Development of a template electrochemical method of synthesizing an array of hydroxiapatite microparticles on the surface of titanium to create bioactive coatings

Abstract

Аннотация выпускной квалификационной работы на тему «Разработка темплатного электрохимического метода синтеза массива микрочастиц гидроксиапатита на поверхности титана для создания биоактивных покрытий» студента 4 курса бакалавриата Соколовой Дарьи Николаевны. Научный руководитель: доктор химических наук, профессор кафедры химии твердого тела Смирнов Владимир Михайлович. Рецензент: доктор химических наук, главный научный сотрудник АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова» Михайлов Михаил Дмитриевич

При разработке новых медицинских материалов для костных имплантатов актуальными являются титан и его сплавы с биоактивными и биосовместимыми покрытиями. Так, слой диоксида титана повышает остеокондуктивные свойства поверхности имплантата; нанесенное серебро, обладающее бактерицидным действием, препятствует развитию инфекции, воспалению и, как следствие, отторжению имплантата; покрытие на основе гидроксиапатита, кристаллохимического аналога минеральной части кости, способствует улучшенной фиксации имплантата в костной ткани и его ускоренному приживлению. Кроме того, создание двухуровневой упорядоченности рельефа покрытия, состоящей из микро- и нано-неровностей, существенно повышает биоактивность имплантата, т.к. ускоряет адгезию и способствует началу процесса дифференцировки остеобластов. В настоящей работе были подобраны оптимальные условия электрохимического темплатного синтеза гидроксиапатита на композите TiO2/Ag, полученного последовательным применением метода dip-coating и электрохимического осаждения. В связи с наличием двухуровневой упорядоченности рельефа, состоящей из микро- и нано-шероховатостей, а также химическим составом полученный композит перспективен для костной имплантации. Было проведено цитологическое исследование синтезируемых образцов, показано, что подобные покрытия обладают биоактивностью в отношении остеобластоподобных клеток.

Annotation to the graduation work on «Development of a template electrochemical method of synthesizing an array of hydroxiapatite microparticles on the surface of titanium to create bioactive coatings» by Sokolova Daria, the 4th year undergraduate student. Supervisor: Smirnov Vladimir Mikhailovich, Doctor of Chemical Sciences, Professor at the Department of Solid State Chemistry. Reviewer: Mikhailov Mikhail Dmitrievich, Doctor of Chemical Sciences, principal researcher at JSC "Vavilov State Optical Institute".

Titanium and its alloys with bioactive and biocompatible coatings are relevant in the development of new medical materials for bone implants. A titanium dioxide layer increases the osteoconductive properties of the implant surface. A silver coating has bactericidal activity; therefore, it prevents spread of infection, inflammation and, consequently, rejection of the implant. A coating based on hydroxyapatite, a crystallchemical analogue of the mineral part of the bone, promotes improved fixation of the implant in the bone tissue and its accelerated engraftment. In addition, the creation of the two-level surface morphology of the coating, consisting of micro- and nanopores, significantly increases the bioactivity of the implant, because it accelerates adhesion and promotes the start of the process of osteoblast differentiation. In this work, we selected the optimal conditions for the electrochemical template synthesis of hydroxyapatite on a TiO2/Ag composite obtained by successive application of the dip-coating method and electrochemical deposition. The resulting coating is promising for bone implantation due to the presence of the two-level surface morphology of the coating, consisting of micro- and nanopores, and chemical composition. A cytological study of the synthesized samples was carried out. It was shown that such coatings have bioactivity towards osteoblast-like cells.