Development and characterization of multi-element doped hydroxyapatite bioceramic coatings on metallic implants for orthopedic applications

Abstract

Multi-element modified bioactive hydroxyapatite bioceramic (mHAp) coatings were successfully developed onto surgical grade titanium alloy material (Ti6Al4V). The coatings were prepared by pulse current deposition from electrolyte containing adequate amounts of calcium nitrate and ammonium dihydrogen phosphate at 70 C. The pure HAp layer was doped and co-deposited with Ag, Zn, Mg, Sr ions. The biocompatible properties of layers were investigated by seeding osteoblast-like MG-63 cells onto the samples’ surface. The biocompatible measurements revealed enhanced bioactivity of modified HAp compared to uncoated implant materials and pure bioceramic coating. The morphology and structure of coatings and cells were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) as well as FT-IR and XRD measurements. The biodegradable properties of samples were investigated by electrochemical potentiodynamic measurements. Resumen: Se han desarrollado con éxito recubrimientos biocerámicos de hidroxiapatita bioactiva modificada con multi-elementos (mHAp) sobre soportes de titanio de grado quirúrgico (Ti6Al4V). Los recubrimientos se depositaron con la técnica de la corriente pulsada a partir de electrólitos con cantidades adecuadas de nitrato de calcio y dihidrogenofosfato de amonio a 70 °C. La capa de HAp pura se dopó y co-depositó con iones Ag, Zn, Mg,Sr. La biocompatibilidad de las capas se investigó mediante siembra de células de MG-63, similares a los osteoblastos, en la superficie de las muestras. Los resultados de los ensayos de biocompatibilidad revelaron una bioactividad mejorada de la HAp modificada en comparación con materiales de implante no revestidos y de revestimiento biocerámico puro. La morfología y estructura de los revestimientos y las células fueron caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDX), así como mediante mediciones de FT-IR y DRX. La biodegradabilidad de las muestras se investigó mediante ensayos potenciométricos dinámicos. Keywords: Coatings, Microstructure, Corrosion, Bioceramics, Palabras clave: Recubrimientos, Microestructura, Corrosión, Biocerámicas