Tối ưu hóa quá trình chế tạo màng phủ hydroxyapatite trên đế Ti đã được ngâm tẩm bằng phương pháp thủy nhiệt ứng dụng cho vật liệu y sinh
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.114.2026.106-113Từ khóa:
Màng phủ hydroxyapatite; Màng phủ HA; Phương pháp thủy nhiệt; DOE; Box-Wilson .Tóm tắt
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt để chế tạo lớp phủ HA trên chất nền titan đã qua xử lý bề mặt và kết hợp với mô hình hồi quy trực giao bậc hai cùng với các kỹ thuật tối ưu hóa thống kê, bao gồm phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) và phân tích phương sai (ANOVA) để các định các thông số công nghệ chính. Sự hình thành lớp phủ HA đơn pha trên nền titan với kích thước nano đã được chứng minh thông qua phân tích X-Ray, FESEM-EDS, và đặc biệt là khả năng tương thích sinh học cao. Vật liệu lớp phủ HA tiếp tục được thử nghiệm in vitro trên tế bào thận chuột (BHK) với khả năng tăng sinh tốt và quan sát chi tiết thông qua phân tích laser hội tụ confocal (CLMS). Kết quả RSM đã xác định các điều kiện tối ưu như sau: nhiệt độ thủy nhiệt (T1) là 216.5 °C, thời gian thủy nhiệt (T2) là 40,2 giờ và thời gian xử lý chất nền titan trong hỗn hợp axit HCl/H₂SO₄ ở 60 °C (T3) là 65,3 phút. Trong điều kiện tối ưu này, lớp phủ HA thể hiện độ bền xé tối đa là 7,52 MPa. Lớp phủ HA trên nền đế titan đã được xử lý này hứa hẹn tiềm năng trong các ứng dụng y sinh đặc biệt các ứng dụng trong y học quân sự về các loại vật liệu cấy ghép xương hoặc các chi tiết thay thế giả.
Tài liệu tham khảo
[1]. H. Tanaka, Y. Mori, A. Noro, A. Kogure, M. Kamimura, N. Yamada, S. Hanada, N. Masahashi and E. Itoi, “Apatite formation and biocompatibility of a low Young’s modulus Ti-Nb-Sn alloy treated with anodic oxidation and hot water”, PLoS ONE, Vol. 11, p. e0150081, (2016).
[2]. R. B. Parekh, O. Shetty and R. Tabssum, “Surface modifications for endosseous dental implants”, International Journal of Oral Implantology and Clinical Research, Vol. 3, pp. 116–121, (2012).
[3]. S. A. Cho and K. T. Park, “The removal torque of titanium screw inserted in rabbit tibia treated by dual acid etching”, Biomaterials, Vol. 24, pp. 3611–3617, (2003).
[4]. A. Jemat, M. J. Ghazali, M. Razali and Y. Otsuka, “Surface modifications and their effects on titanium dental implant”, BioMed Research International, Vol. 2015, p. 791725, (2015).
[5]. S. Shen, S. Cai, Y. Li, R. Ling, F. Zhang, G. Xu and F. Wang, “Microwave aqueous synthesis of hydroxyapatite bilayer coating on magnesium alloy for orthopedic application”, Chemical Engineering Journal, Vol. 309, pp. 278–287, (2017).
[6]. K. De Groot, R. Geesink, C. P. A. T. Klein and P. Serekian, “Plasma sprayed coatings of hydroxylapatite”, Vol. 21, pp. 1375–1381, (1987).
[7]. L. Xia, Y. Xie, B. Fang, X. Wang and K. Lin, “In situ modulation of crystallinity and nanostructures to enhance the stability and osseointegration of hydroxyapatite coatings on Ti-6Al-4V implants”, Chemical Engineering Journal, Vol. 347, pp. 711–720, (2018).
[8]. H. Wie, H. Hero and T. Solheim, “Hot isostatic pressing-processed hydroxyapatite-coated titanium implants: Light microscopic and scanning electron microscopy investigations”, International Journal of Oral and Maxillofacial Implants, Vol. 13, p. 837, (1998).
[9]. K. A. Gross and C. C. Berndt, “Thermal processing of hydroxyapatite for coating production”, Vol. 39, pp. 580–587, (1998).
[10]. S. Kačiulis, G. Mattogno, A. Napoli, E. Bemporad, F. Ferrari, A. Montenero and G. Gnappi, “Surface analysis of biocompatible coatings on titanium”, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, Vol. 95, pp. 61–69, (1998).
[11]. Y. Han, T. Fu, J. Lu and K. Xu, “Characterization and stability of hydroxyapatite coatings prepared by an electrodeposition and alkaline-treatment process”, Vol. 54, pp. 96–101, (2001).
[12]. P. Li, K. de Groot and T. Kokubo, “Bioactive Ca10(PO4)6(OH)-TiO2 composite coating prepared by sol-gel process”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 7, pp. 27–34, (1996).
[13]. K. Suchanek, A. Bartkowiak, A. Gdowik, M. Perzanowski, S. Kąc, B. Szaraniec, M. Suchanek and M. Marszałek, “Crystalline hydroxyapatite coatings synthesized under hydrothermal conditions on modified titanium substrates”, Materials Science and Engineering C, Vol. 51, pp. 57–63, (2015).
[14]. Y. S. Lo, C. C. Chang, P. C. Lin, S. P. Lin and C. L. Wang, “Direct growth of structurally controllable hydroxyapatite coating on Ti-6Al-4V through a rapid hydrothermal synthesis”, Applied Surface Science, Vol. 556, p. 149672, (2021).
[15]. Fatimah, H. Hidayat, P. W. Citradewi, M. Tamyiz, R. A. Doong and S. Sagadevan, “Hydrothermally synthesized titanium/hydroxyapatite as photoactive and antibacterial biomaterial”, Heliyon, Vol. 9, p. e14434, (2023).
[16]. S. Ebrahimi and C. S. Sipaut, “Synthesis of hydroxyapatite/bioglass composite nanopowder using design of experiments”, Nanomaterials, Vol. 12, p. 2264, (2022).
[17]. N. V. Linh, N. V. T. Huy, N. T. Thuy, N. T. Tung, T. A. Khoi and L. A. Kien, “Optimization of 4-chlorophenol decomposition by H2O2 activate catalytic magnetic iron oxide an activated carbon carrier”, Journal of Military Science and Technology, No. 97, pp. 96–104, (2024).
[18]. F. A. A. Azam, F. M. Salleh, A. B. Sulong, N. Muhamad, H. Mohammadi and R. C. Omar, “Integrated statistical optimization of hydroxyapatite injection molding for biomedical scaffold applications”, Results in Engineering, Vol. 28, p. 107806, (2025).
[19]. H. Kuo-Yung, L. Yi-Chih and F. Hui-Ping, “The effects of acid etching on the nanomorphological surface characteristics and activation energy of titanium medical materials”, Dental Implant Materials, Vol. 10, No. 10, p. 1164, (2017).
[20]. C. M. Cotrut, A. Vladescu, M. Dinu and D. M. Vranceanu, “Influence of deposition temperature on the properties of hydroxyapatite obtained by electrochemical assisted deposition”, Ceramics International, Vol. 44, pp. 669–677, (2018).
[21]. A. Cavalli, F. Okkels, B. Peter and R. J. Taboryski, “Wetting on micro-structured surfaces: Modelling and optimization”, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, p. 108, (2013).
[22]. D. C. Montgomery, “Design and Analysis of Experiments”, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, (2001).
