Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/49827
Title: DEVELOPMENT OF TOXIC FREE TITANIUM BASEDAMORPHOUS ALLOY FOR BIOMEDICAL APPLICATION
Other Titles: การพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมอสัณฐานซึ่งไม่มีสารประกอบที่เป็นอันตรายเพื่อการใช้งานทางการแพทย์
Authors: Saran Tantavisut
Advisors: Pibul Itiravivong
Pairat Tangpornprasert
Aree Tanavalee
Other author: Chulalongkorn University. Graduate School
Advisor's Email: Pibulchula@gmail.com,pibulchula@gmail.com
Pairat.T@Chula.ac.th
Aree.T@Chula.ac.th
Subjects: Titanium alloys
Metals in medicine
Biomedical materials
Biomedical engineering
โลหะผสมไทเทเนียม
โลหะในทางการแพทย์
วัสดุทางการแพทย์
วิศวกรรมชีวเวช
Issue Date: 2015
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Ti-based metallic glass (MG) is a new class of titanium alloys that exhibits excellent properties for biomedical applications. In general, it has high strength, low elastic modulus, good corrosion resistance and satisfactory biocompatibility. Toxic free Ti-based amorphous alloys with copper component could be able to provide anti-microbacterial property without containing toxic element such as Ni and Al. This work reported on a systematic study of a new Ti44Zr10Pd10Cu6Co23Ta7, Ti44Zr10Pd10Cu6Co23Ta7 and Ti44Zr10Pd10Cu6Co23Ta7 metallic glass. Cylindrical rod samples with a diameter of 5 mm and 20 mm length were fabricated by induction melting and casting into copper mold. The cast rod was then used as plasma cathode in filtered cathodic vacuum arc (FCVA) deposition chamber. The Ti-based metallic glass (MG) 25-nm thin film was produced and tested for subsequent cell culture investigation to understand the biocompatibility nature of the new alloy. For antiseptic ability of the novel metal glass, the copper release test and antiseptic performance against Staphylococcus Aureus were performed. Characterizations included Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Xray photoelectron Spectrometer (XPS), Dektak test for metal film thickness, 3D confocal microscope for surface roughness and scratch test for adhesion strength, Energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) and X-ray photoelectron spectrometry were studied. The Ti-6Al-4V alloy was studied in parallel as a control material. This new Ti-based MG composition has shown promising osteoblast biocompatible characteristics, no cytotoxicity on human osteoblast-like cells (SaOS-2) and be able to decrease bacterial biofilm. Moreover, cells on Ti-based MG thin film exhibited greater levels of calcium deposition using Alizarin Red staining technique to those of the control. All results point out that the novel Ti based amorphous alloy has potential for using as biomedical application and deserve further study.
Other Abstract: โลหะอสัณฐานที่มีไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบหลัก เป็นโลหะตระกูลใหม่ที่มีความเหมาะสมหลายประการที่จะใช้เป็นโลหะสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์. โดยทั่วไปโลหะประเภทนี้มีความแข็งแกร่งสูง, ยืดหยุ่น, ทนการกัดกร่อน และมีความเข้ากันได้ดีทางชีวภาพกับเนื้อเยื่อของมนุษย์. โลหะอสัณฐานชนิดไร้ส่วนประกอบที่เป็นพิษต่อเนื้อเยื่อที่มีไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบหลักร่วมกับมีส่วนประกอบทองแดงปริมาณต่ำที่ได้รับการสังเคราะห์ขึ้นใหม่ในรายงานนี้ มีสมบัติที่ดีดังกล่าวข้างต้น นอกจากนั้นยังสามารถให้สมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียและไม่มีปัญหาจากส่วนประกอบทางเคมีที่มีพิษต่อเนื้อเยื่อเช่นนิกเกิลหรืออลูมิเนียม. งานชิ้นนี้ได้ทำการสังเคราะห์โลหะอสัณฐานชนิดใหม่ขึ้น 3 ชนิดคือ Ti44Zr10Pd10Cu6Co23Ta7, Ti44Zr10Pd10Cu6Co23Ta7 และ Ti44Zr10Pd10Cu6Co23Ta7 การสังเคราะห์เริ่มจากการโลหะผสมตามสูตรดังกล่าวข้างต้นเป็นรูปทรงกระบอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มิลลิเมตร, ยาว 20 มิลลิเมตร โดยวิธีการ Induction melting and casting ในเบ้าทองแดง. หลังจากนั้นแท่งโลหะผสมแต่ละสูตรจะถูกนำมาใช้เป็น Plasma cathode ในเครื่อง Filtered Cathodic Vacuum Arc deposition chamber ซึ่งจะทำการ coat โลหะชนิดใหม่ในรูป metallic glass ขนาดความหนาประมาณ 25 นาโนเมตรลงไปบน cover glass ซึ่ง coated glass ดังกล่าวจะถูกนำไปทดสอบการเลี้ยงเซลล์ SaOS2 เพื่อดูความเข้ากันได้กับเซลล์กระดูก. สำหรับสมบัติในการต้านเชื้อแบคทีเรียของโลหะอสัณฐานชนิดใหม่ทั้ง 3 ชนิดนั้น ถูกทดลองโดยใช้เชื้อ Staphylococcus Aureus ใน Human serum. การศึกษาลักษณะเฉพาะของโลหะอสัณฐานชนิดใหม่ได้รับการศึกษาโดยวิธี Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Xray photoelectron Spectrometer (XPS) และ , Energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) เพื่อดูองค์ประกอบของธาตุที่บริเวณผิวหน้าของ thin film, Dektak test เพื่อศึกษาความหนาของชั้นฟิล์มที่ถูกเคลือบบน cover glass, 3D Confocal microscope เพื่อศึกษาความขรุขระของโลหะที่เคลือบผิว cover glass และ Scratch test เพื่อศึกษาความแข็งแรงของการยึดเกาะของชั้น coat film. The Ti-6Al-4V ถูกใช้เป็นโลหะมาตรฐานเพื่อเปรียบเทียบ (standard control). โลหะอสัณฐานชนิดไร้ส่วนประกอบที่เป็นพิษต่อเนื้อเยื่อที่มีไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบหลักร่วมกับมีส่วนประกอบทองแดงปริมาณต่ำชนิดใหม่แสดงสมบัติที่พึงประสงค์ทั้งในด้านความเข้ากันได้กับเซลล์กระดูกชนิดที่ใช้ทดลอง (SaOS2)เทียบเท่าหรือเหนือกว่าโลหะไทเทเนียมมาตรฐาน, เซลล์ SaOS2 สามารถเติบโตไปจนสร้างแคลเซียมได้เหนือกว่าโลหะไทเทเนียม, สามารถต้านเชื้อแบคทีเรียได้ดีกว่าและมีสมบัติทางกายภาพที่เหนือกว่าโลหะไทเทเนียมมาตรฐานในแง่ของการเป็นโลหะเคลือบผิว โดยสรุปโลหะอสัณฐานชนิดไร้ส่วนประกอบที่เป็นพิษต่อเนื้อเยื่อที่มีไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบหลักร่วมกับมีส่วนประกอบทองแดงปริมาณต่ำชนิดใหม่ มีความเป็นไปได้ในการใช้งานด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพในแง่ของการเป็นโลหะที่ใช้เคลือบผิวโลหะที่ใช้ในทางการแพทย์ในปัจจุบันเช่น stainless steel เพื่อปรับปรุงให้มีสมบัติพึงประสงค์มากยิ่งขึ้น
Description: Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2015
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Biomedical Engineering
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/49827
Type: Thesis
Appears in Collections:Grad - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5287823121.pdf3.1 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.