В ходе комплексного исследования сотрудниками лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН установлена роль фазы CuO в ходе механохимического синтеза на внедрения ионов меди в структуру гидроксиапатита и свойства керамических мишеней, сформированных из этих порошков, а также Cu-содержащих кальций-фосфатных покрытий, полученных методом ВЧ магнетронного распыления.

Проблема оптимизации механических и электрохимических свойств материалов гидроксиапатита для биомедицинских применений в этом исследовании изучалась путём включения оксида двухвалентной меди (CuO) в материал и изучалась её роль на различных этапах обработки, от порошков до керамики и, наконец, до биоактивных покрытий.

Исследование показало, что включение различной концентрации CuO (от 0,2 до 5 моль) в ходе механохимического синтеза значительно изменило параметры решетки гидроксиапатита как в форме порошкового материала, так и далее, в форме спеченных ВЧ магнетронных мишеней и сформированных покрытий. Одновременно также отслеживалось изменение элементного состава и соотношения Ca/P на каждом этапе процесса, от изготовления порошков до нанесения покрытий.

Механические испытания показали существенное увеличение микротвёрдости покрытий, до 37 ГПа для образца 0,2CuO-CaP, что является значительным улучшением по сравнению с величиной 13 ГПа для чистого Ti. Также улучшилась коррозионная стойкость покрытий, о чем свидетельствует снижение плотности тока коррозии (I_корр) с 60,2 ± 5,2 нА/см² для чистого Ti до более низкой величины 3,9 ± 0,5 нА/см² для Cu-содержащих CaP-покрытий.

Также выяснилось, что структурные, механические и электрохимические свойства материалов из CaP можно прецизионно регулировать за счёт добавления меди. Полученный материал можно использовать не только в области биомедицинских применений, но и в других приложениях. Более того, полученные результаты свидетельствуют о возможности прецизионного управления электрофизическими характеристиками Cu-содержащих CaP-покрытий.

Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Coatings (Q2); Исследование выполнено в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема FWRW-2022-0007.

Источник: ИФПМ СО РАН.