Отримання однорідних покриттів на основі гідроксилапатиту методом термодепозиції
Анотація
Метою дослідження в даній роботі є процеси кристалізації кальцій-фосфатних покриттів для медичних імплантатів, отриманих методом термодепозиції, а саме, встановлення залежності фазового складу і морфології покриття від часу та температури осадження. Метод термодепозиції дозволяє отримати покриття для медичних імплантатів, основною фазою яких є гідроксилапатит (ГА) за невеликий проміжок часу (60 хв.). Покриття осаджали з водного розчину, що містив 10 ммоль/дм3 СaCl2 та 6 моль/дм3 NaH2PO4, на нагрітий пропусканням змінного електричного струму до необхідної температури Ti6Al4V субстрат. Цей процес заснований на зменшенні розчинності ГА зі збільшенням температури. Характеристики одержаних покриттів, такі як морфологія кристалів, залежать від температури субстрату, рН розчину, жорсткуватості поверхні і часу нагрівання. Під час експериментів рН підтримували в діапазоні 6,5 – 6,68, змінювали час нагріву та температуру субстрату. Для дослідження морфології покриттів, отриманих після осадження, а також їх фазового та елементного аналізу застосовували рентгеноструктурний аналіз, рентгеноспектральний аналіз і растрову електронну мікроскопію. Розглянуто вплив зміни параметрів експерименту на досліджувані характеристики покриттів. Після 10 хвилин осадження кальцій-фосфатів локально на поверхню субстрату, покриття не є щільними й рівномірними. Показано, що для отримання рівномірного покриття ГА з добре розвиненою структурою, достатнім є час осадження 60 хвилин і температура субстрату 105-110ºС. При температурі субстрату 75ºС отримана невелика кількість наноаморфного ГА. Дослідження процесу кристалізації дозволяє контролювати морфологію, кристалічну структуру і молярне співвідношення Са/Р, варіюючи експериментальні характеристики.
Завантаження
Посилання
2. V.F. Pichugin, R.A. Surmenev, E.V. Shesterikov at al. The preparation of calciumphosphate coatings on titanium and nickel–titanium by rf-magnetron-sputtered deposition: Composition, structure and micromechanical properties // Surface & Coatings Technology 202 (2008) 3913–3920.
3. A.R. Boyd, H. Duffy, R. McCann, B.J. Meenan Sputter deposition of calcium phosphate/titanium dioxide hybrid thin films // Materials Science and Engineering C 28 (2008) 228–236.
4. G.P. Dinda, J. Shin, J. Mazumder Pulsed laser deposition of hydroxyapatite thin films on Ti–6Al–4V: Effect of heat treatment on structure and properties // Acta Biomaterialia 5 (2009) 1821–1830.
5. W. Weng, S. Zhang, K. Cheng, H. Qu, P. Du, Ge Shen, J. Yuan, G. Han Sol–gel preparation of bioactive apatite films // Surface and Coatings Technology 167 (2003) 292–296.
6. U. Vijayalakshmi, S. Rajeswari Preparation and Characterization of Microcrystalline Hydroxyapatite Using Sol Gel Method // Trends Biomater. Artif. Organs, Vol 19 (2), (2006) 57-62.
7. Kim HW, Knowles JC, Salih V, Kim HE. Hydroxyapatite and fluor-hydroxyapatite layered film on titanium processed by a sol-gel route for hard-tissue implants.// J. Biomed. Mater. Res. B Appl Biomater. 2004 Oct 15; 71 (1), pp. 66-76.
8. M. Manso, C. Jiménez, C. Morant, P. Herrero, J.M. Martinez-Duart Electrodeposition of hydroxyapatite coatingd in basic conditions // Biomaterials 21 (2000) 1755 – 1761.
9. Szu-Hao Wang, Wei-Jen Shih, Wang-Long Li, Min-Hsiung Hon, Moo-Chin Wanga Morphology of calcium phosphate coatings deposited on a Ti–6Al–4V substrate by an electrolytic method under 80 Torr // Journal of the European Ceramic Society 25 (2005) 3287–3292.
10. Ducheyne P. and Radin S., Heughebaert M., Heughebaert J. C. Calcium phosphate ceramic coatings on porous titanium: effect of structure and composition on electrophoretic deposition, vacuum sintering and in vitro dissolution / Biomaterials, Volume 11, Issue 4, May 1990, р. 244-254.
11. Sukhodub L.F., Moseke C., Brik A.B., Boeling O.,Sulkio-Cleff B. Properties of Hydroxylapatite Coating for Biological Implants Deduced from Complementary Instrumental Methods // Mineralogical Journal, 2001, v.23, No 5/6, p.65-74.
12. Крыжановская А.С., Савин Ю.Н., Толмачев А.В. Низкотемпературный биомиметический рост поликристаллических покрытий гидроксиапатита кальция на титановых подложках // Доповіді Національної академії наук України, 2003, №12. – C. 84–89.
13. Wen H.B., de Wijn J.R., Cui F.Z., de Groot K.: Preparation of calcium phospate coatings on titanium implant materials by simple chemistry, J. Biomed. Mater. Res., 41, 227-236, 1998.
14. T.V. Thamaraiselvi, K. Prabakaran and S. Rajeswari Synthesis of Hydroxyapatite that Mimic Bone Minerology // Trends Biomater. Artif. Organs, Vol 19 (2), (2006), pp 81-83.
15. Wojciech L. Suchanek, Pavel Shuk, Kullaiah Byrappa, Richard E. Riman, Kevor S. TenHuisen, Victor F. Jana Mechanochemical–hydrothermal synthesis of carbonated apatite powders at room temperature // Biomaterials 23 (2002) 699–710.
16. Kuroda K, Ichino R, Okido M, Takai O. Hydroxyapatite coating on titanium by thermal substrate method in aqueous solution. // J. Biomed Mater Res. – 2002 – Vol. 59 (2) – P. 390–397.
17. Kuroda K., Ichino R., Okido M., Tokai O. Effect of ion concentration and pH on hydroxyapatite deposition from aqueous solution onto titanium by the thermal substrate method // J. Biomed. Mat. Res. – 2002. – Vol. 61(3). – P. 354–359.
18. Kuroda K., Nakamoto S., Ichino R., Okido M., Pilliar R.M. Hydroxyapatite coatings on a 3D porous surface using thermal substrate method // Materials Transactions. – 2005. – Vol. 46 (7). – P. 1633-1635.
19. Okido M., Kuroda K., Ichino R. Formation of calcium phosphate film on Ti substrate in aqueous solutions in the control of temperature and ion activity // Materials Science Forum. - 2003. - 426-432 (4). - P. 3457-3462.
20. Kuroda, K., Miyashita, Y., Ichino, R., Okido, M., Takai, O. Preparation of calcium phosphate coatings on titanium using the thermal substrate method and their in vitro evaluation // Materials Transactions. - 2002. - 43 (12). - P. 3015-3019.
21. L.B. Sukhodub, C. Moseke, L.F. Sukhodub, V.V. Pilipenko, B. Sulkio-Cleff Improved thermal substrate method with cooling system for hydroxyapatite coatings on titanium substrates // Annual Report, Institut für Kernphysik, Westfalishe Wilhelmsuniversität Münster, 2002/2003, P. 86 – 88.
22. Elliot J.C., Structures and chemistry of the apatites and other calcium orthophosphates, Elsevier, Amsterdam-London-New York-Tokyo-1994.
23. А.А. Гудакова, П.А. Павленко, Л.Ф. Суходуб «Исследование динамики кристаллизации кальций-фосфатных покрытий методом растровой электронной микроскопии» XXII Российская конференция по электронной микроскопии ЭМ 2008, Черноголовка, 2-6 июня 2008 г. – С. 163.
24. А.А. Гудакова, П.А. Павленко, Л.Ф. Суходуб Исследование морфологии Ca - P покрытий для имплантов Полученых методом термического осаждения в водном растворе на Ti6Al4V субстратах. // тезисы Третьей всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Актуальные вопросы теоретической и прикладной физики и биофизики» «Физика. Биофизика – 2007» м. Севастополь 23-28 квітня 2007 р. – С. 121-124.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
