Testování tenkých vrstev pro implantáty

Abstract

Snahou dnešního vývoje materiálů pro implantáty je zvýšení biokompatibility a zajištění delší životnosti používaných materiálů pro implantáty. Jedním z mnoha sledovaných materiálů pro biomedicínské využití je diamant podobný uhlíku (DLC). Jedná se o tenké vrstvy, které zlepšují vlastnosti materiálů. Tato práce je zaměřena na DLC tenké vrstvy. Další, pozitivně ovlivňující vlastnosti materiálu mohou být doplněny pomocí dopantů, kterými se tato práce také zabývá. Teoretická část práce seznámí čtenáře s problematikou biomateriálů a popisuje tenké vrstvy, konkrétně DLC a jejich způsob přípravy, aplikace a jejich tribologické a mechanické vlastnosti. Praktická část práce je zaměřena na tribologické testování tenkých vrstev DLC a dopovaných vrstev DLC o různé koncentraci titanu (0; 1; 3; 5; 10 a 25 at.% Ti). Zabývá se porovnáváním koeficientů tření a opotřebení podle způsobu přípravy vrstvy, pomocí technologie duální pulsní laserové depozice (PLD) a technologie hybridní PLD kombinované s magnetronovým naprašováním (MS). Testované tenké vrstvy byly aplikovány na substrát titanové slitiny Ti6Al4V a tribologické hodnoty byly zjišťovány pomocí tribometru metodou PIN on DISC. Vzniklé opotřebení bylo zkoumáno pomocí profilometru. Měření probíhalo bez použití maziv. Výsledky potvrzují snížení koeficientů tření a opotřebení u DLC vrstev s dopací titanu. Naměřené koeficienty tření předložených vzorků se blíží hodnotám tření keramických materiálů pro implantáty, které jsou využívány např. pro totální náhrady kloubů.

The aim of today's development of materials for the implants is to increase biocompatibility and longer service life of the materials used for implants. One of the many materials studied for biomedical use is a diamond-like carbon (DLC). Thin layers of DLC are discussed in this thesis. Further, positively affecting the properties of the material can be supplemented using dopants, which are also mentioned in this work. Theoretical part introduces to the reader the issues of biomaterials and describes a thin film, specifically a DLC, and their methods of preparation, applications, and their tribological and mechanical properties. The practical part is focused on tribological testing of DLC and DLC doped with different concentrations of titanium (0, 1, 3, 5, 10 and 25 at.% Ti). Comparison coefficients of friction and wear by the method of preparing the layer by using the technology of the dual pulsed laser deposition (PLD) and hybrid PLD combination with a magnetron sputtering (MS) technology. Test films were applied to the titanium alloy substrate Ti6Al4V and tribological values were measured using a tribometer by pin-on-disc. The resulting wear by profilometer. Measurements were carried out without the use of lubricants. The results confirm the lower coefficients of friction and wear on the DLC films having a titanium doping. Measured friction coefficients of the submitted samples are approaching values of ceramic materials for implants that are used e.g. for total joint replacements.