pokrycia i warstwy na implantach kardiochirurgicznych

pokrycia i warstwy na elementach endoprotez

Węgiel warstwowy

Węgiel warstwowy

w medycynie

w medycynie

Węgiel syntetyczny

• Warstwy węglowe o hybrydyzacji sp

2

lub sp

3

otrzymuje się metodami

chemicznymi lub fizycznymi

• Metody chemiczne (CVD) –piroliza

węglonośnego prekursora gazowego

+ synteza

• Metody fizyczne - sublimacja węgla

lub grafitu i kondensacja na podłożu

Biomateriały w kontakcie z

krwią

• Trombogenność powierzchni syntetycznej

polega na jej zdolności do aktywowania

płytkowych i osoczowych czynników

krzepnięcia.

• W wyniku aktywacji czynników krzepnięcia

powstaje zakrzep.

• Inne przyczyny aktywacji czynników krzepnięcia

to; zaburzenia przepływu krwi, zmiany w

składzie krwi, zmiany w ścianie naczynia

(przerwanie ciągłości warstwy naturalnego

śródbłonka –endothelium).

Warstwy węglowe w

medycynie

• Charakteryzują się unikatową biozgodnością

z krwią (atrombogenność)

• W odróżnieniu do innych materiałów

implantacyjnych nie indukują czynników

krzepnięcia krwi

• Wykorzystywane na pokrycia dla implantów

przeznaczonych dla kardiochirurgii

• Ze względu na odporność chemiczną ,

twardość, oraz niski współczynnik tarcia,

wykorzystywane również jako pokrycia

elementów endoprotez

- węgiel pirolityczny:

a) węgiel pirolityczny typu LTIC (low

temperature isotropic carbon,
niskotemperaturowy węgiel izotropowy)

b)węgiel pirolityczny typu ULTIC (ultra low

temerature isotropic carbon, ultra- nisko
temperaturowy)

-

węgiel DLC (diamond like carbon, węgiel

diamentopodobny) ( węgiel otrzymywany
metodą fizycznego odparowywania)

Węglowe powłoki w medycynie

Węglowe powłoki w medycynie

Węgiel warstwowy sp

2

Węgiel pirolityczny

Otrzymywany w zakresie temperatur 1000-

1500 st. C, do temp. pokojowej, drogą rozkładu

termicznego substancji węglonośnych,

węglowodorów

Węgiel pirolityczny

(budowa)

Węgiel pirolityczny należy do rodziny węgli

turbostratycznych

mikrostruktura węgli pirolitycznych charakteryzuje

się laminarną budową zbliżoną do grafitu,

wielkość obszarów uporządkowanych zależy

przede wszystkim od temperatury otrzymywania

Temperatura

ok. 2900C

izotropowy nisko średnio wysoko

uporządkowany

Powierzchnia

T

Węgiel pirolityczny

(właściwości)

-gładkość warstwy wierzchniej
-odporność na ścieranie
-stabilność w środowisku
biologicznym (wysoka odporność
chemiczna)

Właściwości biologiczne

-wysoka tromborezystancja – materiał
atrombogenny (biozgodny z krwią)

(adsorpcja na powierzchni tylko jednego

białka krwi-albuminy)

(inhibitor procesu zakrzepowego)

Węgiel diamentopodobny

DLC

(diamond-like carbon)

Po raz pierwszy otrzymany w roku 1971, przez

Eisenberga i Chabota.

Wytworzono je z wiązki jonów C

+

skierowanej polem

elektrycznym do ujemnie naładowanego podłoża

Węgiel warstwowy sp

3

Węgiel diamentopodobny DLC - budowa

Warstwy diamentopodobne:

•mikrokrystality,
•brak uporządkowania dalekiego zasięgu (tzw. węgiel o
średnim uporządkowaniu),

•atomy węgla w różnych koordynacjach, struktura trudna do
identyfikacji

•różne wiązania pomiędzy atomami węgla
•różne postaci wodoru: atomowa,

cząsteczkowa (do 50%)

•obecność pustych przestrzeni
•zmieniająca koncentracja wiązań sp

3

sp

2

i sp

1

Właściwości węgla DLC:

-energia powierzchniowa (S) bliższa polimerom niż metalom lub
ceramice

-twardość (H) typowa dla materiałów ceramicznych

-moduł Younga (E) typowy dla materiałów organicznych

-stosunek H/E wysoki

-stosunek S/H niski – słaba adhezja do węgla DLC
-niski współczynnik tarcia
-niska ścieralnność

wysoka odporność chemiczna

przeświecalność, parametry optyczne i elektryczne zbliżone do diamentu

właściwości biologiczne podobne jak węgiel pirolityczny (sp2)

materiały atrombogenne – biozgodne z krwią

Węgiel diamentopodobny DLC

Modyfikacja właściwości

Warstwy DLC mogą być modyfikowane różnymi pierwiastkami zachowując

przy tym swoją macierzystą strukturę



Uwodorniony węgiel amorficzny a-C-H:

zawiera 10- 60% wodoru



Warstwy typu NDLC lub CNx zawierają

azot



Warstwy typu SiDLC zawierają krzem



Warstwy typu FDLC zawierają fluor



Warstwy typu MeDLC zawierają metal

Modyfikacje mają na celu:

obniżenie stosunkowo wysokich naprężeń wewnętrznych (azot,
krzem, metale)
zredukowanie energii powierzchniowej w celu obniżenia
współczynnika tarcia (F, Si-O)

Zagadnienia

• Właściwości, budowa i zastosowanie

węgla warstwowego o hybrydyzacji
sp

2

• Budowa i zastosowanie węgla

diamentopodobnego w medycynie