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The mechanical and chemical stability of the interfaces in bioactive materials: The substrate-bioactive surface layer and hydroxyapatite-bioactive surface layer interfaces.
Biomaterials Advances ( IF 5.5 ) Pub Date : 2020-06-25 , DOI: 10.1016/j.msec.2020.111238
S Ferraris 1 , S Yamaguchi 2 , N Barbani 3 , C Cristallini 4 , G Gautier di Confiengo 5 , J Barberi 1 , M Cazzola 1 , M Miola 1 , E Vernè 1 , S Spriano 1
Affiliation  

Bioactive materials should maintain their properties during implantation and for long time in contact with physiological fluids and tissues. In the present research, five different bioactive materials (a bioactive glass and four different chemically treated bioactive titanium surfaces) have been studied and compared in terms of mechanical stability of the surface bioactive layer-substrate interface, their long term bioactivity, the type of hydroxyapatite matured and the stability of the hydroxyapatite-surface bioactive layer interface. Numerous physical and chemical analyses (such as Raman spectroscopy, macro and micro scratch tests, soaking in SBF, Field Emission Scanning Electron Microscopy equipped with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), zeta potential measurements and Fourier Transformed Infra-Red spectroscopy (FTIR) with chemical imaging) were used. Scratch measurements evidenced differences among the metallic surfaces concerning the mechanical stability of the surface bioactive layer-substrate interface. All the surfaces, despite of different kinetics of bioactivity, are covered by a bone like carbonate-hydroxyapatite with B-type substitution after 28 days of soaking in SBF. However, the stability of the apatite layer is not the same for all the materials: dissolution occurs at pH around 4 (close to inflammation condition) in a more pronounced way for the surfaces with faster bioactivity together with detachment of the surface bioactive layer. A protocol of characterization is here suggested to predict the implant-bone interface stability.



中文翻译:

生物活性材料中界面的机械和化学稳定性:底物生物活性表面层和羟基磷灰石生物活性表面层的界面。

生物活性材料应在植入过程中以及与生理流体和组织长时间接触后保持其特性。在本研究中,已经研究了五种不同的生物活性材料(一种生物活性玻璃和四种不同的经过化学处理的生物活性钛表面),并根据表面生物活性层-基材界面的机械稳定性,它们的长期生物活性,羟基磷灰石的类型进行了比较。成熟并且羟基磷灰石-表面生物活性层界面的稳定性。大量的物理和化学分析(例如拉曼光谱,宏观和微观划痕测试,浸泡在SBF中,配备有能量色散光谱法(SEM-EDS)的场发射扫描电子显微镜,使用zeta电势测量和具有化学成像的傅里叶变换红外光谱(FTIR)。划痕测量证明金属表面之间关于表面生物活性层-基底界面的机械稳定性的差异。在SBF中浸泡28天后,尽管具有不同的生物活性动力学,但所有表面均被具有B型取代的碳酸盐-羟基磷灰石之类的骨头覆盖。然而,磷灰石层的稳定性并非对所有材料都一样:在pH值约为4(接近炎症条件)下发生溶解,对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面而言,表现更为明显。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。划痕测量证明金属表面之间关于表面生物活性层-基底界面的机械稳定性的差异。在SBF中浸泡28天后,尽管具有不同的生物活性动力学,但所有表面均被具有B型取代的碳酸盐-羟基磷灰石之类的骨头覆盖。然而,磷灰石层的稳定性并非对所有材料都一样:在pH值约为4(接近炎症条件)下发生溶解,对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面而言,表现更为明显。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。划痕测量证明金属表面之间关于表面生物活性层-基底界面的机械稳定性的差异。在SBF中浸泡28天后,尽管具有不同的生物活性动力学,但所有表面均被具有B型取代的碳酸盐-羟基磷灰石之类的骨头覆盖。然而,磷灰石层的稳定性并非对所有材料都一样:在pH值约为4(接近炎症条件)下发生溶解,对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面而言,表现更为明显。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。尽管具有不同的生物活性动力学,但将它们浸泡在SBF中28天后,会被B型取代的碳酸盐-羟基磷灰石之类的骨头覆盖。然而,磷灰石层的稳定性并非对所有材料都一样:在pH值约为4(接近炎症条件)下发生溶解,对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面而言,表现更为明显。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。尽管具有不同的生物活性动力学,但将它们浸泡在SBF中28天后,会被B型取代的碳酸盐-羟基磷灰石之类的骨头覆盖。然而,磷灰石层的稳定性并非对所有材料都一样:在pH值约为4(接近炎症条件)下发生溶解,对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面而言,表现更为明显。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面,溶解在pH值约为4(接近炎症条件)时以更明显的方式发生。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。对于具有更快生物活性以及表面生物活性层分离的表面,溶解在pH值约为4(接近炎症条件)时以更明显的方式发生。在此建议使用表征协议来预测植入物-骨界面的稳定性。

更新日期:2020-06-25
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