Ti-6Al-4V上へのハイドロキシアパタイト薄膜のパルスレーザー蒸着：構造と特性に及ぼす熱処理の影響

Pulsed laser deposition of hydroxyapatite thin films on Ti-6Al-4V: effect of heat treatment on structure and properties.

抄録

ハイドロキシアパタイト（HA）は魅力的な生体材料であり、歯科および整形外科用金属インプラントのコーティングとして広く用いられてきた。この研究では、KrFエキシマレーザーを用いてHAターゲットをレーザーアブレーションすることにより、Ti-6Al-4V基板上にHAコーティングを蒸着した。成膜は常温で、10(-4)から10(-1)torrの酸素圧力下で行った。成膜した膜はアモルファスであった。HAの結晶構造を回復させるため、大気中290～310℃でアニールした。コーティングの形態、組成および構造は、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、エネルギー分散型X線分光法およびX線回折法で調べた。機械的特性と接着特性は、それぞれナノインデンテーションとスクラッチテストを用いて調べた。HAコーティングの安定性は、模擬生理学的条件下でテストした。この研究から、パルスレーザー蒸着と300℃での蒸着後アニールの組み合わせは、模擬体液中で溶解を示さない、純粋で固着性のある結晶性HAコーティングを生成する可能性があることが明らかになった。

Hydroxyapatite (HA) is an attractive biomaterial that has been widely used as a coating for dental and orthopedic metal implants. In this work, HA coatings were deposited on Ti-6Al-4V substrates by laser ablation of HA targets with a KrF excimer laser. Deposition was performed at ambient temperature under different working pressures that varied from 10(-4) to 10(-1) torr of oxygen. The as-deposited films were amorphous. They were annealed at 290-310 degrees C in ambient air in order to restore the crystalline structure of HA. The coatings morphology, composition and structure were investigated by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction techniques. Mechanical and adhesive properties were examined using nanoindentation and scratch tests, respectively. The stability of the HA coatings was tested under simulated physiological conditions. This study reveals that the combination of pulsed laser deposition and post-deposition annealing at 300 degrees C have the potential to produce pure, adherent, crystalline HA coatings, which show no dissolution in a simulated body fluid.