Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия

А. С. Гнеденков, ведущий научный сотрудник, профессор РАН, докт. хим. наук, эл. почта: asg17@mail.com
С. Л. Синебрюхов, заместитель директора по научной работе, член-корреспондент РАН, докт. хим. наук, доцент, эл. почта: sls@ich.dvo.ru
В. С. Филонина, младший научный сотрудник, эл. почта: filonina.vs@gmail.com
С. В. Гнеденков, директор, член-корреспондент РАН, докт. хим. наук, профессор, эл. почта: svg21@hotmail.com

Проведены исследования, направленные на разработку способа модификации поверхности биорезорбируемого магниевого сплава системы Mg – Mn – Ce посредством формирования ингибитор- и полимерсодержащих покрытий нового типа в целях снижения интенсивности его коррозионной деградации и возможности его последующего пролонгированного практического использования в сфере имплантационной хирургии. С использованием метода плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) на поверхности материала сформировано биоактивное кальцийфосфатное покрытие с развитой поверхностью. На примере стеариновой кислоты (СК) подобран и оптимизирован способ импрегнирования ПЭО-слоя ингибитором коррозии в целях обеспечения снижения электрохимической активности обрабатываемого материала. Разработан способ улучшения антикоррозионных свойств и снижения вероятности самопроизвольного выхода ингибитора из пор покрытия путем обработки сформированного ингибиторсодержащего композиционного слоя биоразлагаемым полимером — поликапролактоном (ПКЛ). Предложены способы форми рования гибридных покрытий последовательной импрег нацией базового ПЭО-слоя СК и ПКЛ (ГП-2СП), а также одностадийным нанесением ПКЛ и СК из раствора на основе дихлорметана (ГП-1СП). Методами рентгенофазового анализа и энергодисперсионной спектроскопии установлен состав сформированных защитных слоев и подтверждено присут ствие СК и ПКЛ в составе покрытий. Проведены электро химические испытания в условиях in vitro в физиологическом растворе, наиболее близком плазме человеческой крови по ионному составу. Установлено, что среди исследуемых образцов наилучшими защитными свойствами обладают гибридные покрытия, полученные двухступенчатым нанесением ингибитора и полимера (ГП-2СП). Эффективность действия ингибитора в составе такого антикоррозионного покрытия составила 99,3 %.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 20-13-00130).

1. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Filonina V. S., Egorkin V. S. et al. The detailed corrosion performance of bioresorbable Mg – 0.8Ca alloy in physiological solutions // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. Vol. 10, No. 5. P. 1326–1350.
2. Киселевский М. В., Анисимова Н. Ю., Полоцкий Б. Е., Мартыненко Н. С. и др. Биоразлагаемые магниевые сплавы — перспективные материалы медицинского назначения (обзор) // Современные технологии в медицине. 2019. Т. 11, № 3. С. 146–157.
3. Волков Д. А., Леонов А. А., Мухина И. Ю., Уридия З. П. Потенциал применения биоразлагаемых магниевых сплавов (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 3. С. 35–43.

4. Хлусов И. А., Митриченко Д. В., Просолов А. Б., Николаева О. О. и др. Краткий обзор биомедицинских свойств и применения магниевых сплавов для биоинженерии костной ткани // Бюллетень сибирской медицины. 2019. Т. 18, № 2. С. 274–286.
5. Дробышев А. Ю., Редько Н. А., Комиссаров А. А., Гурганчова З. М. Биодеградируемые конструкции на основе сплавов магния: разработка и перспективы применения // Перспективные материалы конструкционного и функционального назначениния : сборник научных трудов Международной научно-технической молодежной конференции. Под ред. С. П. Буяковой. 2022. С. 257–260.
6. Фролова Т. С., Бойков А. А., Таркова А. Р., Орищенко К. Е. и др. Исследование цитотоксического эффекта магниевых сплавов на клеточные культуры // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2019. Т. 23, № 3. С. 22–29.

7. Mei D., Lamaka S. V., Gonzalez J., Feyerabend F. et al. The role of individual components of simulated body fluid on the corrosion behavior of commercially pure Mg // Corrosion Science. 2019. Vol. 147. P. 81–93.
8. Chen L., Guo C., Blawert C., Yang J. et al. Evaluation of the biodegradation product layer on Mg – 1Zn alloy during dynamical strain // Journal of Magnesium and Alloys. 2021. Vol. 9, No. 5. P. 1820–1833.
9. Chatterjee S., Saxena M., Padmanabhan D., Jayachandra M., Pandya H. J. Futuristic medical implants using bioresorbable materials and devices // Biosensors and Bioelectronics. 2019. Vol. 142. 111489.
10. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Filonina V. S., Gnedenkov S. V. Hydroxyapatite-containing PEO-coating design for biodegradable Mg – 0.8Ca alloy: Formation and corrosion behaviour // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. DOI: 10.1016/j.jma.2022.12.002
11. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Filonina V. S., Ustinov A. Y. et al. New Polycaprolactone-Containing Self-Healing Coating Design for Enhance Corrosion Resistance of the Magnesium and Its Alloys // Polymers. 2023. Vol. 15, No. 1. 202.
12. Gnedenkov A. S., Filonina V. S., Sinebryukhov S. L., Gnedenkov S. V. A Superior Corrosion Protection of Mg Alloy via Smart Nontoxic Hybrid Inhibitor-Containing Coatings // Molecules. 2023. Vol. 28, No. 6. 2538.
13. Santos-Coquillat A., Esteban-Lucia M., Martinez-Campos E., Mohedano M. et al. PEO coatings design for Mg – Ca alloy for cardiovascular stent and bone regeneration applications // Materials Science and Engineering: C. 2019. Vol. 105. 110026.
14. Fattah-alhosseini A., Molaei M., Nouri M., Babaei K. Antibacterial activity of bioceramic coatings on Mg and its alloys created by plasma electrolytic oxidation (PEO): A review // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. Vol. 10, No. 1. P. 81–96.
15. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Imshinetskiy I. M. et al. Effect of Microstructure on the Corrosion Resistance of TIG Welded 1579 Alloy // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2019. Vol. 12, No. 16. 2615. DOI: 10.3390/ma12162615
16. Vaghefinazari B., Lamaka S. V., Blawert C., Serdechnova M. et al. Exploring the corrosion inhibition mechanism of 8-hydroxyquinoline for a PEO-coated magnesium alloy // Corrosion Science. 2022. Vol. 203. 110344.
17. Chirkunov A. A., Rakoch A. G., Monakhova E. V., Gladkova A. A. et al. Corrosion protection of magnesium alloy by PEOcoatings containing sodium oleate // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2019. Vol. 8, No. 4. P. 1170–1188.
18. Petrova E., Serdechnova M., Shulha T., Lamaka S. V. et al. Use of synergistic mixture of chelating agents for in situ LDH growth on the surface of PEO-treated AZ91 // Scientific Reports. 2020. Vol. 10, No. 1. 8645.
19. Maki Y., Kashiwagi S., Kimizuka Y. Laser vaccine adjuvants: Light-augmented immune responses // Vaccine. 2021. Vol. 39, No. 46. P. 6805–6812.
20. Feng Y., Chen S., Frank Cheng Y. Stearic acid modified zincn ano-coatings with superhydrophobicity and enhanced antifouling performance // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 340. P. 55–65.
21. Liu X., Zhang T. C., He H., Ouyang L., Yuan S. A stearic Acid/CeO₂ bilayer coating on AZ31B magnesium alloy with superhydrophobic and self-cleaning properties for corrosion inhibition // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 834. 155210.
22. Hu C., Xie X., Ren K. A facile method to prepare stearic acid-TiO₂/zinc composite coating with multipronged robustness, selfcleaning property, and corrosion resistance // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 882. 160636.
23. Shi S. C., Peng Y. Q. Preparation and tribological studies of stearic acid-modified biopolymer coating // Progress in Organic Coatings. 2020. Vol. 138. 105304.
24. Khalifeh S., Burleigh T. D. Super-hydrophobic stearic acid layer formed on anodized high purified magnesium for improving corrosion resistance of bioabsorbable implants // Journal of Magnesium and Alloys. 2018. Vol. 6, No. 4. P. 327–336.
25. Zhang Q., Wan Y., Li Y., Yang S., Yao W. Friction reducing behavior of stearic acid film on a textured aluminum substrate // Applied Surface Science. 2013. Vol. 280. P. 545–549.
26. Zhang L., Mohammed E. A. A., Adriaens A. Synthesis and electrochemical behavior of a magnesium fluoride-polydopaminestearic acid composite coating on AZ31 magnesium alloy // Surface and Coatings Technology. 2016. Vol. 307. P. 56–64.
27. Dhanasekaran N. P. D., Muthuvelu K. S., Arumugasamy S. K. Recent advancement in biomedical applications of polycaprolactone and polycaprolactone-based materials // Encyclopedia of Materials: Plastics and Polymers. 2022. P. 795–809.
28. Lykins W. R., Bernards D. A., Schlesinger E. B., Wisniewski K., Desai T. A. Tuning polycaprolactone degradation for long acting implantables // Polymer. 2022. Vol. 262. 125473.
29. Cao F., Shi Z., Song G. L., Liu M., Atrens A. Corrosion behaviour in salt spray and in 3.5% NaCl solution saturated with Mg(OH)₂ of as-cast and solution heat-treated binary Mg–X alloys: X=Mn, Sn, Ca, Zn, Al, Zr, Si, Sr // Corrosion Science. 2013. Vol. 76. P. 60–97.
30. Sezer N., Evis Z., Kayhan S. M., Tahmasebifar A., Koç M. Review of magnesium-based biomaterials and their applications // Journal of Magnesium and Alloys. 2018. Vol. 6, No. 1. P. 23–43.
31. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Filonina V. S., Plekhova N. G., Gnedenkov S. V. Smart composite antibacterial coatings with active corrosion protection of magnesium alloys // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. Vol. 10, No. 12. P. 3589–3611.