Bioactive Polymer-apatite Coatings with Antimicrobial Properties on Model Titanium Implants

Abstract

Біоактивні покриття на основі гідроксиапатиту (НА), що містять сульфід цинку (ZnS) і альгінат (Alg), були отримані методом термічного осадження (TSD) на модельних титанових імплантатах. Покриття на основі HA забезпечують імпланти біологічною активністю, а ZnS діє як антимікробний агент. Доведено, що введення Alg в структуру покриття зменшує розмір ZnS частинок, що сприяє підвищенню антимікробної активності покриттів. Антимікробна активність шарів ZnS і ZnS/Alg була досліджень мікробіологічними методом дифузії в агар. Зони затримки росту мікроорганізмів E. coli ATCC № 25922 склали 5 і 11 мм, S. aureus ATCC 25923 – 5 і 10 мм, K. pneumonia № 93 – 7 і 12 мм, відповідно. Морфологію і структуру матеріалу покриття визначали методами рентгенівської дифракції (XRD), рентгено-флуоресцентного аналізу (RFA) і скануючої електронної мікроскопії (SEM). Отримані дані підтвердили утворення однофазного шару ZnS на поверхні НА. Представлені результати підкреслюють формування біокомпозитних покриттів з функціями біосумісності і протимікробної активності.

Bioactive hydroxyapatite (HA) coatings containing zinc sulfide (ZnS) and alginate (Alg) were obtained on model titanium substrates by thermal substrate deposition (TSD) method. HA-based coatings provide implants for bioactivity and ZnS acts as an antimicrobial agent. It is proved that the introduction of Alg into the ZnS structure reduces the particle size, which contributes to the increased antimicrobial activity of the coatings. The antimicrobial activity of ZnS and ZnS/Alg layers was investigated by agar diffusion microbiological method. ZnS and ZnS/Alg provide the growth inhibition zones for E. coli ATCC No. 25922-5 and 11 mm, for S. aureus ATCC No. 25923-5 and 10 mm, for K. pneumonia No. 93-7 and 12 mm, respectively. The morphology and structure of the coatings were determined by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence analysis (RFA) and scanning electron microscopy (SEM). The obtained data confirmed the formation of a single-phase ZnS layer on the HA surface. The results presented underline the formation of biocomposite coatings with the functions of biocompatibility and antimicrobial activity.