Nghiên cứu chế tạo các lớp phủ hydroxyapatit có khả năng tương thích sinh học trên nền vật liệu titan bằng phương pháp sol gel

F BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGÔ THỊ ÁNH TUYẾT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC LỚP PHỦ HYDROXYAPATIT CĨ KHẢ NĂNG TƯƠNG THÍCH SINH HỌC TRÊN NỀN VẬT LIỆU TITAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Ngô Thị Ánh Tuyết NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC LỚP PHỦ HYDROXYAPATIT CÓ KHẢ NĂNG TƯƠNG THÍCH SINH HỌC TRÊN NỀN VẬT LIỆU TITAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 9.44.01.29 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Ngọc Phong TS Phạm Thi San Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi khơng trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các số liệu, kết luận án trung thực, chưa cơng bố tạp chí đến thời điểm ngồi cơng trình tác giả Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Ngô Thị Ánh Tuyết i LỜI CẢM ƠN! Lời với lòng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Phong TS Phạm Thi San dẫn quý báu định hướng nghiên cứu phương pháp luận tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án này! Tôi bày tỏ lời cảm ơn Viện Khoa học Vật liệu, Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất thời gian để tơi hồn thành luận án Tơi đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành đến đồng nghiệp Phòng ăn mòn bảo vệ vật liệu, Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu Comfa, Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam chia sẻ, đóng góp kinh nghiệm quý báu trợ giúp trang thiết bị để thực nghiên cứu Và xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS.Hiromoto viện Khoa học vật liệu quốc gia Nhật Bản (NIMS) hỗ trợ giúp đỡ tơi nhiều q trình thực luận án Tôi cám ơn đồng nghiệp, bạn bè – người quan tâm, động viên suốt thời gian qua! Cuối cùng, tơi xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân tơi người động viên tiếp sức cho tơi thêm nghị lực để tơi vững tâm hồn thành luận án Tác giả luận án Ngô Thị Ánh Tuyêt ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN .5 1.1 Giới thiệu vật liệu cấy ghép kim loại 1.1.1 Vật liệu kim loại phân hủy sinh học 10 1.1.2.Vật liệu kim loại vĩnh cửu sinh học 12 1.1.2.1 Thép không gỉ 13 1.1.2.2 Hợp kim Coban 14 1.1.2.3.Vật liệu titan 15 1.2 Các lớp phủ tương thích sinh học 22 1.2.1 Các loại hợp chất tương thích sinh học canxi photphat (Ca-P) 22 1.2.2 Các lớp phủ tương thích sinh học sở HA .24 1.2.2.1 Lớp phủ HA .24 1.1.2.2 Lớp phủ dẫn xuất HA 26 1.2.3 Một số phương pháp chế tạo lớp phủ tương thích sinh học sở HA 27 1.2.3.1 Phương pháp plasma 27 1.2.3.2 Phương pháp phún xạ magnetron 28 1.2.3.3 Phương pháp điện hóa 29 1.2.3.4 Phương pháp điện di 31 1.2.3.5 Phương pháp ngâm y sinh 32 1.2.3.6 Phương pháp Sol-Gel 33 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1 Thiết bị dụng cụ 38 2.2 Hóa chất vật liệu 38 2.3 Chế tạo lớp phủ HA phương pháp sol-gel .39 2.3.1 Chuẩn bị titan 39 2.3.2 Quy trình chế tạo sol HA FHA 40 2.3.2.1 Quy trình chế tạo sol HA 40 2.3.2.2 Quy trình chế tạo sol FHA 41 iii 2.3.3 Chế tạo lớp phủ HAvà FHA lên vật liệu titan 42 2.4 Phương pháp nghiên cứu đánh giá tính chất lớp phủ .42 2.4.1 Phương pháp đánh giá tính chất vật lý học 43 2.4.1.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai nhiệt trọng lượng 43 2.4.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X .43 2.4.1.3 Phương pháp đo độ nhám bề mặt (Kính hiển vi 3D) 44 2.4.1.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét phổ tán sắc lượng tia X 44 2.4.1.5 Phương pháp đo độ bền bám dính .45 2.4.2 Phương pháp điện hóa đánh giá tính chất ăn mòn 46 2.4.2.1.Hệ đo điện hóa ba điện cực cách chuẩn bị mẫu đo 46 2.4.2.2 Phương pháp đo tổng trở 47 2.4.2.3 Phương pháp đo đường cong phân cực anốt (Potentiodynamic) .48 2.4.3 Các phương pháp đánh giá khả tương thích sinh học .49 2.4.3.1 Đánh giá thử nghiệm in-vitro .49 2.4.3.2 Đánh giá thử nghiệm in- vivo động vật 50 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Nghiên cứu chế tạo lớp phủ HA phương pháp Sol-Gel 53 3.1.1 Nghiên cứu đặc tính sol .53 3.1.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng giá trị pH sol đến hình thành pha 53 3.1.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến độ nhớt sol 55 3.1.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến cấu trúc bề mặt lớp phủ 57 3.1.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến phân hủy sol HA .58 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ chế tạo đến tính chất lớp phủ HA vật liệu titan .59 3.1.2.1 Xác định chiều dày lớp phủ HA 59 3.1.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ nung đến tính chất lớp phủ HA 61 a Ảnh hưởng chế độ nung đến cấu trúc lớp phủ .62 b Ảnh hưởng chế độ nung đến thành phần pha lớp phủ 67 c Ảnh hưởng chế độ nung đến độ bền bám dính lớp phủ 69 d Ảnh hưởng chế độ nung đến khả chống ăn mòn 71 3.1.3 Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính lớp phủ HA 75 iv 3.1.3.1 Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính lớp phủ HA cách tạo lớp TiO2 trung gian 75 3.1.3.2 Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính titan xốp .86 3.1.3.3 Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính lớp FHA 87 3.2 Đánh giá khả tương thích sinh học vật liệu .92 3.2.1 Nghiên cứu in-vitro 92 3.2.1.1 Nghiên cứu hình thành màng apatit thử nghiệm in-vitro 92 3.2.1.2 Sự thay đổi thành phần dung dịch SBF sau thử nghiệm in-vitro .101 3.2.1.3.Sự hao hụt khối lượng sau thử nghiệm in-vitro 102 3.2.2 Nghiên cứu in vivo 103 3.2.2.1 Đánh giá tình trạng chỗ vết mổ 103 3.2.2.2 Các số huyết học trước sau phẫu thuật 104 3.2.2.3 Đánh giá hình ảnh đại thể vị trí ghép thỏ sau cấy ghép vật liệu kết xương .105 ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 109 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .110 TÀI LIỆU THAM KHẢO .112 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Viết tắt ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt 2 Diffraction angle Góc nhiễu xạ ba Anode taffel slope Độ dốc tafel nhánh anôt bc Cathode taffel slope Độ dốc tafel nhánh catôt BM biodegradable metal Kim loại phân hủy sinh học Ca P Calcium phosphate Canxi phốt phát CE Counter electrode Điện cực đối DCPA Mono calcium phosphate mono hydrat mono canxi phot phat mono hydrat DTA Differential thermal analysis Phân tích nhiệt vi sai E Potential Điện điện cực FHA Fluor-hydroxyapatite Florua apatit HA Hydroxyapatite Hydroxyapaptit EDS Energy dispersive X-ray Phổ tán xạ lượng tia X i Current density Mật độ dòng điện io Exchange current density Mật độ dòng điện trao đổi n Number of electrons transferred in the reaction Số điện tử tham gia phản ứng PM Permanent Metallic Kim loại vĩnh cửu RE Reference electrode Điện cực so sánh SBF Simulated body fluid Mô dịch giả thể SCE Saturated calomel electrode Điện cực calomel bão hòa SHE Standard hydrogen electrode Điện cực chuẩn hydro TCP Tricalcium phosphate Tri canxi phốt phát vi TGA Thermo-gravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng v Scan rate Tốc độ quét WE Working electrode Điện cực làm việc XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X ρ Resistivity Điện trở suất ηa Anodic over potential Quá anôt ηc Cathodic over potential Q catơt vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Vật liệu implant sử dụng thể người Hình 1.2 Hình ảnh vật liệu implant sau cấy ghép 10 Hình 1.3 Một số cấu trúc xốp điển hình hợp kim Mg .12 Hình 1.4 Hình ảnh Stent chèn vào động mạch 13 Hình 1.5 Một số hình ảnh ứng dụng Ti nha khoa …………… ……16 Hình 1.6 Hình ảnh minh họa trình cấy ghép hợp kim titan .17 Hình 1.7 Ảnh SEM số cấu trúc titan xốp: a-cấu trúc xốp mở ( cấu trúc tổ ong chiều); b-cấu trúc lỗ xốp đóng; c-cấu trúc kim cương 20 Hình 1.8 Hình ảnh xương ăn sâu vào lỗ xốp sau cấy ghép 21 Hình 1.9 Ảnh SEM mặt cắt ngang mẫu titan xốp sau cấy ghép 21 Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc tinh thể HA 25 Hình 1.11 Sơ đồ trình phủ plasma 28 Hình 1.12 Sơ đồ minh họa hệ thống phún xạ magnetron 29 Hình 1.13 Sơ đồ phương pháp anốt hóa plasma 31 Hình 1.14 Sơ đồ mơ tả q trình kết tủa phương pháp điện di .32 Hình 1.15 Sơ đồ phương pháp ngâm y sinh 32 Hình 1.16 Sơ đồ tổng hợp hydroxyapatite (HA) phương pháp sol-gel 34 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo sol HA 40 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chế tạo sol FHA .41 Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo lớp phủ HA FHA titan .42 Hình 2.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X hydroxyapatite .44 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống đo điện hóa .47 Hình 2.6 Đường cong phân cực anốt: a-đường cong phân cực anốt có thụ động bđường cong tafel 49 Hình 2.7 Thử nghiệm cấy ghép xương đùi thỏ 51 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X với thay đổi pH dung dịch 54 Hình 3.2 Ảnh hưởng pH đến hình thành HA 55 Hình 3.3 Hình thái bề mặt lớp phủ HA với pH Sol thay đổi 58 Hình 3.4 Giản đồ DTA TGA dung dịch sol HA 59 Hình 3.5 Chiều dày lớp phủ HA 61 Hình 3.6 Hình thái bề mặt lớp phủ HA Ti theo nhiệt độ nung 62 Hình 3.7 Hình thái bề mặt lớp phủ HA Ti với nhiệt độ nung 500 0C 63 Hình 3.8 Hình thái bề mặt lớp phủ HA Ti với nhiệt độ nung 800 0C 63 Hình 3.9 Hình thái bề mặt lớp phủ HA Ti với nhiệt độ nung 900 0C 64 Hình 3.10 Ảnh SEM mặt cắt ngang mẫu nung 900 0C 65 viii nên gây giảm số lượng tế bào tiểu cầu Đây phản ứng bình thường thể sau phẫu thuật can thiệp lâm sàng Các tế bào máu ngoại vi có xu hướng trở lại bình thường thời điểm sau phẫu thuật ngày hồn tồn bình thường thời điểm sau phẫu thuật tháng Kết cho thấy thể động vật tiến triển bình thường, vết thương liền, khơng có biến chứng gây viêm cấp tính kéo dài sau phẫu thuật đặt nẹp vít vào đùi thỏ 3.2.2.3 Đánh giá hình ảnh đại thể vị trí ghép thỏ sau cấy ghép vật liệu kết xương a Vật liệu nẹp vít sau tháng phẫu thuật Hình 3.49 Hình ảnh xương đùi vật liệu titan xốp cắt rời sau phẫu thuật tháng Sau tháng phẫu thuật, vật khỏe mạnh, vận động tự nhiên, ăn uống bình thường, vết thương liền tốt khơng có hình ảnh sưng nề vết mổ Tại vết mổ không thấy tượng viêm nhiễm, rò rỉ dịch hay đùn đẩy vật liệu ghép Tổ chức da vùng ghép xung quanh khơng thấy biến đổi bất thường, khơng có hạch khơng xơ hóa Khơng thấy tượng nhuộm màu vật liệu mảnh vụn vật liệu rơi vùng mô xung quanh vật liệu cấy ghép Vùng mô cấy ghép vật liệu (kể mô mô xương) sau bộc lộ sát vào vật liệu không quan sát thấy dấu hiệu bất thường Không thấy tượng xơ hố, hoại tử Khối mơ chứa vật liệu nẹp vít đàn hồi tốt, màu sắc hồng, trong, giống vùng mô xung quanh Kết phản ánh q trình liền vết thương tốt Khơng có hình ảnh viêm quanh vị trí ghép Hình ảnh đại diện vật liệu nẹp vít lấy khỏi thể thỏ thể hình 3.49 Nẹp vít titan xốp cố định tốt vào xương thỏ, không thấy viêm nhiễm quanh nẹp ốc vít với xương Đặc biệt bám chặt vào vật liệu nẹp vít, khó bóc tách thời điểm tháng sau phẫu thuật Vùng mô xương tiếp xúc trực tiếp 105 với vật liệu xung quanh vật liệu tương tự vùng mơ cơ: có màu trắng ngà, xương bám chắn vào nẹp vít, khó để tách vật liệu khỏi xương Kết cho thấy vật liệu nẹp vít có khả tương thích sinh học tốt với thể thỏ b Một số hình ảnh mọc xương thỏ sau tháng thử nghiệm in vivo Sau phẫu thuật tháng, hình ảnh vi thể cho thấy có biến đổi xương vùng tiếp xúc với nẹp vít titan: vùng thân xương mật độ tế bào xương nhiều, cốt bào vây quanh xương Hình 3.50 Ảnh hiển vi quang học qua mặt cắt ngang mẫu nẹp vít sau tháng thử nghiệm vivo Hình 3.51 Hình ảnh đại thể mẫu sau cấy ghép 106 Vùng quanh chỗ tiếp xúc có xuất nhiều tạo cốt bào, hình thành viền tế bào quanh vị trí ghép Sự xuất dày đặc tế bào tạo cốt cho thấy việc hình thành xương hay trình tái tạo ổ khuyết xảy mạnh mẽ Điều phù hợp với nghiên cứu số tác giả [56, 114] Hình ảnh mọc xương lên vật liệu nẹp vít thể hình 3.50 Nhận thấy, sau thử nghiệm in-vivo mẫu titan xốp có khơng có lớp phủ HA có mọc xương tốt Trong đó, mẫu có lớp phủ HA khả mọc xương tốt mẫu khơng có lớp phủ Trên hình 3.50 với mẫu khơng phủ HA khoảng nẹp vít ốc vít chưa có diện lớp tế bào xương Trong với mẫu phủ lớp HA, có xuất lớp xương khoảng nẹp ốc vít Trên hình 3.51 cho thấy lớp xương mọc có chiều dày đến 115 µm Để dễ dàng quan sát thấy lớp tế bào xương mọc chùm lên nẹp vít, tiến hành loại bỏ phần tế bào xương để lộ phần nẹp vít chụp theo phương thẳng đứng hình 3.51 Điều chứng tỏ có mặt lớp phủ HA titan xốp kích thích cho q trình mọc xương giúp cho việc cố định nẹp vít với mơ xương chủ cấy ghép lâu dài thể sống Tóm lại, lớp phủ HA titan có khả tương thích sinh học tốt với thể thỏ Tại vùng mô mô xương xung quanh vật liệu cấy ghép tượng viêm nhiễm, tế bào xương bám chặt vào vật liệu cấy ghép Lớp HA có khả kích thích mọc xương, kết vòng tháng cấy ghép, lớp xương mọc lên với chiều dày đến 115 µm 107 KẾT LUẬN Bằng phương pháp sol-gel sử dụng tiền chất H3PO4, lớp phủ HA titan nghiên cứu chế tạo ảnh hưởng thông số công nghệ đến tính chất lớp phủ đánh giá Một quy trình chế tạo lớp phủ HA FHA titan có khả tương thích sinh học cao đề xuất với thông số sau: pH sol 7, số lớp quét lớp, nhiệt độ nung 900 oC, thời gian nung Độ bền bám dính lớp phủ HA tiến hành nghiên cứu cải thiện cách xử lý bề mặt titan sử dụng titan xốp Với titan xử lý anốt hóa điện hóa tạo lớp phủ TiO2 trung gian, độ bền bám dính lớp phủ HA tăng đến lần với titan xốp độ bền bám dính lớp phủ tăng đến lần Một kỹ thuật khác để cải thiện tính chất lớp phủ HA cách thay đổi thành phần hóa học tạo lớp phủ FHA nghiên cứu sử dụng Kết độ bền bám dính lớp phủ FHA tăng gần lần so với lớp phủ HA đảm bảo độ ổn định hóa học khả tương thích sinh học cao Trong thử nghiệm đánh giá khả tương thích sinh học, thử nghiệm in-vitro cho thấy lớp phủ HA có khả chống ăn mòn khả tương thích sinh học tốt môi trường dịch giả thể người SBF thử nghiệm in-vivo cho thấy, lớp phủ HA kích thích mọc xương khơng gây viêm nhiễm xơ hóa mơ mơ xương Các nghiên cứu thử nghiệm cho thấy lớp phủ HA chế tạo phương pháp sol-gel có khả tương thích sinh học cao mở khả phát triển để áp dụng thực tiễn kỹ thuật chỉnh hình Việt Nam 108 ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ Đây hướng nghiên cứu ứng dụng y sinh Mặc dù có số kết khả quan, song số lượng cấy ghép hạn chế độ lặp lại chưa cao Vì để đáp ứng đòi hỏi y tế khắt khe, cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu nhằm hoàn thiện công nghệ chế tạo thử nghiệm sản phẩm loại động vật lớn với số lượng lớn độ lặp lại cao nhằm tiến tới việc thử nghiệm thể người 109 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN  Về khoa học:  Mối quan hệ thông số công nghệ tính vật liệu nghiên cứu tỷ mỉ, từ làm sáng tỏ kết nghiên cứu đưa quy trình chế tạo HA FHA với thông số  Đã nghiên cứu nâng cao chất lượng lớp phủ cách chế tạo lớp phủ TiO2 trung gian, Ti xốp lớp FHA  Thử nghiệm in-vivo, in-vitro có kết tốt bước đầu thuận lợi cho việc nghiên cứu ứng dụng thực tiễn sau  Về mặt ứng dụng: Đã xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo lớp phủ HA, FHA phương pháp sol-gel titan có khả tương thích sinh học cao thử nghiệm in-vitro in-vivo 110 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Ngo Thi Anh Tuyet, Nguyen Ngoc Phong, Pham Thy San, Doan Dinh Phuong Study on anodization process of titanium substrate for improvement of biocompatible hydroxyapatite coating properties, Tạp chí Khoa học cơng nghệ 53,1A, 2015, 1-9 Ngo Thi Anh Tuyet, Nguyen Ngoc Phong, Pham Thy San, Do Chi Linh, Fabrication and characterization of biocompatible hydroxyapatite (HA) coating on Titanium substrate by sol-gel method Tạp chí Hóa học ISSN 0866-714, Tập 55, số 5e12, 2017, 410-414 Ngo Thi Anh Tuyet, Nguyen Ngoc Phong, Pham Thy San, Do Chi Linh Characterization of fluoridated hydroxyapatite (FHA) sol-gel coating on titanium substrate Tạp chí Khoa học công nghệ 55, 5B, 2017, 40-46 Ngo Thi Anh Tuyet, Tran Viet Quan, Nguyen Ngoc Phong, Do Chi Linh Preparation of biocompatible Hydroxyapatite (HA) coating on Titanium substrate by Sol-gel method, proceeding of The 7th International Workshop on advanced materials science and nanotechnology 2014 Ngo Thi Anh Tuyet, Doan Dinh Phuong, Nguyen Van Luan, Nguyen Ngoc Phong, Pham Thy San Evaluation of biocompatible of Hydroxyapatite Coatings on Porous Titanium substrate prepared by Sol-Gel method Proceeding of The 5th Asian materials data symposium, 2016, 205-215 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 16 17 Prasad, K., et al., Metallic Biomaterials: Current Challenges and Opportunities Materials (Basel), 2017 10(8): p 1-33 Zheng, Y.F., X.N Gu, and F Witte, Biodegradable metals Materials Science and Engineering: R: Reports, 2014 77: p 1-34 Fuentes, V.S.d.V.a.E., Titanium and Titanium Alloys as Biomaterials Tribology - Fundamentals and Advancements, 2013: p 155-181 Liu, X., P Chu, and C Ding, Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications Materials Science and Engineering: R: Reports, 2004 47(3-4): p 49-121 Marc Long, H.J.R., Titanium alloys in total joint replacement—a materials science perspective Biomaterials, 1998 19: p 1621-1639 S A Adeleke, I.S.a.A.R.B., Hydroxyapatite layer formation on titanium alloys surface using micro-arc oxidation ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2015 10(21): p 10101-10107 Tredwin, C.J., Sol-Gel Derived Hydroxyapatite, Fluorhydroxyapatite and Fluorapatite Coatings for Titanium Implants A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, 2009: p 1-289 Ignatev, M., et al., Plasma Sprayed Hydroxyapatite Coatings Modified with Silver Nanoparticles Acta Metallurgica Slovaca, 2013 19(1): p 20-29 Manjaiah, M and R.F Laubscher, A review of the surface modifications of titanium alloys for biomedical applications Materiali in tehnologije, 2017 51(2): p 181-193 Weng, W., et al., Sol–gel preparation of bioactive apatite films Surface and Coatings Technology, 2003 167(2-3): p 292-296 Hae Won Kima, H.-E.K., Jonathan C Knowles, Fluor-hydroxyapatite sol-gel coating on titanium substrate for hard tissue implants Biomaterials, 2004 25(17): p 3351-3358 Kim, H.-W., H.-E Kim, and J.C Knowles, Improvement of Hydroxyapatite Sol-Gel Coating on Titanium with Ammonium Hydroxide Addition Journal of the American Ceramic Society, 2004 88(1): p 154-159 Thanh, Đ.T.M., Nghiên cứu chế tạo lớp phủ tổ hợp y sinh titannitrit hydroxyapatit cấu trúc nano thép khơng gỉ, ứng dụng làm nẹp vít xương y tế, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ, 2013 Kulkarni, R.M.D.a.S.S., A Review on Biomaterials in Orthopedic Bone Plate Application International Journal of Current Engineering and Technology, 2015 5(4): p 2587-2591 Mitsuo Niinomi, M.N., Junko Hieda and Ken Cho, A review of surface modification of a novel low modulus β-type titanium alloy for biomedical applications Int J Surface Science and Engineering,, 2014 8(2): p 138-152 M Hamadouche, L.S., CERAMICS IN ORTHOPAEDICS British Editorial Society of Bone and Joint Surgery, 2000 82(8): p 1095-2000 Agarwal, S., et al., Biodegradable magnesium alloys for orthopaedic applications: A review on corrosion, biocompatibility and surface modifications Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2016 68: p 948-963 112 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Nitesh R Patel, P.P.G., A Review on Biomaterials: Scope, Applications & Human Anatomy Significance International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2012 2(4): p 91-101 S.Anil, P.S.A., H Alghamdi and J.A Jansen, Dental Implant Surface Enhancement and Osseointegration Implant Dentistry 2011 4: p 83-108 Upendra Sharan Gupta, A.P., Vijay Gehlot, Jitendra jayant, Dr M L Jain, A Review of Biocompatible Materials for Medical Implants Using Additive Manufacturing Int J of Adv Res Sci, 2018 7(5): p 243-253 Nikitas Sykaras, A.M.I., Victoria A Marker, R Gilbert Triplett, DDS /Ronald D Woody, Implant Materials, Designs, and Surface Topographies: Their Effect on Osseointegration A Literature Review The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, 2000 15(5): p 675-690 Agnes Aruna John, S.K.J., Eko Supriyanto and A Manikandan, Surface modification of titanium and its alloys for the enhancement of osseointegration in orthopaedics Current Science, 2016 111(6): p 1003-1015 Moravej, M and D Mantovani, Biodegradable metals for cardiovascular stent application: interests and new opportunities Int J Mol Sci, 2011 12(7): p 4250-70 Prakasam, M., et al., Biodegradable Materials and Metallic Implants-A Review J Funct Biomater, 2017 8(4): p 1-15 George M KONTAKIS, J.E.P., Theodoros I TOSOUNIDIS, John MELISSAS, Pavlos KATONIS, Bioabsorbable materials in orthopaedics Acta Orthop Belg, 2007 73(2): p 159-169 Hiromoto, S., et al., In vitro and in vivo biocompatibility and corrosion behaviour of a bioabsorbable magnesium alloy coated with octacalcium phosphate and hydroxyapatite Acta Biomater, 2015 11: p 520-30 Yang, J.X., et al., Modification of degradation behavior of magnesium alloy by IBAD coating of calcium phosphate Surface and Coatings Technology, 2008 202(22-23): p 5733-5736 Santos, G.A.d., The Importance of Metallic Materials as Biomaterials Advances in Tissue Engineering & Regenerative Medicine: Open Access, 2017 3(1): p 300-302 A Moroni, V.L.C., E.L Egger, L Trinchese and E.Y.S Chao, Histomorphometry of hydroxyapatite coated and uncoated porous titanium bone implants Biomaterials 1994 15(11): p 925-930 Afrooz Latifia, A.A., Aliasghar Behnamghaderc, Sedigheh Joughehdousta, Sol-Gel Derived Titania Coating on Titanium Substrate Iranian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2008 4(1): p 17-22 Osman, R.B and M.V Swain, A Critical Review of Dental Implant Materials with an Emphasis on Titanium versus Zirconia Materials (Basel), 2015 8(3): p 932-958 C.N Elias, J.H.C.L., R Valiev, and M.A Meyers, Biomedical Applications of Titanium and its Alloys Biological Materials Science, 2008: p 46-49 Lee, Y.-H., et al., Modified titanium surface with gelatin nano gold composite increases osteoblast cell biocompatibility Applied Surface Science, 2010 256(20): p 5882-5887 113 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Jody Redepenning, G.V., Jun Chen, Nathan Stafford, Electrochemical preparation of chitosan/hydroxyapatite composite coatings on titanium substrates Wiley Periodicals, 2003: p 411-416 Korotin, D.M., et al., Surface Characterization of Titanium Implants Treated in Hydrofluoric Acid Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2012 03(01): p 87-91 Kim, H., et al., The biocompatibility of SLA-treated titanium implants Biomed Mater, 2008 3(2): p 1-6 Bsat, S., et al., Effect of Alkali-Acid-Heat Chemical Surface Treatment on Electron Beam Melted Porous Titanium and Its Apatite Forming Ability Materials (Basel), 2015 8(4): p 1612-1625 K Fatehi, F.M., M.Solati Hashtjini, Effect of Alkali and Heat Treatment on Biomimetic HA Coating on Ti6Al4V MISC, 2009 41(2): p 59-65 Cao, L., et al., Plasma spray of biofunctional (Mg, Sr)-substituted hydroxyapatite coatings for titanium alloy implants Journal of Materials Science & Technology, 2019 35(5): p 719-726 Liang, Y., et al., Zinc ion implantationdeposition technique improves the osteoblast biocompatibility of titanium surfaces Mol Med Rep, 2015 11(6): p 4225-31 K Hayashi, T.M., K Uenoyama, The effect of hydroxyapatite coating on bony ingrowth into grooved titanium implants Biomaterials, 1999 20: p 111-119 Lukaszewska-Kuska, M., et al., Hydroxyapatite coating on titanium endosseous implants for improved osseointegration: Physical and chemical considerations Adv Clin Exp Med, 2018 27(8): p 1055-1059 Roxana Family, M.S.-H., Shahram Namjoy Nik, Ali Nemati Surface modification for titanium implants by hydroxyapatite nanocomposite Caspian J Intern Med, 2012 3(3): p 460-465 Wally, Z., et al., Porous Titanium for Dental Implant Applications Metals, 2015 5(4): p 1902-1920 Zhang, E and C Zou, Porous titanium and silicon-substituted hydroxyapatite biomodification prepared by a biomimetic process: Characterization and in vivo evaluation Acta Biomaterialia, 2009 5(5): p 1732-1741 Lopez-Heredia, M.A., et al., Bone growth in rapid prototyped porous titanium implants J Biomed Mater Res A, 2008 85(3): p 664-673 Alireza Nouri, P.D.H.a.C.e.W., Biomimetic Porous Titanium Scaffolds for Orthopedic and Dental Applications Biomimetics Learning from Nature, 2010 21: p 415-450 Eliaz, N and N Metoki, Calcium Phosphate Bioceramics: A Review of Their History, Structure, Properties, Coating Technologies and Biomedical Applications Materials (Basel), 2017 10(4): p 1-104 Larsen, S., Solubility of Hydroxyapatite Nature, 1966 212(5062): p 605-605 Carrado, A., et al., Nanoporous hydroxyapatite/sodium titanate bilayer on titanium implants for improved osteointegration Dent Mater, 2017 33(3): p 321-332 Dunya Abdulsahib Hamdi, Z.T.J., Kwangsoo NO, Jaegyu Kim, L.Thair, Thamir Abdul- Jabaar Jumaae, Investigation The Hydroxyapatite Coatings On Titanium Alloys Using Magnetron - Sputtered Process And Differentiate 114 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 Between Single And Triple Layers Journal of Multidisciplinary Engineering Science and Technology (JMEST), 2015 2(9): p 2599-2608 Voigt, J.D and M Mosier, Hydroxyapatite (HA) coating appears to be of benefit for implant durability of tibial components in primary total knee arthroplasty Acta Orthop, 2011 82(4): p 448-59 Wenping Jiang, J.C., Dinesh K Agrawal, Ajay P Malshe1, Huinan Liu, Improved Mechanical Properties of Nanocrystalline Hydroxyapatite Coating for Dental and Orthopedic Implants Mater Res Soc Symp Proc, 2009 114: p 1-5 Yang, B., Preparation of bioactive titanium metal via anodic oxidation treatment Biomaterials, 2004 25(6): p 1003-1010 Yang, J., et al., Surface modification of titanium with hydroxyapatite layer induced by phase-transited lysozyme coating Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2018 92: p 206-215 Zhang, B.G.X., Myers, D E., Wallace, G G., Brandt, M & Choong,, Bioactive coatings for orthopaedic implants-recent trends in development of implant coatings International Journal of Molecular Science, 2014 15(7): p 11878-11921 Kim, H.W., et al., Hydroxyapatite and titania sol-gel composite coatings on titanium for hard tissue implants; mechanical and in vitro biological performance J Biomed Mater Res B Appl Biomater, 2005 72(1): p 1-8 Hae-Won, K., et al., Hydroxyapatite coating on titanium substrate with titania buffer layer processed by sol–gel method Biomaterials, 2004 25(13): p 25332538 Mohseni, E., E Zalnezhad, and A.R Bushroa, Comparative investigation on the adhesion of hydroxyapatite coating on Ti–6Al–4V implant: A review paper International Journal of Adhesion and Adhesives, 2014 48: p 238-257 Tredwin, C.J., et al., Hydroxyapatite, fluor-hydroxyapatite and fluorapatite produced via the sol-gel method: dissolution behaviour and biological properties after crystallisation J Mater Sci Mater Med, 2014 25(1): p 47-53 Tredwin, C.J., et al., Hydroxyapatite, fluor-hydroxyapatite and fluorapatite produced via the sol-gel method Optimisation, characterisation and rheology Dent Mater, 2013 29(2): p 166-173 Batebi, K., B Abbasi Khazaei, and A Afshar, Characterization of sol-gel derived silver/fluor-hydroxyapatite composite coatings on titanium substrate Surface and Coatings Technology, 2018 352: p 522-528 Elkoca, O., et al., Hydroxyapatite Coating on Cp-Ti Implants by Biomimetic Method Advanced Materials Research, 2012 445: p 679-684 Gurpreet Singh, H.S.a.B.S.S., The Effect of CaP Concentration on Corrosion Behavior of Plasma Sprayed Hydroxyapatite Coating on Titanium in Simulated Body Fluid Singh et al., J Biomim Biomater Tissue Eng, 2013 18(1): p 1-6 Desai, A.Y., Fabrication and Characterization of Titanium-doped Hydroxyapatite Thin Films Degree of Master of Philosophy in Physics at the University of Cambridge, 2007: p 1-66 Mediaswanti, K., et al., Sputtered Hydroxyapatite Nanocoatings on Novel Titanium Alloys for Biomedical Applications Advances in Properties Control, 2013: p 21-44 115 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 Jankowski, T.G.N.a.A.F., Processing and characterization of hydroxyapatite coatings on titanium produced by magnetron sputtering J Mater Res, 2001 16(11): p 3228-3245 Adrian Nur, H.S., Arief Widjaja, I Wuled Lenggoro, Electrochemical Processes for the Formation of Hydroxyapatite Powders Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis,, 2014 9(3): p 168-175 Kumoro, A.C., et al., The Current Density on Electrosynthesis of Hydroxyapatite with Bipolar Membrane MATEC Web of Conferences, 2018 156: p 05015 Faghihi-Sani, M.-A., A Arbabi, and A Mehdinezhad-Roshan, Crystallization of hydroxyapatite during hydrothermal treatment on amorphous calcium phosphate layer coated by PEO technique Ceramics International, 2013 39(2): p 1793-1798 Zhen-jun, W., L.-p He, and Z.-z Chen, Fabrication and characterization of hydroxyapatite/Al2O3 biocomposite coating on titanium Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2006 16(2): p 259-266 Peng, Z., et al., Effect of Ti-OH groups on microstructure and bioactivity of TiO2 coating prepared by micro-arc oxidation Applied Surface Science, 2013 268: p 381-386 Ahmadi, S., I Mohammadi, and S.K Sadrnezhaad, Hydroxyapatite based and anodic Titania nanotube biocomposite coatings: Fabrication, characterization and electrochemical behavior Surface and Coatings Technology, 2016 287: p 67-75 Drevet, R., et al., Electrophoretic deposition (EPD) of nano-hydroxyapatite coatings with improved mechanical properties on prosthetic Ti6Al4V substrates Surface and Coatings Technology, 2016 301: p 94-99 S BHARATI, M.K.S.a.D.B., Hydroxyapatite coating by biomimetic method on titanium alloy using concentrated SBF Bull Mater Sci., 2005 28(6): p 617-621 Li, N.-b., et al., The significant influence of ionic concentrations and immersion temperatures on deposition behaviors of hydroxyapatite on alkaliand heat-treated titanium in simulated body fluid Thin Solid Films, 2018 646: p 163-172 Klein, L.C., A review of: “Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing” Edited by C Jeffrey Brinker and George W Scherer Materials and Manufacturing Processes, 1994 9(5): p 1007-1008 WEST, A.L.H.a.J.K., The Sol-Gel Process Chem Rev, 1990: p 33-72 Tốp, L.K., Tạo màng phương pháp Sol-Gel 2015, Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh p 1-12 Vijayalakshmi, U., K Prabakaran, and S Rajeswari, Preparation and characterization of sol-gel hydroxyapatite and its electrochemical evaluation for biomedical applications J Biomed Mater Res A, 2008 87(3): p 739-49 Mehdi Mazar Atabaki, R.a.J., Jamaliah Idris, Sol-Gel bioactive glass coating for improvement of biocompatible human body implant Association of Metallurgical Engineers of Serbia AMES, 2010 16(3): p 149-163 C J Brinker, G.C.F., A J Hurd and C S Ashley, Fundamentals of Sol-Gel dip coating Thin Solid Films, 1991 201: p 97-101 116 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 Choudhury, P and D.C Agrawal, Sol–gel derived hydroxyapatite coatings on titanium substrates Surface and Coatings Technology, 2011 206(2-3): p 360365 Domínguez-Trujillo, C., et al., Sol-gel deposition of hydroxyapatite coatings on porous titanium for biomedical applications Surface and Coatings Technology, 2018 333: p 158-162 Choi1, B.B.-N.A.H., Sol-gel production of bioactive nanocoatings for medical applications Nanomedicine 2006 1(3): p 311-319 Ji, X., et al., Sol-gel-derived hydroxyapatite-carbon nanotube/titania coatings on titanium substrates Int J Mol Sci, 2012 13(4): p 5242-53 Zhang, S., et al., Adhesion strength of sol–gel derived fluoridated hydroxyapatite coatings Surface and Coatings Technology, 2006 200(2223): p 6350-6354 Yang, Y.C and B.Y Chou, Bonding strength investigation of plasma-sprayed HA coatings on alumina substrate with porcelain intermediate layer Materials Chemistry and Physics, 2007 104(2-3): p 312-319 Hạnh, V.T., Tổng hợp đặc trưng màng hydroxyapatitpha tạp số nguyên tố vi lượng thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng làm nẹp vít xương in Luận án Tiến Sĩ 2018, Học viện Khoa học Công nghệ Hijon, N., et al., Dip coated silicon-substituted hydroxyapatite films Acta Biomater, 2006 2(5): p 567-574 Cheng, K., et al., Bonding strength of fluoridated hydroxyapatite coatings: A comparative study on pull-out and scratch analysis Thin Solid Films, 2009 517(17): p 5361-5364 99, A.F., Standard Test Method for Shear Testing of Calcium Phosphate Coatings and Metallic Coatings, in Designation: F 1044 – 99 1999, ASTM International, West Conshohocken, PA A Costescu, I.P., F Ungreanu, A Dinischiotu, M and F.H Costache, S Galaup, P Lecoutumer, D Predoi, Physico-chemical properties of nano-sized hexagonal Hydroxyapative powder synthesized by Sol-Gel Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 2010 5(4): p 989-1000 El Hadad, A.A., et al., Biocompatibility and Corrosion Protection Behaviour of Hydroxyapatite Sol-Gel-Derived Coatings on Ti6Al4V Alloy Materials (Basel), 2017 10(2): p 2-25 Bilton, M., S.J Milne, and A.P Brown, Comparison of Hydrothermal and SolGel Synthesis of Nano-Particulate Hydroxyapatite by Characterisation at the Bulk and Particle Level Open Journal of Inorganic Non-metallic Materials, 2012 02(01): p 1-10 Suchanek, K., et al., The influence of nanoporous anodic titanium oxide substrates on the growth of the crystalline hydroxyapatite coatings Materials Chemistry and Physics, 2017 186: p 167-178 Tas, B.M.a.A.C.n., Dip Coating of Calcium Hydroxyapatite on Ti-6Al-4V Substrates J Am Ceram Soc., 2000 83(4): p 989-991 Wen, C.E., et al., Hydroxyapatite/titania sol-gel coatings on titaniumzirconium alloy for biomedical applications Acta Biomater, 2007 3(3): p 403-10 117 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 Sajjad Jafari, M.M.A., Jamaliah Idris, Comparative study bioactive coating of Ti-6Al-4V alloy and 316 L Stainless steel Metall Mater Eng, 2011 18(2): p 145-158 Dou, J., et al., Effects of sintering temperature on the properties of alumina/hydroxyapatite composites Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2017 84(1): p 23-27 Enos, D.G., The Potentiodynamic Polarization Scan Solartron Instruments a division of Solartron G, 1997(2): p 1-13 S Agiladevi, S.R., J.Jeyasundari, M.Pandiarajan, CORROSION RESISTANCE OF METALS IN SIMULATED RINGER SOLUTION-A Eur Chem Bull., 2013 2(2): p 84-87 Vijayalakshmi, S.A.X.S.a.U., In vitro electrodeposition of Hydroxyapatite coatings on Ti-6Al-4V for biomedical applications International Journal of ChemTech Research, 2015 7(2): p 958-962 Markhoff, J., et al., Influence of Different Three-Dimensional Open Porous Titanium Scaffold Designs on Human Osteoblasts Behavior in Static and Dynamic Cell Investigations Materials (Basel), 2015 8(8): p 5490-5507 Tamilselvi, S., V Raman, and N Rajendran, Corrosion behaviour of Ti–6Al– 7Nb and Ti–6Al–4V ELI alloys in the simulated body fluid solution by electrochemical impedance spectroscopy Electrochimica Acta, 2006 52(3): p 839-846 Lu, T., et al., Enhanced osteointegration on tantalum-implanted polyetheretherketone surface with bone-like elastic modulus Biomaterials, 2015 51: p 173-183 Jafari, S., M.M Taheri, and J Idris, Thick Hydroxyapatite Coating on Ti-6Al4V through Sol-Gel Method Advanced Materials Research, 2011 341-342: p 48-52 Hossein Eslami, M.S.-H., Mohammadreza Tahriri, Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite Nanocrystals via Chemical Precipitation Technique Iranian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2008 4(2): p 127134 Jafari, H., et al., Characterizing Sintered Nano-Hydroxyapatite Sol-Gel Coating Deposited on a Biomedical Ti-Zr-Nb Alloy Journal of Materials Engineering and Performance, 2016 25(3): p 901-909 Miyazaki, H., et al., Thermal expansion of hydroxyapatite between −100 °C and 50 °C Materials Science and Engineering: C, 2009 29(4): p 1463-1466 Ichikawa, Y., et al., Evaluation of Adhesive Strength of Thermal-Sprayed Hydroxyapatite Coatings Using the LAser Shock Adhesion Test (LASAT) Materials Transactions, 2007 48(4): p 793-798 Devices, H.o.M.f.M., Overview of Biomaterials and Their Use in Medical Devices Handbook of Materials for Medical Devices, 2003: p 1-11 Zhang, S., et al., Evaluation of adhesion strength and toughness of fluoridated hydroxyapatite coatings Thin Solid Films, 2008 516(16): p 5162-5167 Wang, Y., et al., Osteoblastic cell response on fluoridated hydroxyapatite coatings Acta Biomater, 2007 3(2): p 191-7 Shi, H., Formation mechanism of anodic TiO2 nanotubes Advances in Engineering Research, 2017 123(785-788): p 785-788 118 116 117 118 119 Eliaz, N., et al., The effect of surface treatments on the adhesion of electrochemically deposited hydroxyapatite coating to titanium and on its interaction with cells and bacteria J Mater Sci Mater Med, 2011 22(7): p 1741-52 Wijesinghe, W.P., et al., Preparation of bone-implants by coating hydroxyapatite nanoparticles on self-formed titanium dioxide thin-layers on titanium metal surfaces Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2016 63: p 17284 Grossin, I.D.D and C.C.C Rey, Plasma-Sprayed Apatite Coatings: Review of Physical-Chemical characteristics and Their Biological Consequences Journal of Medical and Biological Engineering, 2014 34(1): p 1-7 ISO 13779-Implants for surgery — Hydroxyapatite — 2008 119 ... tài nghiên cứu luận án: Nghiên cứu chế tạo lớp phủ hydroxyapatit có khả tương thích sinh học vật liệu titan phương pháp sol- gel Mục tiêu luận án: Chế tạo lớp phủ sở HA lên vật liệu titan phương. .. 1.1.2.3 .Vật liệu titan 15 1.2 Các lớp phủ tương thích sinh học 22 1.2.1 Các loại hợp chất tương thích sinh học canxi photphat (Ca-P) 22 1.2.2 Các lớp phủ tương thích sinh học. .. Nghiên cứu thử nghiệm in-vivo nẹp vít titan xốp có khơng có lớp phủ HA thể thỏ Đối tượng phương pháp nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu cấy ghép y sinh titan phủ HA, FHA phương pháp sol- gel