the bonding strength of as-sprayed coatings, the substrates were pre-heat treated to 250'C by plasma. The characteristics of the as sprayed coatings were investigated by various technologies inclusive of scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectrometry, and Raman spectrometry. The adhesive bonding strength of the as-sprayed coatings was specified using a universal testing system. Modulus and hardness of the coatings were investigated using nano-hardness tester. The results showed that, with pre- substrate heat treatment, the presence silica have enhanced the hardness, modulus and adhesive strength of coatings. Incorporation of Si has affected the structure of HA crystal involving the exchange of oxygen and silicon. In addition, in vitro osteoblasts cellular responses were assessed and discussed to investigate the cell proliferation and differentiation on the as sprayed coatings.

Keywords in Czech

Hydroxyapatit; Oxid křemičitý; Atmosférické plazmové nanášení; Nástřiky; Osteoblastické buňky

Keywords in English

Hydroxyapatite; Silica; Atmospheric plasma spraying; Coatings;Osteoblasts

RIV year

2012

Released

25.06.2012

Publisher

Elsevier

ISSN

0257-8972

Volume

206

Number

22

Pages from–to

4659–4665

Pages count

7

BIBTEX


@article{BUT96783,
  author="Jinling {Xu} and David {Joguet} and Jan {Čížek} and Khiam Aik {Khor} and Han Lin {Liao} and Christian {Coddet} and Wei Ning {Chen},
  title="Synthesis and characterization on atomphospheric plasma sprayed amorphous silica doped hydrxoyapatite coatings",
  year="2012",
  volume="206",
  number="22",
  month="June",
  pages="4659--4665",
  publisher="Elsevier",
  issn="0257-8972"
}