Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Сведения об участнике
ФИО
Пономарев Виктор Андреевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет МИСиС»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Биоматериалы
Тема
Использование бора в качестве легирующего компонента для придания антибактериальных свойств биоактивным покрытиям TiCaPCON
Резюме
Для замены поврежденной ткани в современной медицине используются разнообразные имплантаты. В зависимости от предъявляемых требований материал имплантата может быть биосовместимыми, как в работах, биоактивными и биорезорбируемыми. Основная часть применяемых на данный момент имплантатов изготавливается из титана и его сплавов. Для повышения биоактивности существующих титановых сплавов применяются различные покрытия, такие как TiCaPCON. Придание покрытиям биосовместимых свойств, а в дальнейшем и антибактериальных является современным направлением развития имплантологии и материаловедения.
Ключевые слова
Материалловедение, наноматериалы, покрытия, антибактериальность, биоактивность
Цели и задачи
Цель залючается в придании покрытиям для имплантатов антибактериальных свойств без ущерба их биоактивности.
Задача состоит в подборе легирующего компонента обладающего антибактериальной активностью
Введение

Для повышения механических и биологических свойств поверхности имплантатов были разработаны покрытия TiCaPCON. Основа покрытий - нанокристаллическая фаза Ti(CN). За счёт легирования P и Ca  данные материалы стимулируют рост остеобластов на поверхности. 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. Новизна данной работы  - использование бора в качестве антибактериального компонента, который в определенных концентрациях демонстрирует антибактериальный эффект.

Методы и материалы

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). 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, была измерена твердость и износостойкость. 

Описание и обсуждение результатов

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. 

Используемые источники
1. Update on human health effects of boron
2. Enhanced hydrophilicity and in vitro bioactivity of porous TiO2film through the incorporation of boron
3. Boron regulates mineralized tissue-associated pro-teins in osteoblasts (MC3T3-E1)
4. Influences of glycerol as an efficient doping agent on crys-tal structure and antibacterial activity of B-TiO2 nano-materials
5. Preparation and characterization of boron-doped titania nano-materials with antibacterial activity
6. Trends in non-meral doping of anatase TiO2: B, C, N and F
7. Study on photocatalytic activity of boron doped TiO2 Catalyst (TiO(2−x)Bx)
8. Characterization of titanium–boron bina-ry oxides and their photocatalytic activity for stoichiometric decomposition of water
Information about the project
Surname Name
Ponomarev Viktor
Project title
Use of boron as an alloying component for imparting antibacterial properties TiCaPCON bioactive coatings
Summary of the project
To improve the mechanical and biological properties of the implant surface TiCaPCON coatings have been developed. Base coatings - phase nanocrystalline Ti (CN). Due to the doping of P and Ca these materials stimulate the growth of osteoblasts on the surface. The development of these coatings consists in giving them time-limited antibacterial properties. For this cover TiCaPCON previously doped with antibacterial components Ag. However, in the deposition of coatings TiCaPCON + Ag having an uneven distribution of silver in the surface layers. The novelty of this work - the use of boron as an antibacterial component, which in certain concentrations exhibits an antibacterial effect.
The coatings were deposited by magnetron sputtering targets TiC-CaO-Ti3PO (x) and TiB2, obtained by SHS method. Deposition of the coating occurred at VT1-0 titanium and silicon plate (100). Substrates were mounted on a distance of 80 mm from the target in the sputtering occurred Ar medium with 10% N for 40 minutes. Current on TiC-CaO-Ti3PO (x) target was 2 A, and the current on the target TiB2 changed in the range 1-1.4 A. Thus the boron content is from 8 to 15%. The coatings were investigated by XRD, SEM-EDS, TEM, GDOES and FTIR, was measured hardness and wear resistance.
It is shown that the coating TiCaPCON + B has the nanocrystalline structure on the basis of two-phase Ti (C, N) and TiB2 with grain size of 5-20 nm. The saline first 3 days observed antibacterial effect, decreasing in time. FTIR method determined the presence of boron oxides and hydroxides, which are likely to provide antibacterial properties. At the same time, the proliferation of osteoblasts corresponded to the level characteristic of TiCaPCON. it can be concluded on the basis of the results that doping with boron gives the antibacterial properties of the coating, while maintaining mechanical and biological indicators at a high level.
Keywords
Materials science, nanomaterials, coatings, antibacterial activity, bioactivity