Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия:

Е. С. Лютова, доцент кафедры неорганической химии, Химический факультет, канд. техн. наук, эл. почта: lyutova.tsu@mail.ru
Л. П. Борило, профессор кафедры неорганической химии, Химический факультет, докт. техн. наук

Золь-гель методом из спиртовых растворов синтезированы биоактивные композиционные тонкопленочные материалы на основе системы SiO₂ – P₂O₅ – СаO – TiO₂. На стадии золя методом вытягивания на оксидной поверхности титана (технически чистый титан марки ВТ1-0 с оксидным покрытием) из пленкообразующего раствора получена пленка. Равномерные пленки на титане с оксидным покрытием получаются на 5-е сут после приготовления спиртового раствора на основе ортофосфорной кислоты, тетрабутоксититана, тетраэтоксисилана, нитрата кальция. Проведено комплексное исследование влияния пленочного покрытия на свойства биоактивных тонкопленочных композиционных материалов на основе системы SiO2 – P₂O₅ – СаO – TiO₂, полученных на титане с оксидным покрытием в качестве подложки. Установлены стадии формирования композитов (стадия 1: до 400 ^oC — удаление воды; стадия 2: от 400 до 600 ^oC — сгорание спирта, разложение нитратов и сгорание продуктов термоокислительной деструкции этоксигрупп; стадия 3: от 600 до 1000 ^oC — кристаллизация образца). Установлено, что при 600 ^oC образцы аморфны и необходимо увеличение температуры до 800 ^oC. Материалы, отожженные при 800 ^oC, имеют кристаллическую структуру. Получены фазы CaSiO₃, анатаза TiO₂, Ca₃(PO₄)₂, Ca₅(PO₄)_2,85(SiO₄)_0,15O. Определены условия термообработки образцов: сушка при 60 ^oC, отжиг при 800 ^оС — 1 ч. Преобладающими центрами на поверхности синтезированных композитов являются льюисовские основные центры (Ti/Si – O). При получении пленки на титане с оксидным покрытием происходит усиление рельефа и увеличение критической нагрузки до 2,28 Н. Исследуемые композиты обладают способностью образовывать апатитоподобный слой на поверхности. Скорость его возникновения больше на титане с оксидным покрытием и пленкой, чем на титане с оксидным покрытием без пленки. Полученные композиты могут быть рекомендованы для дальнейшего изучения биологических свойств.

Исследование выполнено при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030). 

1. Jeong J., Kim J. H., Shim J. H., Hwang N. S. et al. Bioactive calcium phosphate materials and applications in bone regeneration // Biomaterials Research. 2019. Vol. 23, No. 1. P. 1–11.
2. Yilmaz E., Soylak M. Functionalized nanomaterials for sample preparation methods // Handbook of Nanomaterials in Analytical Chemistry. 2020. P. 375–413.
3. Munir K., Lin J., Wen C., Wright P. F. A. et al. Mechanical, corrosion, and biocompatibility properties of Mg – Zr – Sr – Sc alloys for biodegradable implant applications // Acta Biomater. 2020. Vol. 102. Р. 493–507.
4. Li X., Wang M., Deng Y., Xiao Y. et al. Fabrication and properties of Ca – P bioceramic spherical granules with interconnected porous structure // ACS Biomat. Sc. Eng. 2017. Vol. 3, No. 8. P. 1557–1566.
5. Desai S., Bidanda B., Bartolo P. J. Emerging trends in the applications of metallic and ceramic biomaterials // Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine. — New York, USA, 2021. P. 1–17. DOI: 10.1007/978-3-030-35876-1_1.
6. Rodrigues L. Jr., Tronco M., Escobar C., Rocha A. et al. Painting method for hydroxyapatite coating on titanium
subs trate // Ceramics Internation. 2019. Vol. 45. P. 14806–14815.
7. Harun W., Asri R., Alias J., Zulkifli F. et al. A comprehensive review of hydroxyapatite-based coatings adhesion on metallic biomaterials // Ceramics Internation. 2018. Vol. 44. P. 1250–1268.
8. Rahmani F., Es-Haghi A., Milani Hoseini S.M.R., Mollahosseini A. Preparation and characterization of a novel nanocomposite coating based on sol-gel titania/hydroxyapatite for solid-phase microextraction // Journal of microchemical. 2019. Vol. 145. P. 942–950.
9. Stango S. X., Vijayalakshmi U. Synthesis and characterization of hydroxyapatite/carboxylic acid functionalized MWCNTS composites and its triple layer coatings for biomedical applications // Ceramics Internation. 2019. Vol. 45. P. 69–81.
10. Phatai P., Futalan C., Kamonwannasit S., Khemthong P. Structural characterization and antibacterial activity of hydroxyapatite synthesized via sol-gel method using glutinous rice as a template // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2019. Vol. 89. P. 764–775.
11. Kokubo T. Solutions able to reproduce in vivo surface – structure changes in bioactive glass — ceramic // Biomaterials. 1990. Vol. 24. P. 721–734.
12. Борило Л. П., Петровская Т. С., Лютова Е. С., Спивакова Л. Н. Синтез и физико-химические свойства тонкопленочных и дисперсных функциональных силикофосфатных материалов // Известия Томского политехнического университета. Химия. 2011. Т. 319, № 3. С. 41–47.
13. Шабанова Н. А., Саркисов П. Д. Основы золь-гель технологии нанодисперсного кремнезема. — М. : Академкнига, 2004. — 207 с.
14. Borilo L. P., Lyutova E. S. The properties of materials based on the system SiO₂ – СaО – P₂O₅ – TiO₂ obtained by the sol-gel method // Glass and ceramics. 2017. No. 9. Р. 39–44.
15. Екимова И. А., Минакова Т. С. Кислотно-основные и адсорбционные свойства поверхности оксидов и фторидов щелочноземельных металлов и магния // Ползуновский вестник. 2013. № 1. С. 67–71.
16. Гнеденков С. В., Шаркеев Ю. П. Формирование и свойства биоактивных покрытий на титане // Перспективные материалы. 2011. № 2. С. 82–86.
17. Hench L. L., Roki N., Fenn M. B. Bioactive glasses: Importance of structure and properties in bone regeneration // Journal of Molecular Structure. 2014. Р. 24–30.