Preparation of hydroxyapatite/silk protein thin film implant surfaces, investigation of their microstructural properties and model protein interactions

Abstract

Metal yük taşıyıcı sert doku implant cihazları üzerindeki biyouyumlu hidroksiapatit (HAp) kaplamalar lokal olarak yüzey üzerinde kemik dokusu oluşumunu hızlandırıp çimentosuz bağlanma sağlar. Hidroksiapatitin ameliyat sonrası iyileşme hızının artmasını ve implant ömrünün uzamasını sağlayan kemik dokusu oluşturucu proteinleri (BMP) taşıma potensiyelini kullanabilme amacıyla ince film HAp mikroyapıları geliştirilip, yüzeyde protein tutma kapasiteleri incelenmiştir.HAp ince filmler, geliştirilen bir partikül sol metodu ve daldırma ve spin kaplama teknikleri ile biyoinert camlar ve Ti6Al4V alaşımlar üzerinde oluşturulmuştur. Filmlerin mikroyapıları SEM/EDX, AFM, XRD, ve FTIR yöntemleri ile incelenmiş ve yüzey pürüzlülükleri, Vickers sertlikleri ve yüzeye tutunma mukavemetleri tespit edilmiştir. İpek fibroin ve sericin protein film ara tabakalarının, üzerlerine kaplanan ince film hidroksiapatitin mikroyapısına ve model protein olarak kullanılan ?bovine serum albumin (BSA)?i yüzeyde tutabilme davranışına, etkileri incelenmiştir.Boşluksuz HAp film oluşumu için suspansiyonların minimum katı içeriği ağırlıkca %15 olarak tespit edilmiştir. İpek sericin ve fibroin ara tabakaları HAp filmlerin homojenliğini büyük ölçüde arttırmıştır. Cam/sericin/ticari-HAp filmin BSA adsorpsiyonu 2.6 ?g/cm2 olarak tespit edilmiştir ve cam/ticari-HAp ve cam/sericin/kuru-öğütülmüş-HAp filmlerin adsorpsiyonlarının iki mislinden fazladır. Buda adsorpsiyonda yüzey mikro/nano topoğrafik yapısının, kimyasal yapı kadar etkili olabildiğine işaret etmektedir. Ti6Al4V altlık üzerinde spin kaplama yöntemi ile oluşturulan ticari-HAp filmlerin, yüzeye tutunma veya birikme sırasında HAp ile protein arasındaki pozitif kooperativite derecesini arttıracak yönde, belirli bir yönelmeye sahip kristal yüzeyi oluşturduğu, X- ışınları-kırınımı yöntemi ile tespit edilmiştir.

Biocompatible hydroxyapatite (HAp) coatings of load bearing metallic in vivo hard tissue implants act as local scaffolds for enhanced osteoconduction, providing fast bone apposition and cementless fixation. In this study, in an attempt to exploit the potential of hydroxyapatite as a carrier of bone morphogenetic proteins for post operative accelerated healing, and implant durability, the tailored microstructural properties, and protein adsorption capabilities of thin film hydroxyapatite implant surfaces were investigated.A novel particulate sol method was used to fabricate HAp thin films on bioinert glass, and Ti6Al4V substrates by dip and spin coating. The microstructural characterization of the thin films was carried out by SEM/EDX, AFM, XRD, and FTIR, and their surface roughness, Vickers hardness and adhesion strength were determined. The effects of silk fibroin and sericin thin film layers on the HAp film microstructure, and model protein (bovine serum albumin, BSA) adsorption behavior (by the size exclusion HPLC method) were investigated.The minimum threshold solid content of the suspensions was determined as 15% by weight for a continuous HAp film structure. The silk sericin and fibroin intermediate layers drastically improved homogeneity of the HAp layer. The BSA adsorption of the glass/sericin/commercial-HAp film was 2.6 ?g/cm2, more than twice of the glass/commercial-HAp, and glass/sericin/dry-milled-HAp films, evidencing the effectiveness of surface micro/nano topographical structure as well as chemical structure. The XRD patterns of spin coated commercial-HAp films on Ti6Al4V pointed out to a particular crystal orientation which increased the positive degree of cooperativity between HAp and proteins during adsorption or deposition.