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

Электрохимическое и биомиметическое осаждение кальцийфосфатов на титановых сплавах

А.Е. Дорошенко, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак

ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.848

Оригинальная статья

Аннотация: Наличие примесей других металлов в титановых сплавах оказывает влияние на состав оксидной пленки после термообработки: в сплаве ВТ 00 помимо рутила присутствует оксид Ti6O, который в сплавах ВТ 1-0 и ВТ 6 переходит в оксид Ti3O, что влияет на коррозионную стойкость и механическую прочность. 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, в концентрированном в 3 раза модельном растворе Simulated Body Fluid, на покрытия нанесен слой аморфизированного апатита для повышения биосовместимости. После термообработки при 800°С кальцийфосфатные покрытия, полученные на титане ВТ 00 обладают большей биосовместимостью, но меньшей резорбируемостью, в виду наличия в составе покрытия большего количества кристаллического гидроксиапатита.

Ключевые слова: титановые сплавы, 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 НАН Беларуси»
  • Крутько Валентина Константиновна – к.х.н., доцент, заведующий лабораторией фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
  • Мусская Ольга Николаевна – к.х.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
  • Кулак Анатолий Иосифович – академик НАН Беларуси, д.х.н., профессор, директор, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»

Ссылка на статью:

Дорошенко, А.Е. Электрохимическое и биомиметическое осаждение кальцийфосфатов на титановых сплавах / А.Е. Дорошенко, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 848-856. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.848.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Quinn, J. Titanium for orthopedic applications: an overview of surface modification to improve biocompatibility and prevent bacterial biofilm formation / J. Quinn, R. McFadden, C.-W. Chan, L. Carson // iScience. – 2020. – V. 23. – I. 11. – Art. no. 101745. – 22 p. DOI: 10.1016/j.isci.2020.101745.
2. Geetha, M. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants—a review / M. Geetha, A.K. Singh, R. Asokamani, A.K. Gogia // Progress in Materials Science. – 2009. – V. 54. – I. 3. – P. 397-425. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2008.06.004.
3. Hanawa, T. Biofunctionalization of titanium for dental implant / T. Hanawa // Japanese Dental Science Review. – 2010. – V. 46. – I. 2. – P. 93-101. DOI: 10.1016/j.jdsr.2009.11.001.
4. Farrakhov, R. Comparison of biocompatible coatings produced by plasma electrolytic oxidation on cp-Ti and Ti-Zr-Nb superelastic alloy / R. Farrakhov, O. Melnichuk, E. Parfenov et al. // Coatings. – 2021. – V. 11. – I. 4. – P. 401-416. DOI: 10.3390/coatings11040401.
5. Sheremetyev, V. In situ XRD study of stress- and cooling-induced martensitic transformations in ultrafine-and nano-grained superelastic Ti-18Zr-14Nb alloy / V. Sheremetyev, S. Dubinckiy, A. Kudryashova et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – V. 902. – Art. № 163704. – 17 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163704.
6. Tchana Nkonta, D.V. Influence of the surface mechanical attrition treatment (SMAT) on the corrosion behavior of Co28Cr6Mo alloy in Ringer’s solution / D.V. Tchana Nkonta, F. Simescu-Lazar, R. Drevet et al. // Journal of Solid State Electrochemistry. – 2018. – V. 22. – I. 4. – P. 1091-1098. DOI: 10.1007/s10008-017-3851-5.
7. Tchana Nkonta, D.V. Effect of surface mechanical attrition treatment on the microstructure of cobalt–chromium–molybdenum biomedical alloy / D.V. Tchana Nkonta, R. Drevet, J. Faure et al. // Microscopy Research and Technique. – 2021. – V. 84. – I. 2. – P. 238-245. DOI: 10.1002/jemt.23580.
8. Huang, F. Potential dependent mechanism of the composition and electrochemical property of oxide films of Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo / F. Huang, Y. Qin, H. Zhang et al. // Corrosion Science. – 2023. – V. 213. – Art. № 110978. – 11 p. DOI: 10.1016/j.arth.2003.12.081
9. de Jonge, L.T. Organic–inorganic surface modifications for titanium implant surfaces / L.T. de Jonge, S.C.G. Leeuwenburgh, J.G.C. Wolke, J.A. Jansen // Pharmaceutical Research. – 2008. – V. 25. – I. 10. – P. 2357-2369. DOI: 10.1007/s11095-008-9617-0
10. Zheng, S. Research status of aluminum base coating on titanium alloy / S. Zheng, F. Li // Coatings. – 2023. – V. 13. – I. 9. – Art. № 1525, 20 p. DOI: 10.3390/coatings13091525.
11. Song, H.-J. Characteristics and oxidation mechanism of thermal oxide on Ti-xCr and Ti-xV (x = 5, 10, 15) alloys / H.-J. Song, H.-w. Lee, J.-Y. Lee et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – V. 815. – Art. № 152390. – 10 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152390.
12. Seo, B. Effect of iron content on corrosion properties of pure titanium as grain refiner / B. Seo, H. Im, K. Park et al. // Materials. – 2021. – V. 14. – I. 23. – Art. № 7193. – 8 p. DOI: 10.3390/ma14237193.
13. Zhou, Z. The unfavorable role of titanium particles released from dental implants / Z. Zhou, Q. Shi, J. Wang et al. // Nanotheranostics. – 2021. – V. 5. – I. 3. – P. 321-332. DOI: 10.7150/ntno.56401.
14. Tang, G. Recent trends in the development of bone regenerative biomaterials / G. Tang, Z. Liu, Y. Liu et al. // Frontiers in Cell and Developmental Biology. – 2021. – V. 9. – Art. № 665813. – 18 p. DOI: 10.3389/fcell.2021.665813.
15. Karachalios, T. The long-term clinical relevance of calcar atrophy caused by stress shielding in total hip arthroplasty: a 10-year, prospective, randomized study / T. Karachalios, C. Tsatsaronis, G. Efraimis et al. // The Journal of Arthroplasty. – 2004. – V. 19. – I. 4. – P. 469-475. DOI: 10.1016/j.arth.2003.12.081.
16. 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.
17. Дорошенко, А.Е. Фазовый состав и биосовместимость кальцийфосфатных покрытиий на титане, обогащенных гидроксиапатитом / А.Е. Дорошенко, В.К. Крутько, О.Н. Мусская и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 708-716. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.708.
18. ten Broeke, R.H.M. Bone reaction to a biomimetic third generation hydroxyapatite coating and new surface treatment for the Symax hip stem / R. H. M. ten Broeke, A. Alves, A. Baumann et al. // The Journal of Bone and Joint Surgery British Volume. – 2011. – V. 93. – I. 6. – P. 760-768. DOI: 10.1302/0301-620X.93B6.24986.
19. Vallet-Regґı, M. Structure and functionalization of mesoporous bioceramics for bone tissue regeneration and local drug delivery / M. Vallet-Regґı, I. Izquierdo-Barba, M. Colilla // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 2012. – V. 370. – I. 1963. – P. 1400-1421. DOI: 10.1098/rsta.2011.0258.
20. Ballo, A.M. Bone tissue reactions to biomimetic ion-substituted apatite surfaces on titanium implants / A.M. Ballo, W. Xei, A. Palmquist et al. // Journal of the Royal Society Interface. – 2012. – V. 9. – I. 72. – P. 1615-1624. DOI: 10.1098/rsif.2011.0808.
21. Vishwakarma, V. Multifunctional coatings on implant materials–a systematic review of the current scenario / V. Vishwakarma, G. Kaliaraj, K. Mosas // Coatings. – 2023. – V. 13. – I. 1. – Art. № 69. – 17 p. DOI: 10.3390/coatings13010069.
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. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 860-869. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.860.
23. Bucur, A.I. Hydroxyapatite coatings on Ti substrates by simultaneous precipitation and electrodeposition / A.I. Bucur, E. Linul, B.O. Taranu // Applied Surface Science. – 2020. – V. 527. – Art. № 146820. – 11 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.146820.
24. 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. – P. 6352-6374. DOI 10.1007/s10853-020-04467-z.
25. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.06.2024.
26. Tang, S.L. Theoretical study of mechanical and thermodynamic properties of titanium oxides TixOy, Effect of thermal oxidation on titanium oxides characteristics / S.L. Tang, Y.F. Li, Y.R. Wang et al. // Materials Chemistry and Physics. –2018. – V. 213. – P. 538-547. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.01.038.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒