Детальная информация

Данная работа посвящена разработке подходов замедления растворения магниевого сплава МА2-1пч в физиологической среде и улучшения биосовместимости путем нанесения многослойных и смешанных оксидных покрытий методом атомно-слоевого осаждения (АСО). Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Разработать методики нанесения оксидных нанопокрытий на поверхности магниевого сплава МА2-1пч многослойных и смешанных оксидных покрытий методом атомно-слоевого осаждения (АСО); 2) Исследовать полученные покрытия комплексом современных методов с целью определения толщины, структуры, морфологии и химического состава покрытий; 3) Исследовать антикоррозионные свойства полученных покрытий в среде, имитирующей физиологическую среду живого организма; 4) Исследовать биосовместимости полученных образцов с покрытиями с использованием остеобластоподобных клеток человека in vitro; 5) Проанализировать полученные результаты и определить наиболее перспективные подходов для регулирования биокоррозии имплантов из биоразлагаемых магниевых сплавов. Работа проведена в сотрудничестве с научным центром РЦ «Физические методы исследования поверхности» и МРЦ по направлению «Нанотехнология» СПбГУ, где проводились исследования. Совместно с «Научно-исследовательской лабораторией "Покрытия, материалы и технологии для литиевых источников тока"» СПбПУ была проведена работа по подготовке образцов для нанесения покрытий. На базе Научно-исследовательский комплекс «Нанобиотехнологии» Института биомедицинских систем и биотехнологий проходила часть иммерсионных испытаний на биокоррозию. Была проведена обработка данных результатов исследований, полученных методами эллипсометрии, рентгеновской рефлектометрии (РР), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгено-фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС), атомно-силовой микроскопии (АСМ) и иммерсионных испытаний на биокоррозию. Анализ результатов исследования адгезии и жизнеспособности клеток остеосаркомы. Анализ проводился с использованием статистического анализа с помощью программного обеспечения MS Exel и Origin 8.0. В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы: 1. Были разработаны подходы по нанесению многослойных и смешанных оксидных покрытий Al2O3- TiO2 (ATO) толщиной 40 нм методом атомно-слоевого осаждения (АСО) на поверхности биоразлагаемого магниевого сплава МА2-1пч. 2. Результаты исследований покрытий комплексом современных методов подтвердили возможность регулирования архитектуры, толщины и состава покрытий. 3. Исследование антикоррозионных свойств образцов с покрытиями в SBF растворе, имитирующий физиологическую среду живого организма, показало эффективность нанесения многослойных покрытий и покрытий смешанного состава в сравнении с простыми оксидами. Образцы с покрытиями снижают скорость биокоррозии не менее чем в 2 раза на протяжении 14 суток. 4. Исследование биосовместимости in vitro показало, что покрытия АТО и Al2O3 способствуют адгезии и распластыванию остеобластоподобных клеток, при этом сохраняя метаболическую активность.

This work is devoted to the development of approaches to slow down the dissolution of magnesium alloy MA2-1hr in a physiological environment and improve biocompatibility by applying multilayer and mixed oxide coatings by atomic layer deposition (ALD). Tasks that were solved during the research: 1) To develop methods for applying oxide nanocoats on the surface of magnesium alloy MA2-1hr multilayer and mixed oxide coatings by atomic layer deposition (ALD); 2) To investigate the coatings obtained using a complex of modern methods in order to determine the thickness, structure, morphology and chemical composition of the coatings 3) To investigate the anticorrosive properties of the obtained coatings in an environment that mimics the physiological environment of a living organism. 4) To investigate the biocompatibility of the obtained samples with coatings using human osteoblast-like cells in vitro. 5) Analyze the results obtained and identify the most promising approaches for regulating biocorrosion of implants made of biodegradable magnesium alloys The work was carried out in cooperation with the scientific center of the RC "Physical Methods of Surface Research" and the MRC in the direction of "Nanotechnology" of St. Petersburg State University, where the research was conducted. Together with the Scientific Research Laboratory Coatings, Materials and Technologies for Lithium Current Sources at SPbPU, work was carried out to prepare samples for coating. On the basis of the Nanobiotechnology Research Complex of the Institute of Biomedical Systems and Biotechnologies, part of the immersion tests for biocorrosion took place. The data of the research results obtained by ellipsometry, X-ray reflectometry (XR), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), atomic force microscopy (AFM) and immersion tests for biocorrosion were processed. Analysis of the results of the study of adhesion and viability of osteosarcoma cells. The analysis was performed using statistical analysis using MS Exel and Origin 8.0 software. As a result of the work done, the following conclusions were drawn: 1. Approaches have been developed for applying multilayer and mixed Al2O3-TiO2 (ATO) oxide coatings with a thickness of 40 nm by atomic layer deposition (ALD) on the surface of a biodegradable magnesium alloy MA2-1hr. 2. The results of coating studies using a set of modern methods have confirmed the possibility of regulating the architecture, thickness and composition of coatings. 3. The study of the anticorrosive properties of coated samples in an SBF solution that mimics the physiological environment of a living organism has shown the effectiveness of applying multilayer coatings and coatings of mixed composition in comparison with simple oxides. Coated samples reduce the rate of biocorrosion by at least 2 times for 14 days. 4. An in vitro biocompatibility study has shown that ATO and Al2O3 coatings promote the adhesion and spreading of osteoblast-like cells, while maintaining metabolic activity.