Nanostrukturierte Glas-Keramik-Beschichtungen für orthopädische Anwendungen - Teil 5

3.6. Quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion

Fig. 11 zeigt die Expressionsniveaus von knochenbezogenen Genen (Runx-2, OPN, Typ I-Kollagen und BSP) in Bezug auf das Haushalte-Gen (GAPDH) nach 1 und 7 Tagen Kultur. Nach 1 Tag war die Runx-2-mRNA-Genexpression in HOBs, die auf den SP-Überzügen und den Ti-6Al-4V-Scheiben kultiviert wurden, im Vergleich zu denen auf HT-Überzügen höher. Nach 7 Tagen erreichte das Runx-2-Expressionsniveau auf HT-Beschichtungen das von Ti-6Al-4V, während HOBs auf SP-Beschichtungen das höchste Runx-2-Expressionsniveau aufwiesen (11a). Bei HOBs, die auf HT- und SP-Beschichtungen kultiviert wurden, und zu Ti-6Al-4V-Scheiben zu beiden Zeitpunkten wurden keine signifikanten Unterschiede in der BSP-Genexpression gefunden (11b). Das OPN-Genexpressionsniveau in HOBs auf beiden Arten von Beschichtungen, insbesondere auf HT-Beschichtungen, war zu beiden Zeitpunkten höher als auf Ti-6Al-4V-Scheiben (11c). In HOBs, die auf beiden Beschichtungen kultiviert wurden, wurden im Vergleich zu Ti-6Al-4V-Scheiben am Tag 7 höhere Expressionsniveaus von Typ I-Kollagen beobachtet (11d). Insgesamt zeigen diese Daten, dass sowohl HT- als auch SP-Beschichtungen die Differenzierung von HOBs unterstützen.

Nanostructured Glass–ceramic Coatings For Orthopaedic Applications

Figure 6. Variation des relativen Prozentsatzes der Zusammensetzungselemente der (a) HT- und (b) SP-Beschichtungen, (c) ihres Si / Ca-Molverhältnisses und (d) der pH-Wert-Änderungen der HCl-Tris-gepufferten Lösung nach dem Eintauchen von Beschichtungen. Sternchen stellt signifikante Unterschiede dar; p-Wert < 0,05. (a – c) Graue Balken stehen vor dem Eintauchen und schwarze Balken für das Eintauchen und (d) gefüllte Diamanten für SP und gefüllte Quadrate für HT.


Nanostructured Glass–ceramic Coatings For Orthopaedic Applications Ti 6Al 4v

Abbildung 7. Oberflächenmorphologie von (a, b) der HT-Beschichtungen nach Inkubation in zellfreiem Kulturmedium für 5 Stunden und des EDS von (c) der HT-Beschichtung vor der Inkubation und (d) der Ablagerungen auf ihrer Oberfläche nach der Inkubation. Maßstäbe, (a) 50 mm und (b) 10 mm. (Online-Version in Farbe.)


4. DISKUSSION

In dieser Arbeit wurden HT- und SP-Beschichtungen mit atmosphärischer Plasmaspritztechnik hergestellt. Beide Arten von Beschichtungen wiesen eine Glas-Keramik-Struktur auf und wiesen aufgrund der hohen Temperatur und der superhohen Abkühlgeschwindigkeit des Plasmaspritzprozesses nanostrukturierte Oberflächen auf [3,35,36]. Die Haftfestigkeit der SP-Beschichtung war der der HT-Beschichtung überlegen; und beide waren im Vergleich zu den berichteten Werten der plasmagespritzten HAp-Beschichtung höher [37–39]. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität der Beschichtungen beeinflusst, einschließlich Rissbildung, Restspannung und Haftfestigkeit. Die Koeffizienten der HT- und SP-Keramiken und der Ti-6Al-4V-Legierung wurden mit 11,2 × 10 -6 K -1 [24], 6 × 10 -6 K -1 und 8,4 - 8,8 × 10 -6 K -1 angegeben. 15], während die von HAp-Beschichtungen etwa 15,2 × 10 -6 K -1 beträgt [40]. Die enge Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der HT- und SP-Beschichtungen mit denen der Ti-6Al-4V-Legierung trug zu ihrer höheren Haftfestigkeit im Vergleich zu HAp-Beschichtungen bei. Die überlegene Haftfestigkeit des SP im Vergleich zu HT-Beschichtungen ist möglicherweise auf das Vorhandensein von Ti in der SP-Beschichtung zurückzuführen, das die chemische und Diffusionsbindung zwischen SP-Beschichtungen und dem darunter liegenden Ti-6Al-4V verbessern kann [41]. Zheng et al. [39] zeigten, dass die Haftfestigkeit der plasmagespritzten HAp-Beschichtungen bei Verwendung von Mischpulver aus Ti und HAp erheblich verbessert wurde. Neben der Haftfestigkeit ist die Härte ein weiterer wichtiger Parameter für biomedizinische Beschichtungen, da sie deren Verschleißfestigkeitseigenschaften beeinflusst. Die Härte unserer entwickelten Beschichtungen war im Vergleich zu denen von thermisch gespritztem HAp höher, obwohl unsere Beschichtungen unter höherer Belastung getestet wurden (siehe Tabelle 4). Tatsächlich ist die Härte dieser beiden Beschichtungen mit denen von HAp-Keramik vergleichbar Blöcke (auch in Tabelle 4 zu sehen).

Figure 8. SEM micrographs of HOBs cultured on the HT coatings Titanium