ОТЧЕТ о научно-исследовательской работе по теме СОЗДАНИЕ БИОАКТИВНОГО И БАКТЕРИЦИДНОГО ПОРИСТОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ TiO2, ЛЕГИРОВАННОГО БИОАКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ И ДЕКОРИРОВАННОГО БАКТЕРИЦИДНЫМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ заключительный

Бактериальная инфекция, возникающая при установке имплантатов, является причиной их отторжения и создает риски для здоровья пациента. В рамках первого года реализации проекта была проведена разработка эффективной и надежной технологии модификации поверхности металлических имплантатов. Были созданы TiO2 покрытия за счет применения особой технологии плазменного электролитического оксидирования с использованием импульсного биполярного источника питания и генератора ультразвуковых волн. При выполнении работы была проведена оптимизация процесса получения TiO2 покрытия и изучено влияние каждого из параметров процесса на структуру, состав и морфологию поверхности покрытия. Показано, что знание вклада каждого из параметров режима в процесс формирования покрытия позволяет прогнозировать требуемую структуру и состав покрытия с необходимым размером, формой, распределением пор и концентрацией биоактивных компонентов в слое. Было показано, что изменение размера, распределения пор, структуры оксида и количества Ca и P в составе слоя позволяет управлять биоактивностью материала. В рамках проекта установлено, что за биоактивность материала комплексно отвечает фазовый, элементный состав, а также морфология поверхности TiO2 слоя. Остеогенные характеристики материала были усилены за счет введения в его состав через электролит нового биоактивного компонента - бора. В рамках проекта было установлено влияние добавок Si и B на структуру, состав и морфологию TiO2 покрытия. Антибактериальные характеристики материала возможно обеспечить за счет декорирования поверхности TiO2 слоя наночастицами металлов, которые усилят фотокаталитическую активность материала и обеспечат генерацию активных форм кислорода. С этой целью в рамках первого этапа реализации проекта было проведено декорирования поверхности наночстицами Cu, Fe, Zn, Ag и Pt. Было показано, что размером и распределением наночастиц на поверхности покрытий можно управлять через изменение параметров имплантации. В работе показано, что размер и количество наночастиц на поверхности зависят от типа имплантированого металла и давления его насыщенных паров. Изменение размера, количества и комбинации частиц металлов на поверхности TiO2 слоя позволит регулировать антибактериальную активность материала. Таким образом, по итогу первого года реализации проекта был оптимизирован процесс получения покрытия, созданы материалы с повышенными биоактивными свойствами и успешно сформированы наночастицами металлов Cu, Fe, Zn, Ag и Pt на поверхности покрытий. Антибактериальные свойства материала можно обеспечить действием ионов бактерицидных металлов или реактивных форм кислорода, количество которых зависит от каталитических свойств материала под действием света. На втором этапе реализации проекта были исследованы состав и структура имплантированного слоя и наночастиц Pt, Ag, Fe, Сu и Zn на поверхности покрытий ПЭО TiO2(Ca,P), а также изучены их каталитические свойства под действием ультрафиолетового и видимого света. Определены концентрации имплантированных металлов в поверхностном слое и изучена кинетика выхода их ионов с поверхности. В рамках проекта методом ионной имплантации были получены покрытия ПЭО TiO2(Ca,P) с двойной имплантацией разнородных металлов Ag+Fe и Pt+Cu. Установлены зависимости размера и распределения частиц на поверхности от параметров ионной имплантации и найдены оптимальные параметры имплантации. В работе было продемонстрировано, что наночастицы на поверхности обеспечивают разницу потенциалов по отношению к покрытию ПЭО TiO2(Ca,P), позволяют изменять коэффициент отражения поверхности и увеличивают каталитическую активность ПЭО TiO2(Ca,P) покрытия под действием ультрафилетового света. В рамках работы было впервые показано, что создание наночастиц серебра на поверхности TiO2 покрытий обеспечивает их каталитические свойства под действием видимого света. Продемонстрировано, что покрытия с наночастицами платины и серебра способны генерировать высокое количество реактивных форм кислорода. По результатам работы было впервые показано, что антибактериальное действие ПЭО TiO2(Ca,P) покрытий с наночастицами Ag обусловлено комбинированным действием реактивных форм кислорода и бактерицидных ионов, покрытий с наночастицами Pt действием реактивных форм кислорода, а покрытий с наночастицами Cu исключительно действием бактерицидных ионов. Было показано, что покрытия биосовместимы и обладают биактивностью, установлены зависимости выхода ионов Ca, P, а также охарактеризован состав фаз, которые образуют эти элементы на поверхности при выдержке в растворе, имитирующем внутреннюю среду человека.