Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Фазовый состав и биосовместимость кальцийфосфатных покрытиий на титане, обогащенных гидроксиапатитом

А.Е. Дорошенко1, В.К. Крутько1, О.Н. Мусская1, А.И. Довнар2, О.Б. Островская2, Е.М. Дорошенко2, А.И. Кулак1

1 ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
2 УО «Гродненский государственный медицинский университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.708

Оригинальная статья

Аннотация: Электрохимическим осаждением на титановых пластинах при комнатной температуре, pH 5, постоянной плотности тока 30 мА/см2, из суспензионного электролита CaCO3/Ca(H2PO4)2 получены кальцийфосфатные покрытия, содержащие брушит, кальцит и апатит. Биомиметическим методом, путем выдерживания покрытий в концентрированном модельном растворе Simulated Body Fluid, нанесен слой аморфизированного апатита. В результате термообработки при 800°С апатит кристаллизовался в гидроксиапатит, кальцит разлагался до оксида кальция, а титан покрывался слоем оксида титана (IV). Доклинические исследования in vivo на крысах в течение 3 месяцев показали повышенную остеоинтеграцию пластин с кальцийфосфатными покрытиями по сравнению с титаном без покрытия. Титановые имплантаты с кальцийфосфатными покрытиями обогащенными гидроксиапатитом перспективны для использования в нейрохирургии, стоматологии, ортопедии за счет отсутствия воспалительных реакций со стороны организма и повышенной остеоинтегрции.

Ключевые слова: кальцийфосфатные покрытия, брушит, кальцит, модельный раствор SBF, аморфизированный апатит, гидроксиапатит

  • Дорошенко Анна Евгеньевна – младший научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Крутько Валентина Константиновна – к.х.н., доцент, заведующий лабораторией фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Мусская Ольга Николаевна – к.х.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Довнар Андрей Игоревич – ассистент кафедры неврологии и нейрохирургии, УО «Гродненский государственный медицинский университет»
  • Островская Оксана Борисовна – к.б.н., доцент, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, УО «Гродненский государственный медицинский университет»
  • Дорошенко Евгений Михайлович – к.б.н., доцент, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, УО «Гродненский государственный медицинский университет»
  • Кулак Анатолий Иосифович – академик НАН Беларуси, д.х.н., профессор, директор, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»

Ссылка на статью:

Дорошенко, А.Е. Фазовый состав и биосовместимость кальцийфосфатных покрытиий на титане, обогащенных гидроксиапатитом / А.Е. Дорошенко, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Довнар, О.Б. Островская, Е.М. Дорошенко, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 708-717. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.708.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Williams, D.F. Titanium for medical applications / D.F. Williams // In: Titanium in medicine: material science, surface science, engineering, biological responses, and medical applications; ed. by D.M. Brunette, P. Tengvall, M. Textor, P. Thomsen. – Berlin, New York: Springer, 2001. – Ch. 1. – P. 13-24.
2. Zhang, L.C. A review on biomedical titanium alloys: recent progress and prospect / L.C. Zhang, L.Y. Chen // Advanced Engineering Materials. – 2019. – V.21. – I. 4. – P. 1-29. DOI: 10.1002/adem.201801215.
3. Eliaz, N. Corrosion of metallic biomaterials: a Review / N. Eliaz // Materials. – 2019. – V. 12. – I. 3. – Art. № 407. – 91 p. DOI: 10.3390/ma12030407.
4. Zhang, L.C. Surface modification of titanium and titanium alloys: technologies, developments, and future interests / L.C. Zhang, L.Y. Chen, L. Wang // Advanced Engineering Materials. – 2020. – V. 22. – I. 5. – Art. № 1901258. – 37 p. DOI: 10.1002/adem.201901258.
5. Bochetta, P. Passive layers and corrosion resistance of biomedical Ti-6Al-4V and β-Ti Alloys / P. Bochetta, L.Y. Chen, J.D. Corpa Tardell et al. // Coatings. – 2021. – V. 11. – I. 5. – Art. № 487. 32 p. DOI: 10.3390/coatings11050487.
6. Asri, R.I.M. Corrosion and surface modification on biocompatible metals: a review / R.I.M. Asri, W.S.W Harun, M. Samykano, et al. // Materials Science and Engineering: C. – 2017. – V. 77. – P. 1261-1274. DOI: 10.1016/j.msec.2017.04.102.
7. Milošev, I. XPS and EIS study of the passive film formed on orthopaedic Ti–6Al–7Nb alloy in Hank’s physiological solution / I. Milošev, T. Kosec, H.H. Strehblow // Electrochimica Acta. – 2008. – V. 53. – I. 9. – P. 3547-3558. DOI: 10.1016/j.electacta.2007.12.041.
8. Gao, A. Electrochemical surface engineering of titanium-based alloys for biomedical application / A. Gao, R. Hang, L. Bai et al. // Electrochimica Acta. – 2018. – V. 271. – P. 699-718. DOI: 10.1016/j.electacta.2018.03.180
9. Chen, Q. Metallic implant biomaterials / Q. Chen, G.A. Thouas // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2015. – V. 87. – P. 1-57. DOI:10.1016/j.mser.2014.10.001.
10. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphate deposits: preparation, properties and biomedical applications / S.V. Dorozhkin // Materials Science and Engineering: C. – 2015. – V. 55. – P. 272-326. DOI: 10.1016/j.msec.2015.05.033.
11. Tang, Z. The material and biological characteristics of osteoinductive calcium phosphate ceramics / Z. Tang, X. Li, Y. Tan, Y. et al. // Regenerative Biomaterials. – 2018. – V. 5. – I. 1. – P. 43-59. DOI: 10.1093/rb/rbx024.
12. Xiao, D. The role of calcium phosphate surface structure inosteogenesis and the mechanisms involved / D. Xiao, J. Zhang, C. Zhang et al. // Acta Biomaterialia. – 2020. – V. 106. – P. 22-33. DOI: 10.1016/j.actbio.2019.12.034.
13. Habraken, W. Calcium phosphates in biomedical applications: materials for the future? / W. Habraken, P. Habibovic, M. Epple, M. Bohner // Mater. Today. – 2016. – V. 19. – I. 2. – P. 76-87. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.10.008.
14. Eliaz, N. Calcium phosphate bioceramics: a review of their history, structure, properties, coating technologies and biomedical applications / N. Eliaz, N. Metoki // Materials. – 2017. – V. 10. – I. 4. – Art. № 334. – 104 p. DOI: 10.3390/ma10040334.
15. Wang, H. Early bone apposition in vivo on plasma-spryed and electrochemically deposited hydroxyapatite on titanium alloy / H. Wang, N. Eliaz, Z. Xiang et al. // Biomaterials. – 2006. – V. 27. – I. 23. – P. 4192-4203. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2006.03.034.
16. Heimann, R. Osseoconductive and corrosion-inhibiting plasma-sprayed calcium phosphate coatings for metallic medical implants / R. Heimann // Metals. – 2017. – V. 7. – I. 11. – P. 468-487. DOI: 10.3390/met7110468.
17. Kreller, T. Biomimetic calcium phosphate coatings for bioactivation of titanium iImplant surfaces: methodological approach and in vitro evaluation of biocompatibility / T. Kreller, F. Sahm, R. Bader et al. // Materials. – 2021. – V. 14. – I. 13. – Art. № 3516. – 18 p. DOI: 10.3390/ma14133516.
18. Li, T.T. Recent advances in multifunctional hydroxyapatite coating by electrochemical deposition. / T.T. Li, L. Ling, M.C. Lin et al. // Journal of Materials Science. – 2020. – V. 55. – I. 15. – P. 6352-6374. DOI: 10.1007/s10853-020-04467-z.
19. Drevet, R. Electrodeposition of calcium phosphate coatings on metallic substrates for bone implant applications: a review / R. Drevet, H. Benhayoune // Coatings. – 2022. – V. 12. – I. 4. – Art. № 539. – 24 p. DOI: 10.3390/coatings12040539.
20. Wang, M.C. Crystalline size, microstructure and biocompatibility of hydroxyapatite nanopowders by hydrolysis of calcium hydrogen phosphate dehydrate (DCPD) / M.C. Wang, H.T. Chen, W.J. Shih et al. // Ceramics International. – 2015. – V. 41. – I. 2. – Part B. – P. 2999-3008. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.10.135.
21. Drevet, R. Structural and morphological study of electrodeposited calcium phosphate materials submitted to thermal treatment / R. Drevet, J. Fauré, H. Benhayoune // Materials Letters. – 2017. – V. 209. – P. 27-31. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.07.101.
22. Крутько, В.К. Формирование апатитов на электроосажденных кальцийфосфатах в системах Ca(NO3)2/NH4H2PO4 и CaCO3/Ca(H2PO4)2 / В.К. Крутько, А.Е. Дорошенко, О.Н. Мусская и др. // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 860-869. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.860.
23. Kokubo, T. Simulated body fluid (SBF) as a standard tool to test the bioactivity of Implants / T. Kokubo, H. Takadama // In: Handbook of Biomineralization: biological aspects and structure formation; ed. by E. Epple, E. Bäuerlein. – Weinheim: WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007. – Ch. 7. – P. 97-109. DOI: 10.1002/9783527619443.ch51.
24. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.06.2023.
25. Волкова, О.В. Основы гистологии с гистологической техникой / О.В. Волкова, Ю.К. Елецкий. – М.: Медицина, 1982. – 304 с.
26. Крутько, В.К. Получение октакальцийфосфата в водной среде при взаимодействии кальцита с монокальцийфосфатом моногидратом / В.К. Крутько, А.Е. Дорошенко, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 782-790. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.782.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒