Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю
The aim of the research is the development of compositions and technology for obtaining bioactive glass-ceramic calcium phosphate-silicate coatings on titanium for dental prosthetics, to find the relationship between the structural parameters of the calcium phosphate-silicate coatings surface on tit...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/546 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543919936897024 |
|---|---|
| author | Savvova, O. V. Fesenko, O. I. Voronov, H. K. Karbazin, M. V. |
| author_facet | Savvova, O. V. Fesenko, O. I. Voronov, H. K. Karbazin, M. V. |
| author_sort | Savvova, O. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:32Z |
| description | The aim of the research is the development of compositions and technology for obtaining bioactive glass-ceramic calcium phosphate-silicate coatings on titanium for dental prosthetics, to find the relationship between the structural parameters of the calcium phosphate-silicate coatings surface on titanium with their bioactivity.The structure of the material was studied by means of petrographic analysis (microscope Mi-2e) and X-ray phase analysis (DRON-3M). Solubility and bioactivity of coatings were evaluated in solutions: distilled water (GOST R 31576-2012), SBF (ISO 23317:2012), 10 % albumin solution. The surface free energy was determined by the Owens-Wendet-Rebel-Kaebel method. The surface microrelief of the coatings was assessed by the mean arithmetic deviation of the profile Ra (Surtronic 3+ profilometer). The surface layer structure was investigated by X-ray fluorescence (SPRUT spectrometer-analyzer) and X-ray spectral (PEM Tesla 3 LMU + oxygen spectrometer Oxford X-max 80 mm) methods. The behavior of stem cells on the coatings surface was investigated by fluorescence microscopy (Carl Zeiss Axio Observer Z1).Criteria were selected of model glass synthesis and the model glasses were melted. Glass-ceramic coatings for titanium were applied by slip technology and synthesized under conditions of short-term low-temperature heat treatment. It has been found that the model glasses, after heat treatment, are characterized by behaviour of a volumetric fine-disperced (crystals ? 1 ?m) crystallization of calcium phosphate - HAP and FAP (? ? 24?44 % by volume). The possibility of spontaneous adsorption of proteins on the coatings surface has been confirmed due to the provision of coating parameters: SEM ? 65 mJ/m2, Ra ? 3.5 ?m and the presence of through pores with a diameter of 10?100 ?m.The changes in the structure and composition of the coatings surface after ageing in SBF have been studied for 1 month period. It has been found that the provision for these model glasses of a set of indicators, namely: solubility in distilled water (30 days) - 0.89 wt. %; ion yield of Ca2+ is 0.26 wt. % and groups [PO4]3–-0.162 wt. %, pH ~ 7.3, is sufficient for the formation of precursors of hydroxyapatite on the coatings surface in vitro. Gradual displacement (build-up) of the coatings surface layers (due to the dissolution of the coating and deposition of the SBF components) was found within the boundaries up to 6.7 ?m and the apatite-like layer was formed in 28 days of soaking. These structural and chemical transformations of the surface of glass-ceramic coating form a durable apatite-like layer for 35 days period under in vitro conditions. The formation of this layer creates conditions for increasing the area of mesenchymal stem cell spacing on the coatings surface and allows their use in the creation of bioengineering design with stem cells (in vivo). |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:58Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-546 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:33:58Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5462022-06-29T10:02:32Z Relationship of structural parameters of surface of calcium phosphate silicate coatings on titanium alloys with their biological activity Взаимосвязь структурных параметров поверхности кальцийфосфатосиликатных покрытий на сплавах титана с их биологической активностью Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю Savvova, O. V. Fesenko, O. I. Voronov, H. K. Karbazin, M. V. surface calcium phosphate silicate coatings structural parameters apatite-like layer поверхность кальцийфосфатосиликатные покрытия структурные параметры апатитоподобный слой поверхня кальційфосфатосилікатні покриття структурні параметри апатитоподібний шар The aim of the research is the development of compositions and technology for obtaining bioactive glass-ceramic calcium phosphate-silicate coatings on titanium for dental prosthetics, to find the relationship between the structural parameters of the calcium phosphate-silicate coatings surface on titanium with their bioactivity.The structure of the material was studied by means of petrographic analysis (microscope Mi-2e) and X-ray phase analysis (DRON-3M). Solubility and bioactivity of coatings were evaluated in solutions: distilled water (GOST R 31576-2012), SBF (ISO 23317:2012), 10 % albumin solution. The surface free energy was determined by the Owens-Wendet-Rebel-Kaebel method. The surface microrelief of the coatings was assessed by the mean arithmetic deviation of the profile Ra (Surtronic 3+ profilometer). The surface layer structure was investigated by X-ray fluorescence (SPRUT spectrometer-analyzer) and X-ray spectral (PEM Tesla 3 LMU + oxygen spectrometer Oxford X-max 80 mm) methods. The behavior of stem cells on the coatings surface was investigated by fluorescence microscopy (Carl Zeiss Axio Observer Z1).Criteria were selected of model glass synthesis and the model glasses were melted. Glass-ceramic coatings for titanium were applied by slip technology and synthesized under conditions of short-term low-temperature heat treatment. It has been found that the model glasses, after heat treatment, are characterized by behaviour of a volumetric fine-disperced (crystals ? 1 ?m) crystallization of calcium phosphate - HAP and FAP (? ? 24?44 % by volume). The possibility of spontaneous adsorption of proteins on the coatings surface has been confirmed due to the provision of coating parameters: SEM ? 65 mJ/m2, Ra ? 3.5 ?m and the presence of through pores with a diameter of 10?100 ?m.The changes in the structure and composition of the coatings surface after ageing in SBF have been studied for 1 month period. It has been found that the provision for these model glasses of a set of indicators, namely: solubility in distilled water (30 days) - 0.89 wt. %; ion yield of Ca2+ is 0.26 wt. % and groups [PO4]3–-0.162 wt. %, pH ~ 7.3, is sufficient for the formation of precursors of hydroxyapatite on the coatings surface in vitro. Gradual displacement (build-up) of the coatings surface layers (due to the dissolution of the coating and deposition of the SBF components) was found within the boundaries up to 6.7 ?m and the apatite-like layer was formed in 28 days of soaking. These structural and chemical transformations of the surface of glass-ceramic coating form a durable apatite-like layer for 35 days period under in vitro conditions. The formation of this layer creates conditions for increasing the area of mesenchymal stem cell spacing on the coatings surface and allows their use in the creation of bioengineering design with stem cells (in vivo). Целью данной работы является установление взаимосвязи структурных параметров поверхности кальцийфосфатосиликатных покрытий на сплавах титана с их биоактивностью.Структуру материала изучали с помощью петрографического (микроскоп Ми-2е) и рентгенофазового (ДРОН-3М) методов анализа. Растворимость и биоактивность покрытий оценивали в дистиллированной воде (ГОСТ Р 31576-2012) и растворах: МРО (ISO 23317:2012) и 10 % растворе альбумина. Свободную энергию поверхности определяли методом Оуэнса–Вендета–Ребела–Каэблэ. Микрорельеф поверхности покрытий оценивали по среднему арифметическому отклонению профиля Ra (Surtronic 3+ profilometer). Структуру поверхностного слоя исследовали рентгенофлуоресцентным (спектрометр-анализатор «СПРУТ») и рентгеноспектральным (сканирующий электронный микроскоп РЕМ Tesla 3 LMU и энергодисперсионный спектрометр Oxford X-max 80 mm) методами. Поведение стволовых клеток на поверхности покрытий оценивали методом флуоресцентной микроскопии (Carl Zeiss Axio Observer Z1).Выбраны критерии получения биосовместимых стеклокристаллических покрытий по титану и сварено исходные модельные стекла. По шликерной технологии нанесения в условиях кратковременной низкотемпературной термической обработки синтезированы стеклокристаллические покрытия по титану. Установлено что модельные стекла, после термообработки, характеризуются протеканием объёмной тонкодисперсной (кристаллы размером меньше 1 мкм) кристаллизации фосфатов кальция – ГАП и ФАП (? ? 24?44 об. %). Подтверждена возможность самопроизвольной адсорбция протеинов на поверхности покрытий благодаря обеспечению параметров покрытия: СЭП ? 65 мДж/м2, Ra ? 3.5 мкм и наличию сквозных пор диаметром 10?100 мкм.Исследовано изменения структуры и состава поверхности покрытий после выдержки в МРО в течение 1 месяца. Установлено, что обеспечение для данных модельных стёкол комплекса показателей, а именно: растворимость в дистиллированной воде (30 дней) – 0.89 мас. %; выход ионов Ca2+ – 0.26 мас. % и групп [РO4]3– – 0.162 мас. %, рН ~ 7.3, является достаточным для формирования прекурсоров гидроксиапатита на поверхности покрытий in vitro. Установлено постепенное смещение (нарастание) поверхностных слоёв покрытия (за счёт растворения покрытия и осаждения компонентов МРО) в границах до 6.7 мкм и формирование апатитоподобного слоя за 28 дней выдержки. Указанные структурные и химические преобразования поверхности стеклокристаллического покрытия позволят сформировать прочный апатитоподобный слой в течение 35 дней в условиях in vitro. Образование данного слоя создаёт условия для увеличения площади распластывания мезенхимальных стволовых клеток на поверхности покрытий и даёт возможность их использования при создании биоинженерных конструкций со стволовыми клетками (in vivo). Метою даної роботи є встановлення взаємозв’язку структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їх біоактивністю.Структуру матеріалу вивчали за допомогою петрографічного (мікроскоп Мі-2е) та рентгенофазового (ДРОН-3М) методів аналізу. Розчинність та біоактивність покриттів оцінювали в дистильованій воді (ГОСТ Р 31576-2012) та розчинах: модельній рідині організму (МРО) (ISO 23317:2012) і 10 % розчині альбуміну. Вільну енергію поверхні визначали методом Оуенса-Вендета-Ребел-Каебле. Мікрорельєф поверхні покриттів оцінювали за середнім арифметичним відхиленням профілю Ra (Surtronic 3+ profilometer). Структуру поверхневого шару досліджували рентгенофлуоресцентним (спектрометр-аналізатор «СПРУТ») і рентгеноспектральним (скануючий електронний мікроскоп РЕМ Tesla 3 LMU та енергодисперсійний спектрометр Oxford X-max 80 mm) методами. Поведінку стовбурових клітин на поверхні покриттів оцінювали методом флуоресцентної мікроскопії (Carl Zeiss Axio Observer Z1).Обрано критерії одержання біосумісних склокристалічних покриттів по титану та зварено вихідні модельні стекла. За шлікерною технологією нанесення в умовах короткотривалої низькотемпературної термічної обробки синтезовано склокристалічні покриття по титану. Встановлено, що модельні стекла, після термообробки, характеризуються перебігом об’ємної тонкодисперсної (кристали розміром менше 1 мкм) кристалізації фосфатів кальцію – ГАП і ФАП (? ? 24?44 об. %). Підтверджено можливість мимовільної адсорбції протеїнів на поверхні покриттів завдяки забезпеченню параметрів покриття: ВЕП ? 65 мДж/м2, Ra ? 3.5 мкм і наявності наскрізних пор діаметром 10?100 мкм.Досліджено зміни структури і складу поверхні покриттів після витримки в МРО впродовж 1 місяця. Встановлено що забезпечення для даних модельних стекол комплексу показників, а саме: розчинність в дистильованій воді (30 днів) – 0.89 мас. %; вихід іонів Ca2+ – 0.26 мас. % та груп [РO4]3––0.162 мас. %, рН ~ 7.3, є достатнім для формування прекурсорів гідроксиапатиту на поверхні покриттів in vitro. Встановлено поступове зміщення (наростання) поверхневих шарів покриття (за рахунок розчинення покриття і осадження компонентів МРО) в межах до 6.7 мкм і формування апатитоподібного шару за 28 днів витримки. Зазначені структурні та хімічні перетворення поверхні склокристалічного покриття дозволять сформувати міцний апатитоподібний шар протягом 35 днів в умовах in vitro. Утворення даного шару створює умови для збільшення площі розпластування мезенхімальних стовбурових клітин на поверхні покриттів і дає можливість їх використання при створенні біоінженерних конструкцій зі стовбуровими клітинами (in vivo). Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-05-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/546 10.15407/hftp11.02.261 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 2 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 261-273 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 2 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 261-273 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 2 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 261-273 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.02 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/546/549 Copyright (c) 2020 O. V. Savvova, O. I. Fesenko, H. K. Voronov, M. V. Karbazin |
| spellingShingle | поверхня кальційфосфатосилікатні покриття структурні параметри апатитоподібний шар Savvova, O. V. Fesenko, O. I. Voronov, H. K. Karbazin, M. V. Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| title | Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| title_alt | Relationship of structural parameters of surface of calcium phosphate silicate coatings on titanium alloys with their biological activity Взаимосвязь структурных параметров поверхности кальцийфосфатосиликатных покрытий на сплавах титана с их биологической активностью |
| title_full | Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| title_fullStr | Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| title_full_unstemmed | Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| title_short | Взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| title_sort | взаємозв’язок структурних параметрів поверхні кальційфосфатосилікатних покриттів на сплавах титану з їхньою біологічною активністю |
| topic | поверхня кальційфосфатосилікатні покриття структурні параметри апатитоподібний шар |
| topic_facet | surface calcium phosphate silicate coatings structural parameters apatite-like layer поверхность кальцийфосфатосиликатные покрытия структурные параметры апатитоподобный слой поверхня кальційфосфатосилікатні покриття структурні параметри апатитоподібний шар |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/546 |
| work_keys_str_mv | AT savvovaov relationshipofstructuralparametersofsurfaceofcalciumphosphatesilicatecoatingsontitaniumalloyswiththeirbiologicalactivity AT fesenkooi relationshipofstructuralparametersofsurfaceofcalciumphosphatesilicatecoatingsontitaniumalloyswiththeirbiologicalactivity AT voronovhk relationshipofstructuralparametersofsurfaceofcalciumphosphatesilicatecoatingsontitaniumalloyswiththeirbiologicalactivity AT karbazinmv relationshipofstructuralparametersofsurfaceofcalciumphosphatesilicatecoatingsontitaniumalloyswiththeirbiologicalactivity AT savvovaov vzaimosvâzʹstrukturnyhparametrovpoverhnostikalʹcijfosfatosilikatnyhpokrytijnasplavahtitanasihbiologičeskojaktivnostʹû AT fesenkooi vzaimosvâzʹstrukturnyhparametrovpoverhnostikalʹcijfosfatosilikatnyhpokrytijnasplavahtitanasihbiologičeskojaktivnostʹû AT voronovhk vzaimosvâzʹstrukturnyhparametrovpoverhnostikalʹcijfosfatosilikatnyhpokrytijnasplavahtitanasihbiologičeskojaktivnostʹû AT karbazinmv vzaimosvâzʹstrukturnyhparametrovpoverhnostikalʹcijfosfatosilikatnyhpokrytijnasplavahtitanasihbiologičeskojaktivnostʹû AT savvovaov vzaêmozvâzokstrukturnihparametrívpoverhníkalʹcíjfosfatosilíkatnihpokrittívnasplavahtitanuzíhnʹoûbíologíčnoûaktivnístû AT fesenkooi vzaêmozvâzokstrukturnihparametrívpoverhníkalʹcíjfosfatosilíkatnihpokrittívnasplavahtitanuzíhnʹoûbíologíčnoûaktivnístû AT voronovhk vzaêmozvâzokstrukturnihparametrívpoverhníkalʹcíjfosfatosilíkatnihpokrittívnasplavahtitanuzíhnʹoûbíologíčnoûaktivnístû AT karbazinmv vzaêmozvâzokstrukturnihparametrívpoverhníkalʹcíjfosfatosilíkatnihpokrittívnasplavahtitanuzíhnʹoûbíologíčnoûaktivnístû |