PEO and hybrid coating techniques for AZ31 implants

The use of Magnesium in temporary devices for the treatment of bone fractures is receiving more and more interest thanks to its biodegradable, biocompatible and mechanical properties similar to those of the bone. Its fast corrosion velocity however limits its use because the degradation of the support is faster than the regeneration of the bone. The aim of this study is to decrease the degradation velocity of Mg, also adding a value in terms of biocompatibility, through surface modification, specifically a coating. The coating was created with 2 techniques Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) and double-layer technique. Through PEO technique a phosphates-based coating was created and on this three different dopants were integrated: Strontium, Manganese and Zinc. It wasn’t possible to obtain a coating based on calcium phosphates. The coatings were characterized with SEM microscopy and EDS, which showed that dopants had an impact on the morphology but weren’t integrated in the coating. Using a hybrid technique PEO surfaces, optimized from a morphological point of view, were so coated with 4 kinds of sol-gel, prepared following 2 different protocols and with or without the presence of Mn and Zn as dopant. Of such coatings the superficial morphology, the chemical composition (content of Calcium, Phosphorous and the presence of dopants), their thickness and their resistance to corrosion were evaluated. The resistance to corrosion was compared with the optimized reference surfaces. Looking at the results of the research, it seems that the samples coated with a double layer are a promising strategy to lengthen the degradation time of Magnesium in biomedical applications. Indeed, samples obtained by a PEO layer coated with 2 different kinds of sol-gel present a lower corrosion velocity compared to the ones coated with the PEO technique alone.

L’utilizzo del magnesio in dispositivi temporanei per la riparazione di fratture ossee sta ricevendo sempre più interesse per via della sua biodegradabilità, biocompatibilità e proprietà meccaniche simili a quelle dell’osso. La sua elevata velocità di corrosione, tuttavia, ne limita l’uso poiché la degradazione del supporto è più veloce della rigenerazione ossea. L’obiettivo di questo studio è rallentare la velocita di degradazione del Mg, aggiungendo anche una valenza in termini di biocompatibilità, attraverso modifica superficiale, nello specifico un rivestimento. Il rivestimento è stato prodotto usando 2 tecniche di modifica superficiale l’ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) e la tecnica doppio-strato. Tramite tecnica PEO è stato prodotto un rivestimento a base di fosfati, in cui sono stati integrati tre diversi dopanti: stronzio, manganese e zinco, mentre non è stato possibile ottenere un rivestimento stabile a base di calcio fosfati. I rivestimenti sono stati caratterizzati tramite microscopia SEM e EDS, mostrando che i dopanti hanno avuto un impatto sulla morfologia, ma non sono stati integrati nel rivestimento. Attuando una strategia ibrida sono state quindi rivestite superfici PEO ottimizzate da un punto di vista morfologico con 4 diverse tipologie di sol-gel a base di calcio fosfati, preparati seguendo 2 protocolli differenti e con l’eventuale presenza di Mn o Zn come dopanti. Di tali rivestimenti sono state valutate la morfologia superficiale, la composizione chimica (contenuto di calcio e fosforo e presenza di dopanti), lo spessore e la resistenza a corrosione, confrontandola con quella delle superfici PEO ottimizzate di riferimento. Dai risultati della ricerca sembra che i campioni rivestiti con doppio strato siano una promettente strategia per allungare i tempi di degradazione del magnesio in applicazioni biomedicali. Infatti, i campioni formati da strato PEO rivestito con 2 differenti tipologie di sol-gel presentano una velocità di corrosione inferiore rispetto a quelli rivestiti con la sola tecnica PEO.