Rivestimenti in vetroceramica nanostrutturati per applicazioni ortopediche - Parte 4

3. RISULTATI


3.1. Composizione di fase e microstruttura dei rivestimenti

Micrografie SEM di rivestimenti HT e SP sono mostrate in figura 1. Numerosi splats possono essere osservati sulla superficie ruvida dei rivestimenti (figura 1a, c), che risulta dal conflitto delle polveri fuse sugli strati di rivestimento esistenti. Viste più alte di ingrandimento (figura 1b, d) mostrano chiaramente l'esistenza di nanostrutture sulle superfici di rivestimento, con granulometrie inferiori a 50 nm. I valori di rugosità superficiale (Ra) misurati dal profilometro di superficie sono rappresentati in figura 2 che mostrano che i rivestimenti HT e SP hanno valori Ra simili a circa 7,5 um.

I modelli XRD delle polveri come ricevute e i rivestimenti asportati sono visualizzati nella figura 3. I modelli XRD delle polveri HT e SP sono costituiti da molti picchi affilati corrispondenti a HT (JCPDS

no. 12-0453; figura 3a) e SP (JCPDS n ° 11-0142, figura 3b), che indica che le materie prime a spruzzo sono polveri monofase ad alta cristallinità. I retini XRD dei rivestimenti mostrano che alcuni picchi si sono sovrapposti o sono scomparsi e un rigonfiamento del vetro è apparso, ma diversi picchi risolti possono ancora essere identificati dal ciclo di rigonfiamento. Ciò indica che entrambi i rivestimenti HT e SP erano principalmente composti da fasi di vetro (amorfo) insieme a una certa quantità di fase cristallina, e di conseguenza questi rivestimenti erano chiamati rivestimenti ceramici-vetro.


3.2. Legame interfunzionale e nanoindentazione

La Figura 4 mostra la morfologia trasversale dei rivestimenti HT e SP e la loro forza di legame

con Ti-6Al-4V . Rispetto ai rivestimenti HT (figura 4a), il legame interfacciale dei rivestimenti SP è migliore (figura 4b). La forza di adesione dei rivestimenti SP (41,0 +/- 3,5 MPa) è significativamente superiore a quella dei rivestimenti HT (27,0 +/- 3,9 MPa, figura 4c).

I valori di durezza Vickers dei rivestimenti HT e SP sono 539,8 +/- 60,2 e 567,2 +/- 66,5 (Hv), rispettivamente, come mostrato in figura 5. A un valore p inferiore a 0,05, non ci sono differenze significative in Vickers durezza tra questi due rivestimenti.


3.3. Rilasci ionici e variazione del pH

La figura 6 mostra il cambiamento del contenuto relativo di elementi composizionali dei rivestimenti HT e SP prima e dopo l'immersione in soluzione solfato con HCl-Tris per 7 giorni. Dopo l'immersione, il contenuto relativo di Si e Zn nel rivestimento HT aumentava mentre quello di Ca diminuiva (figura 6a). Poiché la soluzione tamponata è priva di Si, Ca e Zn, l'aumento del contenuto relativo di Si e Zn è dovuto alla diminuzione del contenuto di Ca nel rivestimento HT. Per i rivestimenti SP, la variazione dei contenuti relativi di Ca e Si prima e dopo l'immersione era inferiore a quella dei rivestimenti HT (figura 6b), mentre non è stato trovato alcun cambiamento significativo nel contenuto di Ti. La figura 6c mostra un aumento significativo del rapporto Si / Ca dei rivestimenti HT e SP dopo l'immersione nella soluzione tamponata, con il rivestimento HT che mostra un aumento significativo rispetto ai rivestimenti SP, suggerendo la maggiore capacità dei rivestimenti HT di rilasciare ioni Ca rispetto a Si ioni nella soluzione tampone. Di conseguenza, è possibile osservare una variazione più ampia nei valori di pH della soluzione tamponata dopo l'immersione dei rivestimenti HT rispetto a quella osservata per i rivestimenti SP (figura 6d). La quantità rilasciata di ioni Ca e Si dai rivestimenti HT dopo 7 giorni di immersione in soluzione tamponata è significativamente maggiore (p <0,05) rispetto="" a="" quella="" del="" rivestimento="" sp="" (tabella="" 2),="" in="" linea="" con="" i="" risultati="" eds="" sopra=""> Inoltre, dal rivestimento HT è stata rilasciata anche una certa quantità di ioni Zn, ma il rilascio di ioni Ti dal rivestimento SP era trascurabile.


3.4. Mineralizzazione acellulare in terreno di coltura privo di cellule

La morfologia superficiale dei rivestimenti HT dopo l'incubazione in terreno privo di cellule è mostrata in figura 7a, b. Dopo 5 ore di incubazione, una quantità significativa di depositi di funghi è stata trovata sulla superficie dei rivestimenti HT (figura 7a, b). La figura 7c, d mostra i risultati EDS del rivestimento HT prima della mineralizzazione e i depositi formatisi sulla superficie dopo la mineralizzazione. L'intensità dei picchi di Ca è in gran parte aumentata mentre quella di Si è in gran parte diminuita nell'EDS dei depositi (figura 7d). I rapporti Ca / Si e Ca / Zn dei rivestimenti HT prima e dopo l'immersione sono elencati nella tabella 3. Entrambi i rapporti Ca / Si e Ca / Zn dei depositi sono significativamente più alti di quelli dei rivestimenti HT, suggerendo che Ca è uno dei i principali elementi dei depositi. Oltre a quei picchi degli elementi compositivi dei rivestimenti, è stato osservato un picco P con intensità simile al picco di Si (figura 7c), che indica l'esistenza di P nei depositi.

Al contrario, non sono stati trovati depositi sui rivestimenti SP dopo 5 ore di incubazione in terreno di coltura privo di cellule. Questi risultati indicano che i rivestimenti HT possono indurre la precipitazione di composti di Ca e P sulle loro superfici.


3.5. Attaccamento cellulare e proliferazione sui rivestimenti

Le micrografie che mostrano l'attaccamento e la diffusione di HOBs coltivate su rivestimenti HT e SP per 2, 5 e 24 ore sono visualizzate nella figura 8. Su rivestimenti HT, i HOB erano già ben attaccati e hanno iniziato a formare estensioni per esplorare le superfici di rivestimento dopo 2 ore di inca razione (figura 8a). Entro 5 h, le cellule si sono ulteriormente diffuse e sono diventate più appiattite, e il lamellipodia si è esteso dal citoplasma per interagire con i rivestimenti sottostanti (figura 8b). Ad un esame più attento, sono stati osservati HOB che coprivano un'area depressa da un'area elevata a un'altra dal loro lamellipodia (figura 8d).

Inoltre, alcuni filopodi sono stati osservati al bordo del lamellipodia (figura 8d, frecce). Si sono osservati viour di comportamento cellulare simili in HOB dopo 24 ore di coltura (figura 8c, e). HOBs coltivati anche su rivestimenti SP

ha esibito un buon attaccamento e diffusione (figura 9). Tuttavia, HOBs sui rivestimenti SP ha mostrato di più

morfologia allungata ma meno appiattita alle 2h e 5h punti temporali (figura 9a, b). Sotto ingrandimento maggiore, il lamellipodia poteva essere facilmente visto estendersi lungo le superfici di rivestimento SP, ma non si osservava alcun filopodia evidente (figura 9d, e).

I tassi di proliferazione di HOB su rivestimenti HT e SP sono stati confrontati con il controllo (disco Ti-6Al-4V).

I risultati hanno mostrato che il tasso di proliferazione di HOB sui rivestimenti HT era più alto (p, 0,05) rispetto

con quelli su rivestimenti SP e disco Ti-6Al-4V dopo 7 giorni (figura 10). Le celle sui rivestimenti SP hanno mostrato a

il lento tasso di proliferazione nei 3 giorni iniziali di coltura, che è aumentato successivamente, e ha raggiunto un livello simile a quello dei dischi Ti-6Al-4V il giorno 7. Questi risultati implicano che i HOB possono proliferare bene sui rivestimenti HT e SP.