Пн. - Сб. с 9:00 до 21:00      Мы в

Одним из способов ускорения формирования апатитоподобных структур является предварительная обработка поверхности титана с помощью ионной имплантации. Авторы [163 – 166] исследовали состояние поверхности титана после имплантации ионов кальция. Доза облучения составляла 1∙1017 ион см-2 при энергии 18 кэВ. Такая имплантация приводит к росту толщины оксидного слоя СаО и формированию более сложного оксида типа CaTiO3. Последующая выдержка в физиологическом растворе подтвердила ускорение процесса спонтанного роста поверхностного апатита. Положительные результаты получены и при in vivo испытаниях, показавших рост новой костной ткани на поверхности титанового имплантата.
В работе [167] показано, что после имплантации ионов кальция поверхность титана становится аморфной (доза 1∙10¹⁷ ион см⁻², энергия 25 кэВ). Такая обработка приводит к повышению коррозионной стойкости в физиологическом растворе. Авторы [168] впервые выполнили двухступенчатую имплантацию ионов кальция и фосфора. Они исследовали процесс последовательной имплантации ионов кальция и фосфора и последующий отжиг на воздухе при 500 °С. После выдержки в физиологическом растворе обнаружено существование на поверхности соединений СаО и Р₂О₅. Более сложный вид обработки предложен в работе [169]. Имплантацию кальция проводили в атмосфере кислорода и после имплантации фосфора образцы отжигали при 600 °С. Сформированный в физиологическом растворе после такой обработки слой ГКА имел хорошие адгезионные характеристики.
В работе [170] более подробно исследовано влияние двойной имплантации на структуру и коррозионные свойства ГКА слоя. В качестве мишени использован чистый титан. Доза облучения составляла 1∙10¹⁷ ион см⁻² как для ионов Са+, так и Р+ при энергии 25 кэВ. Структура модифицированного поверхностного слоя была аморфной.
Толщина имплантированного слоя составляла 100 нм для кальция и 60 нм для фосфора. Максимальная глубина залегания кальция и фосфора равна примерно 30 нм и 12 нм, соответственно. Относительные концентрации основных элементов после имплантации и выдержки в физиологическом растворе приведены в табл. 4.1. Анализ энергий связи электронов свидетельствует о том, что кальций существует в виде соединения СаО, тогда как фосфор имеет две связи, соответствующей оксиду и фосфиду.
Присутствие фаз СаО, РО и Р₂О₅. способствовали формированию ГКА слоя после выдержки в искусственном физиологическом растворе. Формирование аморфной поверхности, изменение ее химического состава и толщины оксидного слоя после имплантации обеспечивают повышение коррозионной стойкости образцов в физиологическом растворе.
Более контролируемая технология создания ОН-групп обеспечивается процессом имплантации ионов натрия [171]. В полированную поверхность титана с рельефом 1 – 3 мкм имплантировались ионы Na+ с энергией 22 кэВ и дозой 3,2∙10¹⁷ ион см⁻². Затем образцы отжигали при 600 °С 1 ч на воздухе. После промывки их помещали в физиологический раствор при 37 °С на 120 ч. Для теста биосовместимости использовали человеческие клетки костной саркомы SAOS-2. Рентгеноструктурный анализ подтвердил образование после имплантации соединения Na₂TiO₃ в поверхностном слое. Толщина модифицированного слоя составляла 200 нм. После выдержки в физиологическом растворе в течение 24 ч обнаружены выделения частиц аморфного фосфата кальция, подтверждающие протекание процесса минерализации ГКА при соотношении Са/Р= 1,65. Зависимость плотности осаждения клеток от вида поверхностной обработки представлена на рис. 4.7.

В работе [172] исследовано влияние имплантированного натрия на биоактивность титана. Энергия ионов натрия составляла 25 кэВ, доза облучения 10¹⁷ ион см⁻². При выдержке в течение 168 ч в физиологическом растворе при 37 °С на поверхности титана обнаружены выделения апатитоподобных частиц, однако формирование сплошного покрытия не происходило.
Недавно для стимуляции роста слоя Са – Р предложена имплантация ионов магния в чистый титан [173]. Этот химический элемент является также существенным ком-понентом человеческой кости и способствует выделению Са – Р частиц при выдержке титана в специальном биорастворе. Условия ионной имплантации следующие: энергия однозарядных ионов Mg – 40 кэВ; плотность ионного тока – 8 мкА см⁻²; доза имплантации – 2∙10¹⁷ ион см⁻²; вакуум – 1∙10⁻3Па. Максимальная концентрация магния в титане после имплантации составляет 18 ат.% на глубине 260 нм. Непосредственно на поверхности может присутствовать тончайший слой из Mg(OH)2. На снимках после выдержки в растворе видны четкие выделения частиц Са – P глобулярной формы (рис.4.8), т.е. подтверждается повышение биоактивности титановых образцов. На необработанных образцах таких выделений не обнаружено. 
В работе [181] предложен новый метод повышения биоактивности поверхности наночастиц TiO₂ с помощью ионной имплантации в водородной плазме. Исходные нано-или микропорошки TiO₂ наносили на подложки из сплава Ti6Al4V методом плазменного распыления. Режимы распыления: рабочий газ воздух или аргон; ток 600 А, напряжение 70 В. Толщина покрытий около 100 мкм. После осаждения оксидного слоя образцы подвергали обработке в плазме водорода, с целью имплантации в покрытие ионов водорода (напряжение 30 кВ, частота 200 Гц, продолжительность импульса тока 30 мкс, время имплантации 2 ч). По данным рентгеноструктурного анализа, исходные покрытия как из нано-, так и из микропорошков содержат фазы анатаз и рутил. Размер зерен в первом случае менее 50 нм, а во втором – более 50 нм. Эксперименты с выдержкой в физиологическом растворе показали, что только покрытия с размером зерен менее 50 нм и обработанные в плазме водорода способны к формированию апатиоподобного покрытия. Такой положительный эффект обусловлен образованием Ti – ОН групп, формирующих отрицательный заряд на поверхности, который притягивает ионы кальция из раствора.