Magnesium phosphate precipitates and coatings for biomedical applications

• Main Author: Ibasco, Suzette
• Other Authors: Jake Barralet (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Health Sciences - Dentistry
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40691

Metals are extensively used materials in orthopaedics and oral implants and several research studies have reported that coating the surface improves the osteoconduction and bone bonding ability of the metal. Low temperature aqueous precipitation techniques are advantageous over other coating processes as they allow the incorporation of thermally unstable compounds. Although some magnesium phosphates have been shown to be well tolerated in bone tissue [Zimmermann 2006], they are relatively unstudied as bioceramics. The first part of this research project was to determine the precipitation conditions at which different magnesium phosphate phases form. Ultimately, the primarily goal of this study was to investigate a new low temperature route to produce magnesium phosphate coatings by reacting substrates sputter coated with magnesium metal in an aqueous phosphate solution. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersion spectroscopy (EDS) were used to characterize and identify the magnesium phosphate precipitates. SEM revealed that coatings formed by the reaction of magnesium metal with ammonium dihydrogen phosphate formed a continuous coating of struvite crystals. Importantly, this coating was durable enough to withstand the peel test (ASTM D 3359). Furthermore, this coating was also useful as a reactive surface to form hydroxyapatite coating. Biocompatibility assays, showed that magnesium phosphates precipitates and coatings were non-toxic and sustained cell viability. This study shows the possibility of forming a number of potentially biocompatible surface coatings on a metal model through a low temperature in situ process. This process shows good promise in producing enhanced coatings with many advantages over currently used techniques. === Les métaux sont largement utilisés comme matériaux dans la conception d’implants orthopédiques et dentaires et plusieurs études ont montré qu’un revêtement de leurs surfaces améliore leur propriété d’ostéoconduction et leur capacité de liaison au tissu osseux. Les techniques de précipitation aqueuse à basse température sont plus élaborées comparées aux autres techniques de revêtement car elles permettent l’incorporation de composés thermiquement instables. Bien que certains phosphates de magnésium soient bien tolérés au sein du tissu osseux [Zimmermann 2006], ils sont relativement peu étudiés comme biocéramiques. La première partie de ce projet de recherche était de déterminer les conditions de précipitations auxquelles les différentes phases des phosphates de magnésium se forment. L’objectif majeur de cette étude était d’explorer une nouvelle méthode, à basse température, pour produire des revêtements de phosphate de magnésium par la réaction de substrats revêtus par pulvérisation avec des métaux magnésiens, dans une solution aqueuse de phosphate.La diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage, couplée à la spectrométrie par dispersion d’énergie, furent utilisées pour caractériser et identifier les précipités de phosphates de magnésium. La microscopie électronique à balayage a révélé que les revêtements produits par la réaction d’un métal magnésiun avec un phosphate diacide d’ammonium forment un revêtement continu de cristaux de struvite. Ce revêtement présentait également la caractéristique majeure de résister au test d’arrachage. Les tests de biocompatibilité ont montré que les précipités de phosphates de magnésium ainsi que les revêtements de surface étaient non toxiques et amélioraient la viabilité cellulaire. Cette étude démontre la possibilité de former un éventail de revêtements potentiellement biocompatibles à la surface d’un$