Electrochemical and biomimetic deposition of calcium phosphates on titanium alloys

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The presence of impurities of other metals in titanium alloys affects the composition of the oxide film after heat treatment: in addition to rutile, the VT 00 alloy contains Ti 6 O oxide, which in the VT 1-0 and VT 6 alloys is transformed into Ti 3 O oxide, which affects the corrosion resistance and mechanical strength. Calcium phosphate coatings containing brushite, calcite and apatite were obtained by electrochemical deposition on titanium plates at room temperature, pH 5, and a constant current density of 30 mA/cm2 from a suspension electrolyte CaCO 3 / Ca ( H 2 PO 4)2. A layer of amorphized apatite was applied to the coatings using the biomimetic method in a 3-fold concentrated model solution of Simulated Body Fluid to improve biocompatibility. After heat treatment at 800°C, calcium phosphate coatings obtained on titanium VT 00 have greater biocompatibility, but lower resorbability, due to the presence of a larger amount of crystalline hydroxyapatite in the coating.

Sobre autores

Anna Doroshenko

Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Belarus

Email: doroshenko@igic.bas-net.by
Junior Researcher of Photochemistry and Electrochemistry Laboratory

Valentina Krut'ko

Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Belarus

Ph. D., Assistant Professor, Head of the Laboratory of Photochemistry and Electrochemistry

Olga Musskaya

Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Belarus

Ph. D., Assistant Professor, Leading Researcher of Photochemistry and Electrochemistry Laboratory

Anatoly Kulak

Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Belarus

Academician of the NAS of Belarus, Dr. Sc., Professor, Director of The Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Belarus

Bibliografia

  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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».