Suk-Woo Ha

Plasma-sprayed hydroxylapatite coating on carbon fibre reinforced thermoplastic composite materials

Plasma-spraying of metallic impiant surfaces is an established method for the application of hydroxylapatite (HA) coatings. Carbon fibre reinforced thermoplastics show different thermal and mechanical properties, compared with titanium substrates. In this paper first results of the influence of the established coating method on carbon fibre reinforced thermoplastics are presented. First investigations of the tensile adhesion strength, tested with a newly developed testing device, showed that the adhesion between the HA coating and the carbon fibre reinforced polyetheretherketone (PEEK) composite is very low. Macromechanical bending tests showed a change to initial tensile instead of compression failure of the coated composite substrate. Micromechanical bending tests in a scanning electron microseope (SEM) hot tensile stage (Raith GmbH) revealed crack propagation within the ceramic coating and in the coating-substrate interface before the total failure of the composite substrate occurred.

Topographical characterization and microstructural interface analysis of vacuum-plasma-sprayed titanium and hydroxyapatite coatings on carbon fibre-reinforced poly(etheretherketone).

In the present study, topographical characterization and microstructural interface analysis of vacuum-plasma-sprayed titanium and hydroxyapatite (HA) coatings on carbon fibre-reinforced polyetheretherketone (CF/PEEK) was performed. VPS-Ti coatings with high roughness values (Ra=28.29±3.07 μm, Rz=145.35±9.88 μm) were obtained. On this titanium, intermediate layer HA coatings of various thicknesses were produced. With increasing coating thickness, roughness values of the HA coatings decreased. A high increase of profile length ratio, Lr, of the VPS-Ti coatings (Lr=1.45) compared to the grit-blasted CF/PEEK substrate (Lr=1.08) was observed. Increasing the HA coating thickness resulted in a reduction of the Lr values similar to the roughness values. Fractal analysis of the obtained roughness profiles revealed that the VPS-Ti coatings showed the highest fractal dimension of D=1.34±0.02. Fractal dimension dropped to a value of 1.23–1.25 for all HA coatings. No physical deterioration of the CF/PEEK substrate was observed, indicating that substrate drying and the used VPS process parameter led to the desired coatings on the composite material. Cross-section analysis revealed a good interlocking between the titanium intermediate layer and the PEEK substrate. It is therefore assumed that this interlocking results in suitable mechanical adhesive strength. From the results obtained in this study it is concluded that VPS is a suitable method for manufacturing HA coatings on carbon fibre-reinforced PEEK implant materials.

NaOH treatment of vacuum-plasma-sprayed titanium on carbon fibre-reinforced poly(etheretherketone).

Carbon fibre-reinforced polyetheretherketone (CF-PEEK) substrates were coated with titanium by vacuum-plasma-spraying and chemically treated in 10 M sodium hydroxide (NaOH) solution. After NaOH treatment, the specimens were immersed in simulated body fluid (SBF) containing ions in concentrations similar to those of human blood plasma. Scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray analysis and diffuse reflectance Fourier transformed–infrared spectroscopy were used to analyse the NaOH-treated VPS-Ti surface and the calcium phosphate layer formed during immersion in SBF. It was observed that a carbonate-containing calcium phosphate layer was formed on the NaOH-treated VPS-Ti surface during immersion in SBF, whereas no calcium phosphate precipitation occurred on the untreated surfaces. It is therefore concluded that vacuum-plasma-spraying with titanium and subsequent chemical modification in 10 M NaOH solution at 60°C for 2 h is a suitable method for the preparation of bioactive coatings for bone ongrowth on CF-PEEK.

Biokompatible Keramische Werkstoffe

In Medizinprodukten werden hauptsachlich folgende keramischen Werkstoffe eingesetzt: Aluminiumoxid und Zirkonoxid sowie Calciumphosphate, bioaktive Glaser und Glaskeramiken. In der Medizin gibt es zudem breite Anwendungsgebiete fur weitere nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe. Beispiele hierfur sind Brillenglaser oder Glasfasern fur Endoskope. Am haufigsten werden keramische Werkstoffe in Medizinprodukten im Zusammenhang mit dem menschlichen Skelett, den Knochen, Gelenken und Zahnen eingesetzt (Tabelle 13.1). In der Dentalmedizin finden keramische Werkstoffe beispielsweise in Form von Porzellankronen, mit Glas gefullten Zementen oder kunstlichen Gebissen eine breite Anwendung [2]. Bei Huftgelenk-Endoprothesen werden Aluminiumoxid sowie Zirkonoxid fur Huftkugeln und Calciumphosphate in Form von Hydroxylapatit als Beschichtung auf Prothesenschaften eingesetzt.

Kontrollierte therapeutische Systeme (Controlled drug delivery systems)

Es gibt eine grosse Anzahl von Arzneistoffen, die nicht mit der hochsten Effizienz eingesetzt werden konnen, weil das geeignete therapeutische System (drug delivery system) fur die optimale Applikation fehlt. Viele Arzneistoffe setzen eine haufige Anwendung voraus und sind oft mit mehr oder weniger starken Nebenwirkungen oder aber mit Beeintrachtigungen von Arbeits- und Lebensrhythmus der Patienten verbunden. Der therapeutische Erfolg einer medikamentosen Behandlung setzt eine korrekte Diagnose, die Wahl der richtigen Wirksubstanz sowie ihr Vorliegen in geeigneter Darreichungsform voraus. Zudem muss ein genauer Verabreichungsplan erstellt werden, dessen Einhaltung seitens der Patienten eine wesentliche Voraussetzung fur die optimale Wirkung des Arzneistoffes ist. Das Mass, mit dem eine Wirksubstanz therapeutisch voll genutzt werden kann, korreliert direkt mit der Darreichungsform, in der sie angewandt wird. Da viele hochwirksame Arzneimittel bereits existieren, hat sich, neben Neuentwicklungen, das Interesse im vergangenen Jahrzehnt der Optimierung von Arzneimittelwirkungen durch neue Darreichungsformen zugewandt.