Titán orvosi implantátumok felületi biokompatibilitásának javítása és a létrehozott rétegek orvosbiológiai tulajdonságainak szisztematikus vizsgálata = Improvement of the surface biocompatibility of titanium medical implants and systematic study of the medical-biological properties of the resulting layers

1. Az új Ti/TiO2 felszín szerkezeti, fizikai és kémiai tulajdonságait vizsgáltuk. Összehasonlítottuk a felületkezelt és kezeletlen titán implantátumok főbb mechanikai tulajdonságait. Vizsgálataink igazolták, hogy titán oxid kerámiaával történő felületkezelés és a réteg hőkezelése 300-400 C-on a mechanikai tulajdonságokat csak kis mértékben változtatja meg. XPS: a felszínen a titán TiO2 formában van jelen. A SIMS vizsgálat azt mutatta, hogy a Ti és O eloszlása homogén az oxidrétegben. Az oxid réteg vastagságát 200 nm-esnek számítottuk. A felszíni réteg összetételét XRD technikával is vizsgáltuk. Megállapítottuk, hogy az oxid réteg polikristályos anyagból áll, ami polimorf anatáz. A titán implantátumok korrózió vizsgálata azt mutatta, hogy a rétegnek magas a korrózió ellenállása. 2. Az implantátum által okozott változás a közvetlen környezetben, a szervezetben: az 5 éves időszak alatt 1396 anódos titán oxiddal kezelt lemezből 108-at kellett eltávolítani különféle okok miatt. Egy esetben sem figyeltünk meg metallózist. 3. XPS, SIMS, és AES módszerrel vizsgáltuk a szervezet agresszív hatásai által okozott változásokat a módosított felszínen. Az implantátumok eltávolítása (3 év) után a Ti kötési állapota az oxid rétegben változatlan volt. A réteggel bevont implantátumok mint kvázi-inert elektróda viselkedtek. | 1. The structural, physical and chemical properties of the new Ti/TiO2 surface were investigated. Comparisons were made of the most important mechanical properties of uncoated and coated titanium implants. The examinations demonstrated that coating with the oxide ceramic and thermal treatment of the layer at 300-400 C alters the mechanical characteristic to merely a slight extent. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS): at the surface the Ti was present in the form of TiO2. Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) indicated the homogenous distribution of Ti and O inside the layer oxide. The thickness of the oxide was calculated to be 200 nm. The composition of the surface layer has been identified by XRD technique, too. One can conclude that the oxide layer is a polycrystalline material made of the anatase polymorph. The corrosion resistance of Ti implants showed that the layer has a high corrosion resistance. 2. Changes caused by the implants in the immediate environment, in the organism: during a five year period, 108 of 1396 plates coated with anodic titanium oxide had to be removed for various reasons. In none of these cases was metallosis observed. 3. Concerning the changes caused in the modified surface by the aggressive action of the organism XPS, SIMS and AES studies were performed. After removal of the implants (three years). The binding state of the Ti in the oxide layer was unchanged. The implants (covered by this layer) behave as a quasi-inert electrod

Ionsugaras módszerek a fizikai nanotechnológiában (IONNANO) = Ion beam modifications in near-to-physics nanotechnology

Témavezeto: Gyulai József - SiO2 mátrixban Si, Pd-Pt és SiC, valamint SiC-ben gyémánt nanokristályokat állítottunk elő és minősítettünk. - Szén nanocsöveket Ar+ ionokkal besugározva, ponthibákat, kiemelkedő klasztereket és szuperstrukturákat figyeltünk meg. - Ellipszometriával mértük a szilíciumkarbidban ionimplantációval létrejövő roncsoltságot. - Az ionsugaras kutatásaink alapján eljárást fejlesztettünk ki, amellyel külön-külön detektálható a Si-, valamint a C-alrács károsodása. - Ezzel sikerült megbecsülni a He ion c-tengelyi csatorna irányú és random irányú energiaveszteség arányát. - Optikai modelleket fejlesztettünk ferroelektromos anyagok mérésére, valamint továbbfejlesztettük a rácskárosodás ellipszometriai modelljét. - Extrém kis energiájú ionok folyamatainak kutatása a porlasztást alkalmazó felületvizsgáló módszerek kvantifikálását célozta: - új ionkeveredési mechanizmust javaslunk birétegekre - Molekula-dinamikai szimulációnkat kiterjesztettük több ion szukcesszív becsapódásának a vizsgálatára a Ti/Pt kettősrétegben. - Súrlódó beesésnél a szén porlasztási sebessége nagyobb, mint a fémeké. - Kerámiák nanoszerkezetének módosítása témában kiemelkedő eredményünknek tartjuk, hogy a világon elsőként nekünk sikerült előállítani karbon nanocső - szilícium-nitrid kompozitot, amelyben a nanocsövek nem degradálódnak a szinterelés során. | Principal investigator: Gyulai József - Nanocrystals were prepared and characterized: Si in SiO2, Pd-Pt, SiC in Si, and diamond in SiC. - Argon ion irradiation of carbon nanotubes resulted in point defects, clusters and superstructures, as detected with atomic resolution AFM. - Ellipsometry proved itself as efficient method to study radiation damage in SiC. - New version of ion beam analysis applied to implanted SiC allowed us to detect the damage of the carbon and silicon sublattice separately - With defects as markers, ratio of channeled to random stopping power of He ions could be deduced. - Optical model was developed for ellipsometry allowing also characterization of ferroelectric (high-k) materials. - Modeling and experimental studies of damaging and sputtering processes at impact of extreme low-energy resulted in better quantification of surface analysis techniques (Auger profiling): - MC simulation of bilayers led us to a new model of ion beam mixing. - MD simulations were extended to multiple ion impact on Ti/Pt bilayers. - Sputtering coefficient of carbon was found (and modeled) to be higher than that of a metal for sputtering at glancing angle incidence. - Nanostructure of ceramic materials, firstly, of Si3N4, resulted in the first Si3N4-carbon nanotube nanocomposite, where the nanotubes will not degrade during high-temperature sintering