Oddelek za �ziko

Seminar - 1. letnik, II. stopnja

Prevleke za za²£ito endoprotez

Avtor: Nastja Poljan²ek

Mentor: prof. dr. Janez Dolin²ek

Somentor: doc. dr. Miha �ekada

Ljubljana, november 2014

Povzetek

V seminarju so opisani �zikalni pristopi k izbolj²anju lastnosti endoprotez.V prvem delu so navedeni materiali, primerni za prevleke, skupaj z njihovimilastnostmi. Gre za kombinacije kovin, zlitin in keramike. Tehnika, s kateroje mogo£e izdelati prevleke, je �zikalni postopek nana²anja iz parne faze, ki jeopisan v drugem delu seminarja. Razloºeni so postopki priprave osnove s po-mo£jo nana²anja taline, selektivnega laserskega sintranja in taljenja z elektron-skim curkom. Opisani so postopki priprave in £i²£enja podlage ter tudi osnovavakumske tehnike, ki je potrebna za razumevanje procesa nanosa iz parne faze.

Kazalo

.

1 Uvod 32 Lastnosti endoproteze 33 Sestava endoproteze 43.1 Kovine in zlitine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Keramika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.3 Kombinacija kovin ali zlitin in keramike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.4 Dodajanje antibakterijskih u£inkovin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4 Izdelava sistema podlaga - prevleka 64.1 Podlaga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Prevleka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Priprava za nanos prevlek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64.4 Fizikalni postopki nana²anja iz parne faze (PVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.5 Diodni sistem napr²evanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.6 Magnetronsko napr²evanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.7 Enakomeren nanos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

5 Zaklju£ek 116 Literatura 12

2

1 Uvod

V seminarju bom predstavila problem menjave in vstavljanja endoprotez. En-doproteze so umetni nadomestki £love²kih kosti ali sklepov, ki jih potrebujemo,da nadomestimo kost. Do menjave pride, £e je prava kost po²kodovana aliobrabljena, lahko pa jo nadomestimo tudi zaradi bolezni, na primer zaradiartroze, osteoartroze ali artritisa. Da bi pospe²ili prilagoditev endoprotez vºivo tkivo in podalj²ali njihovo obstojnost, raziskovalci i²£ejo ustrezne materi-ale. �e vedno je namre£ treba endoproteze zaradi obrabe menjati na 10 do 15let, kar je za pacienta seveda neprijetno in bole£e, saj mora ºivo tkivo ponovnosprejeti tujek, ob samem posegu pa lahko pride tudi do nevarnih neºelenih okuºb[1].

Da pacient ne opazi prevelike razlike med endoprotezo in pravo kostjo,moramo endoprotezi zagotoviti prave �zikalne lastnosti, to je predvsem struk-turne in mehanske lastnosti, pa tudi prave korozijske, biokompatibilne in an-tibakterijske lastnosti. Ve£ino lastnosti je vezanih na povr²ino, manj²i del pana celoten volumen. Najprej se bomo osredoto£ili na tiste, ki so odvisne odizbire materiala, iz katerega bo celotna endoproteza, nato pa ²e na tiste, ki sovezane na povr²ino. V nadaljevanju bom razloºila, kako na povr²ino napr²imoprevleko s �zikalnim nana²anjem iz parne faze in kak²ne lastnosti lahko endo-protezi zagotovimo z izbiro parametrov napr²evanja in z izbiro materialov [2].

2 Lastnosti endoproteze

Da bo endoproteza najbolj²i mogo£ nadomestek pravim kostem, je treba nadomest-nemu sklepu ali kosti zagotoviti naslednje lastnosti:

- Gostota: Gostota endoproteze mora biti podobna gostoti kosti. Pacientne sme imeti ob£utka, da je ud z endoprotezo mnogo laºji ali mnogo teºji odsimetri£nega uda.

- Biokompatibilnost: Okoli²ko tkivo mora sprejeti tujek, ki je vstavljen v telo.Nekateri materiali so tak²ni, da jih telo zavra£a. Teh materialov okoli²ko tkivone obraste enako, kot je bila obra²£ena prava kost. Materiali, ki jih izbiramo,morajo torej imeti tak²no povr²ino, da bo tkivo z njimi tvorilo vezi, poleg tegapa materiali ne smejo izzvati imunskih reakcij.

- Mehanska odpornost: Tako kot pravi sklepi, morajo ob nadomestitvi tudiumetni sklepi mnogokrat ponoviti enak gib. Ob stiku s sosednjo kostjo prihajado pritiska in trenja, na katera mora biti izbran material £im bolj odporen. Topomeni, da mora imeti visoko trdoto1.

- Korozijska odpornost: Poleg tega, da na endoprotezo delujejo sile okoli²kihkosti, se le-ta isto£asno nahaja v £love²kem telesu, natan£neje v �ziolo²kih raz-topinah. Te delujejo korozijsko in tako po£asi raztapljajo povr²ino sklepa. V

1Trdota ni de�nirana s �zikalnega stali²£a, vendar se jo vseeno uporablja za karakterizacijo

materialov. De�nirana je kot lokalna odpornost na plasti£no in elasti£no deformacijo.

3

kolikor pa isto£asno na enakem mestu prihaja ²e do mehanske obrabe, je korozija²e toliko bolj nevarna.

- Antibakterijske lastnosti: Med operativnim posegom, s katerim vstavijo endo-protezo na ºeleno mesto, lahko pride do okuºb. Cilj je narediti tak²no endopro-tezo, ki ne bi povzro£ala za£etnih bakterijskih vnetij, ali pa bi jih zdravila brezdodatne uporabe antibiotikov.

3 Sestava endoproteze

3.1 Kovine in zlitine

�e od leta 1937 so za endoproteze uporabljali kovine in zlitine, kot so titan, ner-javno jeklo 316L in zlitine CrCoMo[3]. Trenutno so v uporabi nerjavna jekla,in sicer 316L in DSS (Duplex Stainless Steel), vendar so le-ta slabo korozijskoodporna na kloridne raztopine. Titan je slabo odporen na mehansko obrabo,zato so ga ºe pred leti nadomestili z zlitino TiAlV. Ta je bolj odporna na mehan-sko in korozijsko obrabo, je bolj biokompatibilna in trdnej²a. Ker pa je vanadijtoksi£en in ker aluminijevi ioni povzro£ajo nevronske motnje in strjevanje krvi,uporabo te zlitine za medicinske namene omejujejo.

3.2 Keramika

Poleg kovin in zlitin se v medicini uporabljajo tudi kerami£ni materiali, kot soTiN, TiO2, SiO2, Al2O3, SiC in ZrO2. Zadnji so v uporabi od leta 1960, Al2O3

pa od leta 2003. Pomanjkljivost obeh materialov je, da s kostnim tkivom netvorita vezi. Keramika ima poleg tega ²e druge slabosti: je krhka in ima visokmodul elasti£nosti, zato sama po sebi ni primerna za umetne vsadke, njenavisoka odpornost proti trenju in koroziji pa nas vseeno motivirata k uporabi.

3.3 Kombinacija kovin ali zlitin in keramike

Eden od moºnih na£inov, kako izbolj²ati lastnosti endoprotez, je kombinacijazgoraj na²tetih materialov. Za podlago so primerne kovine, in sicer zaradisvoje ºilavosti in primernega modula elasti£nosti. Vse ostale lastnosti, kot sobiokompatibilnost, bioaktivnost, odpornost proti mehanski in korozijski obrabi,pa lahko zagotovimo in izbolj²amo s povr²ino, zato je najprimerneje modi�ciratipovr²ino prav teh kovinskih materialov. To najlaºje storimo z nanosom tankihplasti keramike, ki imajo multifunkcionalne lastnosti.

Primerni kandidati so tanke plasti na osnovi TiN, saj imajo visoko trdoto,visoko korozijsko obstojnost in so biokompatibilne. Njihova slaba stran je visokkoe�cient trenja. Da bi ga zmanj²ali, potekajo raziskave v smeri nanostrukturnihplasti TiN/TiO2 in TiN/SiO2. V tem primeru raziskujejo ve£plastne prevleke,ki so sestavljene izmeni£no iz dveh ali ve£ plasti. Shematski prikaz enoplastnein nanostrukturne prevleke vidimo na sliki 1. Oksidna plast je mehkej²a od

4

neoksidne plasti in poskrbi za manj²i koe�cient trenja, torej deluje kot mazivo.V primeru TiN/SiO2 je trdota HV (SiO2) = 1000 [4] in trdota HV (TiN) = 2300[5].

Slika 1: Na shematskem prikazu je s temno zeleno predstavljena osnova, ki je v realnosti precej

debelej²a od nanesene tanke plasti, ki je prikazana z oranºno. Na levi strani vidimo nanos enojne

plasti na podlago, na desni pa ve£plastno nanostrukturno prevleko [6].

Primerne lastnosti lahko zagotovimo tudi z nanosom prevleke na osnoviogljika: DLC (diamond-like carbon) prevleke [7]. Gre za metastabilno oblikoamorfnega ogljika, ki vsebuje vezi sp3 in sp2. Z njimi doseºemo dobro kemijskoinertnost, visoko korozijsko odpornost, majhen koe�cient trenja, visoko trdotoin biokompatibilnost. Teºava teh plasti sta slaba adhezija (oprijemljivost s pod-lago) in nizka poroznost. Vse lastnosti te prevleke so zelo odvisne od tehnike inparametrov nanosa, ki jih bom opisala v poglavju 4.

3.4 Dodajanje antibakterijskih u£inkovin

Da ne bi prihajalo do pooperativnih okuºb, oziroma da bi se okuºbe, do katerihpride med posegom vstavljanja endoproteze, £im hitreje zdravile, moramo v pa-cienta vstaviti antimikrobno u£inkovino. To je snov, ki upo£asnjuje razmnoºe-vanje in rast mikroorganizmov, lahko pa tudi povzro£i smrt takega organizma[8]. V ta namen se ºe dolgo uporablja srebro. Do sedaj se je uporabljalo zazdravljenje opeklin, dermatolo²kih obolenj in po²kodb koºe kroni£nega izvora.Natan£nega delovanja srebra ²e ne poznamo, poznamo pa nekaj moºnih meh-anizmov [9]. Nanodelci srebra in tudi nekaterih drugih kovin (npr. zlata inplatine) naj bi ob kontaktu z bakterijsko celico prekinili celi£no steno in mem-brano. Ta vsebuje proteine z ºveplom, s katerimi srebrovi nanodelci lahko rea-girajo. DNA naj bi ob stiku s srebrovim ionom izgubil sposobnost replikacije,poleg tega pa naj bi se zmanj²ala ali uni£ila celi£na aktivnost proteinov. Toprivede do celi£ne smrti, torej do ºelenega antimikrobnega u£inka. Poleg tegamoramo poudariti, da nanodelci za sesalske celice ne predstavljajo nevarnosti,saj imajo zelo majhen, zanemarljiv vpliv toksi£nosti zaradi razlike med sestavoprokariontske in evkariontske celice.

5

4 Izdelava sistema podlaga - prevleka

4.1 Podlaga

Najprej pacientu pred menjavo endoproteze s tehniko CT (Computed Tomog-raphy) slikajo del skeleta, ki bo zamenjan z endoprotezo in nato na podlagislike izdelajo ²ablono. Z njeno pomo£jo lahko naredijo natana£no repliko pa-cientovega sklepa ali kosti z ulivanjem kovin ali zlitin, o katereh sem govorilav poglavju 3.1. S postopkom ulivanja doseºejo, da se endoproteza dobro pri-lega pacientovi obliki sosednjih kosti, s £imer doseºejo minimalne obremenitvesklepnih povr²in. Osnovo lahko pripravijo tudi s postopkom taljenja z laserskimcurkom ali s selektivnim laserskim sintranjem [10].

Taljenje z elektronskim curkom: Ta postopek poteka v visokem vakumu. Plastza plastjo nana²ajo kovinski prah, nato pa ga v poljubni obliki stalijo z elek-tronskim curkom. Debelina posamezne plasti je med 0,05 in 0,2 mm, na staljenoplast pa enostavno dodajo novo plast prahu in jo ponovno stalijo. Mehanskelastnosti tako izdelane osnove so bolj²e od tistih pripravljenih s pomo£jo vli-vanja.

Selektivno lasersko sintranje: Tudi pri tem postopku gre, podobno kot priprej²njem, za taljenje pra²kastih materialov, le da za taljenje uporabljajo CO2

laser, debelina posamezne plasti pa je med 0,07 in 0,15mm.Nanos taline: Pri tem postopku se nana²a majhne koli£ine staljene kovine po

plasteh.

4.2 Prevleka

Obstajajo razli£ni na£ini spreminjanja povr²inskih lastnosti. Lastnosti lahkospremenimo z modi�kacijo povr²ine podlage ali z nanosom prevlek. K modi-�kaciji povr²in spadajo mehanski, termi£ni in difuzni postopki. Nanos prevlekpa lahko poteka preko mehanskih, kemijskih in elektrokemijskih postopkov ters �zikalnimi postopki nana²anja iz parne faze (PVD - Physical Vapor Depo-sition). Obstajata dva �zikalna na£ina zadnjega postopka, ki se razlikujeta vna£inu uparitve masivnega materiala, katerega ºelimo nanesti na podlago v ob-liki tanke plasti. To sta naparevanje in napr²evanje, ki ju bom predstavila vnadaljevanju.

4.3 Priprava za nanos prevlek

Pred nanosom prevleke je treba ustrezno pripraviti povr²ino podlage, saj je mejamed podlago in tanko plastjo tista, od katere bo odvisna kakovost sistema. Nameji najve£krat prihaja do po²kodb, zato je priprava pomemben del nana²anjaprevleke.

Podlaga mora biti gladka, zato jo najprej zbrusimo z brusnim papirjem.Granulacijo papirja postopoma zmanj²ujemo in sicer od velikosti abrazivnihzrn 200 μm pa do 5 μm. Nato vzorec spoliramo. Gre za podoben postopek, le daje velikost abrazivnih zrn manj²a in da se nahajajo v suspenziji. Velikost zrn v

6

polirnih pastah je med 0, 25 μm in 10 μm. S tem postopkom doseºemo primernohrapavost osnovne povr²ine.

Povr²ino moramo nato o£istiti. To naredimo tako, da podlago izpostavimoparam topila. Te se na povr²ini podlage kondenzirajo in stopijo ne£isto£e, kinato padajo v kopel. Namesto par lahko uporabimo kar kopeli detergentov.Sledi izpiranje v destilirani vodi in su²enje z vro£im zrakom. Tudi po su²enju jena povr²ini prisotna plast naravnega oksida. Odstranimo jo z ionskim jedkan-jem v vakuumski napravi tik pred nana²anjem za²£itne plasti. Postopek bomnatan£neje opisala v nadaljevanju.

4.4 Fizikalni postopki nana²anja iz parne faze (PVD)

Postopek poteka tako, da v izvoru razgradimo izbrani masivni material na atomeali molekule. Nato jih v obliki curkov prenesemo skozi vakuum in jih kon-denziramo na podlagi v obliki tanke plasti. Ta ideja je prikazana na sliki 2.Razgraditev osnovnega materiala poteka na dva na£ina. Prvi je s segrevanjemmateriala do temperature, pri kateri tlak doseºe vrednost reda 10−2 mbar in gaimenujemo naparevanje. Tipi£ne vrednosti temperatur, ki jih moramo dose£iza uparitev kovin, so med 1000 in 2000°C. Drugi na£in je napr²evanje. Pri temmaterial, ki ga ºelimo nanesti v obliki tanke za²£itne plasti, obstreljujemo z ioniin tako atome razpr²ujemo s povr²ine. Ione lahko pridobivamo iz plazme ali zuporabo ionske pu²ke.

Slika 2: Osnovna ideja: atome iz tar£e bi radi prenesli skozi vakuum do podlage.

PVD-postopek poteka v visokem vakuumu, kar pomeni, da zna²a tlak znotrajvakuumske naprave, v kateri poteka proces, okoli 10−6 mbar. S tak²nim tlakomzagotovimo primerno prosto pot molekulam oz. atomom iz tar£e. Ti morajoprepotovati prostor med izvirom in podlago. Pri tem z naklju£nimi molekulamina poti trkajo in zato izgubljajo energijo ter spreminjajo smer gibanja. Zaizvedbo postopka mora biti teh trkov £im manj. �tevilo trkov na £asovno enotoje

dndt =

p√MT

,

7

pri £emer so M molekulska masa, T temperatura in p tlak. Povpre£noprosto pot po modelu Seewaya si predstavljamo kot trk molekule s premerom d.Taka molekula bo v nekem £asu t prepotovala neko pot vt, tr£ila pa bo z vsakimto£kastm atomom, ki se bo nahajal znotraj poti molekule, ki jo opi²emo z valjem,katerega osnovna ploskev zna²a πd2, vi²ina pa vt. Pri tem je v povpre£na hitrost

molekul: v =√

8kTπM . �tevilo trkov dolo£a ²tevilo atomov, ki se nahajajo znotraj

valja volumna V = πd2vt, ki ga med svojim gibanjem v £asu t opi²e molekula.Prosta pot je povpre£na razdalja med dvema zaporednima trkoma in je torejdolºina valja, deljena s ²tevilom atomov, ki se nahajajo v njem: l = vt

πd2vtnV.

Pri tem je nV ²tevilo atomov plina na enoto volumna: nV = nNA

V = NApRT . Na je

Avogadrova konstanta , R plinska konstanta in T temperatura plina. Povpre£naprosta pot je torej enaka:

l = RT√2πvd2Nap

.

Faktor√2 dobimo z upo²tevanjem dejstva, da je pogostost trkov odvisna

od povpre£ne relativne hitrosti molekul, ki se prosto gibljejo. Povpre£no prostopot v vakuumski komori torej spreminjamo s temperaturo in tlakom. Niºji kotje tlak, niºja bo tudi kontaminacija nanesene plasti z neºelenimi delci, ki soprisotni v vakumu. Kontaminacijo lahko zmanj²amo tudi s pove£anjem hitrostinana²anja.

Ko je v komori vzpostavljen primeren vakuum, lahko za£nemo z razpr²evan-jem tar£e. Obstreljevati jo za£nemo z visokoenergijskimi ioni iz plazme. Plazmodobimo tako, da v elektri£nem polju pospe²imo elektrone do tak²ne energije, dati ionizirajo atome oz. molekule plina. V plazmi se nahajajo kationi in elek-troni, redkeje pa tudi anioni. Pri prehodih med vzbujenimi stanji pride tudi donastanka UV svetlobe.

Curek visokoenergijskih ionov usmerimo proti tar£i, da s povr²ine razpr²imomaterial. Vpadni ion prodre v snov tako, da sproºi veriºno reakcijo elasti£nihin neelasti£nih trkov znotraj tar£e. Trki se ²irijo v vse smeri, z njimi pa tudienergija. Ko pride do trka z atomom, ki se nahaja na povr²ini tar£e, lahko tazapusti povr²ino pod pogojem, da je prejel ve£ energije, kot je njegova vezavnaenergija. Koli£ina, ki nam pove koliko atomov v povpre£ju izbije vpadni ion, seimenuje razpr²itveni koe�cient. Ta je odvisen od vrste iona, njegove energije,vpadnega kota in vrste tar£e. Razpr²eni atomi imajo energijo pribliºno 1 −10 eV , kar je eden od dejavnikov, ki prispevajo k dobri oprijemljivosti tankeplasti s podlago. �e bolj²o adhezijo doseºemo tako, da na podlago priklopimododatno napetost. To pospe²i ione, da zasedejo energijsko manj ugodna mestain zmanj²ajo poroznost.

V prej²nem poglavju sem omenila postopek ionskega jedkanja. Sedaj korazumemo postopek razpr²evanja, lahko hitro vidimo, kako deluje jedkanje, sajgre namre£ za enako �zikalno osnovo. V primeru, da ºelimo osnovo o£istiti spomo£jo ionskega jedkanja, le ta postane tar£a. To naredimo tako, da nega-tivno napetost pritisnemo na osnovo. V tem primeru ioni iz plazme vpadajona povr²ino osnove endoproteze in jo razpr²ujejo. Razpr²eni delci se odlagajo

8

na stene vakumske komore ali pa jo zapustijo skozi £rpalko. S tem na£inomerodiramo pribliºno 100nm povr²ine.

4.5 Diodni sistem napr²evanja

Najosnovnej²i na£in je diodni sistem napr²evanja. V osnovi imamo dve elek-trodi: negativno katodo, ki jo uporabljamo kot izvir materiala za nana²anje, inpozitivno anodo, ki jo predstavlja nosilec, na katerega namestimo podlago. Vvakuumu med tema dvema katodama ustvarimo plazmo, po tem pa elektri£nopolje pospe²uje elektrone proti anodi in ione proti katodi. Ko ti tr£ijo ob katodo,povzro£ijo, da iz katode izhajajo elektroni, ki nato ionizirajo atome plina in stem vzdrºujejo plazmo. Celoten postopek je prikazan na sliki 3. Robni pogojza vzdrºevanje plazme je tlak okoli 10−2mbar. �e tlak naraste nad to vrednost,plazma ugasne in postopek se prekine. Ioni iz plazme namre£ razpr²ujejo tar£o,zato da se njeni atomi napr²ujejo na podlago.

Slika 3: Osnovna shema diodnega napr²evanja.

4.6 Magnetronsko napr²evanje

Hitrost nana²anja lahko pove£amo s pove£anjem ²tevila elektronov in s pove£an-jem stopnje ionizacije. V sistem dodamo planarni magnetron, tako da plazmozgostimo z magnetnim poljem pred tar£o. S tem tudi zmanj²amo tok elek-tronov na podlago, s £imer prepre£imo prekomerno segrevanje, zaradi kateregabi lahko prihajalo do neºelenih modi�kacij povr²ine. Gibanje nabitih delcev velektromagnetnem polju opisuje ena£ba:

dvdt = e(E+v×B)

m .

9

Pri tem je v hitrost delca, e naboj delca, m njegova masa, E elektri£no poljein B gostota magnetnega polja, v katerem se giblje delec. Krivinski polmertirnice, po kateri se giblje delec v elektromagnetnem polju, je:

r = mvsinϑeB

.

Pri tem je ϑ kot med smerjo gibanja delca in smerjo gostote magnetnegapolja B. Magnet elektrone zadrºuje v bliºini katode (tar£e), saj je magnetnopolje vzporedno s povr²ino tar£e, elektri£no pa pravokotno nanjo. Ionizacija sezaradi ve£je koli£ine elektronov v bliºini pove£uje. Gostota magnetnega poljaob katodi je tipi£no 0, 03− 0, 05T, gosta plazma pa sega do oddaljenosti nekajcentimetrov od povr²ine katode.

4.7 Enakomeren nanos

Kon£ni izdelek mora imeti z vseh strani enakomerno naneseno tanko plast.

Zato je nosilec, na katerega postavimo podlago, vrtljiv. S tem se znebimo u£inkasen£enja mest na straneh, ki so obrnjene stran od tar£e. Ker se nosilec vrti skonstantno hitrostjo, s tem zagotovimo enakomerno nana²anje tanke plasti zvseh strani. V prvem delu seminarja sem omenila najoptimalnej²o re²itev. Toso ve£plastne nanostrukturne prevleke. Prikazane so na sliki 4 skupaj z eno-plastno prevleko za primerjavo. Ve£plastne nanostrukturne prevleke nastanejotako, da imamo v komori razli£ne tar£e (lahko dve ali ve£), ki so pritrjene na ra-zli£nih straneh. Podlago izmaknemo iz sredi²£ne lege, tako da se sedaj vrti okolisvoje osi in isto£asno kroºi okrog sredi²£a nosilca podlage. Sistem si najboljepredstavljamo s planetarnim sistemom, kjer se Zemlja, ki jo v na²em primerupredstavlja podlaga, vrti in isto£asno kroºi okrog Sonca, ki je v na²em primerusredi²£e nosilca. S takim sistemom doseºemo, da se na²a podlaga izmeni£nonahaja v bliºini razli£nih tar£ in tako nana²amo tanke plasti.

Celoten postopek nana²anja traja 7 do 8 ur. Najprej je treba komoro iz£r-pati, nato segreti in potem ponevno iz£rpati. Sledi postopek ionskega jedkanja,nato pa 2-3 ure poteka nanos plasti. Po kon£anem postopku se mora celotnakomora z endoprotezami ohladiti do sobne temperature, ko komoro lahko kon£noodpremo.

10

Slika 4: Na levi sliki vidimo prerez enoplastne tanke prevleke nanesene na podlago, na desni pa

prerez ve£plastne nanostrukturne prevleke na podlagi.

5 Zaklju£ek

V seminarju sem predstavila, kako je mogo£e izbolj²ati lastnosti endoprotez znanosom tankih plasti razli£nih materialov s pomo£jo tehnike PVD. Trenutnose za izdelavo uporabljajo titanove in kobaltove zlitine ter nerjavno jeklo. Tankeenoplastne kerami£ne plasti TiN, TiC in TiAlN, ki jih nana²ajo na te podlage,so ºe v uporabi, prevleke z dodatkom srebra in ve£plastne prevleke pa so ²e vstopnji laboratorijskih preiskav. Tej stopnji na poti do uporabe sledi ²e stopnjapreizkusov na ºivalih. Kako se prevleke zares obnesejo, pa bo znano ²ele po ve£letih po vstavitvi prvih takih endoprotez.

11

6 Literatura

.

[1] Zdravni²ki vestnik, Glasilo Slovenskega zdravni²kega dru²tva, Ljubljana,letnik 78, december 2009.

[2] Panjan P., �ekada M., Za²£ita orodij s trdimi PVD-prevlekami, InstitutJoºef Stefan, Ljubljana (2005).

[3] Klinkenberg E.D., Neumann H.G., Surface Design for Medical Implants,Contrib. Plasma Phys, 54, No. 2 (2014).

[4] http://www.mt-berlin.com/frames_cryst/descriptions/quartz%20.htm (13.11.2014).[5] http://www.ijs.si/ctp/TrdePrevleke.htm (13.11.2014).[6] Vse sheme in slike so last F3, Institut Joºef Stefan.[7] Nazarpour Soroush, Thin Films and Coatings in Biology, Biological and

Medical Physics, USA (2013).[8] Lavrinc �., Antimikrobno delovanje izbranih nanodelcev na bakterije in

glive, diplomska naloga, Ljubljana (2010).[9] Zhao l. in sod., Antibacterial Coatings on Titanium Implants, Inter-

Science, China (2009).[10] IRT 3000, Ljubljana, letnik 3, oktober 2008.

12