Self-assembly technique for producing L-Arginine/Hydroxyapatite coatings on Ti6Al4V implants

Abstract

Bu çalışmada, kendiliğinden yığılma yöntemi ile L-Arjinin (L-Arg)/Hidroksiapatit (HA) kaplamalar üretildi. ZrO2, HA ve Ti6Al4V arasında bir orta katmanolarak reaktif magnetron sıçratma yöntemiyle Ti6Al4V üzerine kaplandı. Reaktifmagnetron sıçratma işlemi, 200 W ve 200 °C' de 4 saat boyunca yapıldı. ZrO2 tabakasıüzerine elektroforetik kaplama yöntemi kullanılarak 30 V' ta 205 saniye boyunca HAkaplandı. Elektroforetik kaplama için 1 g HA' in 35 ml izopropanol içerisinde ultrasonikbanyo ve magnetik karıştırıcı ile karıştırılmasıyla HA süspansiyonu hazırlandı. Dahasonra örnekler, L-Arg' ın PBS çözeltisi (pH=7.4) içerisine yerleştirildi ve oda sıcaklığında24 saat boyunca inkübe edildi. Kaplanmış ve kaplanmamış Ti6Al4V implantlarınkarakterizasyonu Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X Isını Kırınımı (XRD),Fourier Dönüsümlü Infrared Spektroskopisi (FTIR), Raman ve X-Ray FotoelektronSpektroskopisi (XPS) ile gerçekleştirildi. ZrO2 kaplamanın XRD ve Raman analizleri,monoklinik yapının karakteristik piklerini gösterdi. Raman spektrumundaki enkarakteristik pikler 181 ve 189 cm-1' deki dublet pik ve 477 cm-1' deki geniş piktir.Ayrıca XRD analizi, ZrO2 kaplamanın monoklinik fazdan olusan tek fazlı yapıyasahip oldugunu açıga çıkarmıstır. L-Arg/HA kaplamanın FTIR ve XPS spektrumları,C-O/N bağını ve protonlanmış karboksil grubunu gösterdi. XPS analizlerine göre,L-Arg eklenmesiyle birlikte C/Ca oranı artmıs ve Ca/P oranı azalmıştır. Özetle; L-Arg,kendi karboksil grubu ile HA tabakasının kalsiyumu arasında bağ oluşturarak HAtabakasının üzerinde kendiliğinden yığıldı. Sonuç olarak; kendiliginden yığılma yöntemikullanılarak, ZrO2 kaplı Ti6Al4V ortopedik implantlar üzerinde L-Arg/HA kaplamalarbaşarıyla oluşturuldu.

In the present study, we introduce a self-assembly method to produce L-arginine(L-Arg)/Hydroxyapatite (HA) coatings. Firstly, Ti6Al4V substrates were etched in aconcentrated solution of HCl/H2SO4. ZrO2 was reactively sputtered on Ti6Al4V asan intermediate layer between HA and Ti6Al4V. Reactive magnetron sputtering wasperformed at 200 W and 200 °C for 4 hours. HA was deposited on ZrO2 layer byelectrophoretic deposition (EPD) at 30 V in 205 seconds. HA suspension was obtainedby ultrasonic and magnetic agitation of 1 g HA in 35 ml isopropanol for 3 hours. Finally,the samples were immersed in L-Arg solution in phosphate buffered saline (pH=7.4) andincubated at room temperature for 24 hours. Scanning Electron Microscopy (SEM), XRayDiffractometry (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Ramanand X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analyses were performed to characterizethe coated and uncoated Ti6Al4V implants. Raman and XRD spectra of ZrO2 layerdemonstrated the characteristic peaks of monoclinic structure. The most characteristicbands on Raman spectrum were a doublet at 181 and 189 cm-1, a broad peak at 477cm-1. Moreover, XRD spectrum revealed that ZrO2 coating had a monoclinic crystalstructure. FTIR and C1s spectra spectra of L-Arg/HA coating revealed the formationof new bonds which were C-O/N and protonated O-C=O. According to XPS analyses,C/Ca ratio increased with the addition of L-Arg and Ca/P ratio was decreased. Itcan be concluded that L-Arg particles were self-assembled on HA layer by bindingof the carboxyl group of L-Arg to calcium atoms of HA. Overall, L-Arg/HA coatingswere successfully coated on ZrO2-coated Ti6Al4V orthopedic implants by self-assemblymethod.