Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия:

А. С. Гнеденков, ведущий научный сотрудник, докт. хим. наук, эл. почта: asg17@mail.com
В. С. Филонина, младший научный сотрудник, эл. почта: filonina.vs@gmail.com

С. Л. Синебрюхов, доцент, заместитель директора по научной работе, докт. хим. наук, эл. почта: sls@ich.dvo.ru
С. В. Гнеденков, директор, докт. хим. наук, профессор, член-корреспондент РАН, эл. почта: svg21@hofmail.com

Институт исследования поверхности материалов, Центр им. Гельмгольца Гереон, Гестахт, Германия:
С. В. Ломако, руководитель Отдела электрохимии и систем обработки больших объемов данных, канд. хим. наук, эл. почта: sviatlana.lamaka@hereon.de
М. Л. Желудкевич, директор, канд. хим. наук, эл. почта: mikhail.zheludkevich@hereon.de

Проведен сравнительный анализ коррозионной активности биорезорбируемого сплава магния MA8 системы Mg – Mn – Ce в среде для культивирования клеток млекопитающих (Minimum Essential Medium, MEM) и 0,83%-ном водном растворе NaCl. Развитие процесса коррозии на поверхности магниевого сплава в двух средах установлено с помощью локальных сканирующих электрохимических методов (сканирующего вибрирующего электрода и сканирующего ионоселективного электрода), традиционных электрохимических методов (потенциодинамической поляризации, электрохимической импедансной спектроскопии) и волюмометрии. Установлены защитные свойства коррозионной пленки, образованной на сплаве в MEM, а также при выдержке в растворе NaCl. Состав слоя продуктов коррозии, сформированного на сплаве магния в MEM, исследовали с помощью конфокальной рамановской спектроскопии, рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа. Кальцийфосфатные соединения являются основными продуктами, образованными на поверхности магниевого сплава, выдержанного в среде MEM. Предложена модель механизма коррозии сплава магния в MEM, включающая три стадии развития поверхностной пленки. Образованный в среде МЕМ на магниевом сплаве слой продуктов коррозии, включающий магнийзамещенный гидроксиапатит, стабилизирует локальный рН ниже 9, что, наряду с присутствием органических кислот, не позволяет повысить рН в процессе коррозии. Построена диаграмма, позволяющая определить возможные реакции, протекающие на поверхности сплава магния в MEM, и термодинамическую вероятность образования химических соединений на основании значений локального pH. Полученные результаты подтверждают перспективность использования биорезорбируемых магниевых имплантатов в хирургии.

Электрохимические, волюмометрические измерения и рентгенофазовый анализ образцов проведены при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 21-73-10148. СЭМ – ЭДС-анализ и конфокальная рамановская спектроскопия выполнены при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 20-13-00130».

1. Galvin E., Jaiswal S., Lally C., MacDonald B., Duffy B. In vitro corrosion and biological assessment of bioabsorbable WE43 Mg alloy specimens // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2017. Vol. 1, No. 1. P. 8.
2. Кульчин Ю. Н., Никитин А. И., Никифоров П. А., Пивоваров Д. С., Яцко Д. С. и др. Лазерное аддитивное производство биорезорбируемых магниевых имплантатов и средства его автоматизации // Материалы IX Международного семинара ИАиЭ СО РАН по волоконным лазерам. 2020. P. 154, 155.
3. Хлусов И. А., Митриченко Д. В., Просолов А. Б., Николаева О. О., Слепченко Г. Б. и др. Краткий обзор биомедицинских свойств и применения магниевых сплавов для биоинженерии костной ткани // Бюллетень сибирской медицины. 2019. Т. 18, № 2. P. 274–286.
4. Киселевский М. В., Анисимова Н. Ю., Полоцкий Б. Е., Мартыненко Н. С., Лукьянова Е. А. и др. Биоразлагаемые магниевые сплавы — перспективные материалы медицинского назначения (обзор) // Современные технологии в медицине. 2019. Т. 11, № 3. P. 146–157.
5. Волков Д. А., Леонов А. А., Мухина И. Ю., Уридия З. П. Потенциал применения биоразлагаемых магниевых сплавов (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 3. P. 35–43.
6. Мартыненко Н. С., Лукьянова Е. А., Серебряный В. Н., Анисимова Н. Ю., Киселевский М. В. и др. Влияние мультиосевой деформации на структуру, текстуру, механические и эксплуатационные свойства магниевого сплава WE43, используемого в медицине // Технология легких сплавов. 2018. № 2. P. 51–62.
7. Юрченко Н. Ю., Степанов Н. Д., Салищев Г. А., Мартыненко Н. С., Лукьянова Е. А. и др. Изучение законо мерностей структурообразования при сжатии для выбора режимов мультиосевой деформации сплава системы Mg – Ca // Металлы. 2018. № 6. P. 38–53.
8. Liu Y., Zheng Y., Chen X., Yang J., Pan H. et al. Fundamental theory of biodegradable metals — definition, criteria, and design // Advanced Functional Materials. 2019. Vol. 29, No. 18. P. 1805402.
9. Witte F., Fischer J., Nellesen J., Vogt C., Vogt J. et al. In vivo corrosion and corrosion protection of magnesium alloy LAE442 // Acta Biomaterialia. 2010. Vol. 6, Iss. 5. P. 1792–1799.
10. Esmaily M., Svensson J. E., Fajardo S., Birbilis N., Frankel G. S. et al. Fundamentals and advances in magnesium alloy corrosion // Progress in Materials Science. 2017. Vol. 89. P. 92–193.
11. Cecchinato F., Agha N. A., Martinez-Sanchez A. H., Luthringer B. J. C., Feyerabend F. et al. Influence of magnesium alloy degradation on undifferentiated human cells // PLOS ONE. 2015. Vol. 10, Iss. 11. P. e0142117.
12. Virtanen S. Biodegradable Mg and Mg alloys: Corrosion and biocompatibility // Materials Science and Engineering: B. 2011. Vol. 176, Iss. 20. P. 1600–1608.
13. Myrissa A., Agha N. A., Lu Y., Martinelli E., Eichler J. et al. In vitro and in vivo comparison of binary Mg alloys and pure Mg // Materials Science and Engineering: C. 2016. Vol. 61. P. 865–874.
14. Chen Y., Dou J., Yu H., Chen C. Degradable magnesium – based alloys for biomedical applications: The role of critical alloying elements // Journal of Biomaterials Applications. 2019. Vol. 33, Iss. 10. P. 1348–1372.
15. Hort N., Huang Y., Fechner D., Störmer M., Blawert C. et al. Magnesium alloys as implant materials-Principles of property design for Mg-RE alloys // Acta Biomaterialia. 2010. Vol. 6, Iss. 5. P. 1714–1725.
16. Wang Y., Huang H., Jia G., Zeng H., Yuan G. Fatigue and dynamic biodegradation behavior of additively manufactured Mg scaffolds // Acta Biomaterialia. 2021. Vol. 135. P. 705–722.
17. Zhang D., Zhou J., Peng F., Tan J., Zhang X. et al. Mg – Fe LDH sealed PEO coating on magnesium for biodegradation control, antibacteria and osteogenesis // Journal of Materials Science & Technology. 2022. Vol. 105. P. 57–67.
18. Nikhil T. T., Shebeer A. R, Joseph M. A., Hanas T. In vitro biodegradation and biomineralization of Mg – Ca alloys // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 22. Part 4. P. 2870–2876.
19. Etim I. P., Zhang W., Tan L., Yang K. Influence of stamping on the biodegradation behavior of Mg – 2Zn – 0,5Nd (ZN20) sheet // Bioactive Materials. 2020. Vol. 5, Iss. 1. P. 133–141.
20. Yang Y. X., Fang Z., Liu Y. H., Hou Y. C., Wang L. G. et al. Biodegradation, hemocompatibility and covalent bonding mechanism of electrografting polyethylacrylate coating on Mg alloy for cardiovascular stent // Journal of Materials Science & Technology. 2020. Vol. 46. P. 114–126.
21. Wagener V., Virtanen S. Influence of electrolyte composition (simulated body fluid vs. dulbecco’s modified eagle’s medium), temperature, and solution flow on the biocorrosion behavior of commercially pure Mg // Corrosion. 2017. Vol. 73, Iss. 12. P. 1413–1422.
22. Williams G., Dafydd H. A.-L., McMurray H. N., Birbilis N. The influence of arsenic alloying on the localised corrosion behaviour of magnesium // Electrochimica Acta. 2016. Vol. 219. P. 401–411.
23. Montemor M. F., Simões A. M., Carmezim M. J. Characterization of rare-earth conversion films formed on the AZ31 magnesium alloy and its relation with corrosion protection // Applied Surface Science. 2007. Vol. 253, Iss. 16. P. 6922–6931.
24. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Gnedenkov S. V. Features of the magnesium alloys corrosion in the chloride-containing media // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 213. P. 143–148.
25. Gnedenkov A. S., Mei D., Lamaka S. V., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V. et al. Localized currents and pH distribution studied during corrosion of MA8 Mg alloy in the cell culture medium // Corrosion Science. 2020. Vol. 170. P. 108689.
26. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Gnedenkov S. V. Inhibitor-containing composite coatings on Mg alloys: corrosion mechanism and self-healing protection // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 245. P. 89–96.
27. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Vyaliy I. E., Egorkin V. S. et al. Corrosion of the welded aluminium alloy in 0.5 M NaCl solution. Part 2: Coating protection // Materials. 2018. Vol. 11, Iss. 11. P. 2177.
28. Gnedenkov A. S., Lamaka S. V., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Egorkin V. S. et al. Electrochemical behaviour of the MA8 Mg alloy in minimum essential medium // Corrosion Science. 2020. Vol. 168. P. 108552.
29. Gnedenkov A. S., Lamaka S. V., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Egorkin V. S. et al. Control of the Mg alloy biodegradation via PEO and polymer-containing coatings // Corrosion Science. 2021. Vol. 182. P. 109254.
30. Watchrarat K., Korchunjit W., Buranasinsup S., Taylor J., Ritruechai P., Wongtawan T. MEMα promotes cell proliferation and expression of bone marrow derived equine mesenchymal stem cell gene markers but depresses differentiation gene markers // Journal of Equine Veterinary Science. 2017. Vol. 50. P. 8–14.