Использование бора в качестве легирующего компонента для придания антибактериальных свойств биоактивным покрытиям TiCaPCON

Для повышения механических и коррозионных свойств медицинских имплантатов, придания им биоактивности и способности к  остеоинтеграции были разработаны наноструктурные покрытия TiCaPCON. Основа покрытий - нанокристаллическая фаза Ti(CN). За счёт легирования P и Ca  данные материалы стимулируют рост остеобластов на поверхности и обеспечивают прочность контакта имплантата с костной тканью. Развитие данных покрытий заключается в придании им ограниченных во времени антибактериальных свойств. Для этого покрытия TiCaPCON ранее легировали антибактериальным компонентом Ag. Однако при осаждении покрытий TiCaPCON+Ag возникают неравномерное распределение серебра в приповерхностных слоях. Это происходит из-за отсутствия растворимости Ag в TiCN. Новизна данной работы  - использование бора в качестве антибактериального компонента, который в определенных концентрациях демонстрирует антибактериальный эффект.

Покрытия наносились методом магнетронного распыления мишеней TiC-CaO-Ti3PO(x) и TiB2, полученных методом СВС. Осаждение покрытия осуществлялось на титан ВТ1-0 и пластину кремния (100). На титан наносился подслой, снижающий перепад модуля упругости между подложкой и покрытием. Подложки были установлены на расстоянии 80 мм от мишеней, напыление происходило в среде Ar с 10% N в течение 40 минут. Ток на мишени TiC-CaO-Ti3PO(x) составлял 2 А, а ток на мишени TiB₂ изменялся в диапазоне 1-1,4 А. При этом содержание бора составляло от 8 до 15 %. Полученные покрытия были исследованы методами XRD, SEM-EDS, TEM, GDOES и FTIR. Так же проведены механические испытания образцов, была измерена твердость и износостойкость.

Показано, что покрытие TiCaPCON+B обладает нанокристаллической двухфазной структурой  на основе Ti(C,N) и TiB₂ с размером кристаллитов 5-20 нм.  В физиологическом растворе первые 3 дня наблюдается антибактериальный эффект, убывающий во времени. Методом FTIR определено наличие оксидов и гидроксидов бора, которые, вероятно, обеспечивают антибактериальные свойства. В то же время, пролиферация остеобластов соответствовала уровню характерному для TiCaPCON. На основе полученных результатов можно заключить, что легирование бором придает антибактериальные свойства покрытиям, сохраняя механические и биологические показатели на высоком уровне.

Работа выполнялась под руководством д.ф-м. н., проф. Штанского Д.В.