Электрополевое формирование биомиметического органоминерального покрытия на природной эмали человеческого зуба: морфология и поверхностные механические свойства

Введение. Разработка покрытий, способных воспроизводить структурно-функциональные свойства зубной эмали, представляет значительный интерес для стоматологического материаловедения и биомиметической инженерии поверхностей. Несмотря на развитие биомиметических кальций-фосфатных систем, наиболее распространённые подходы по-прежнему основаны на многостадийных протоколах, чувствительных к условиям формирования межфазного слоя, и не обеспечивают в полной мере одновременного сокращения времени осаждения, контроля морфологии покрытия и воспроизводимого механического отклика поверхности. Цель данной работы состояла в экспериментальной оценке возможности одностадийного формирования биомиметического гибридного nHAp/PDA-покрытия в электрическом поле с использованием изолированных электродов, а также в установлении влияния режима осаждения на морфологию поверхности и микротвёрдость системы «покрытие–подложка». Материалы и методы. В качестве модели природной апатитовой подложки использовали сегменты нативной эмали постоянных зубов человека. Сравнивали четыре состояния поверхности: нативную эмаль; слой nHAp/AA, сформированный после кислотного кондиционирования; покрытие PDA/nHAp, полученное в последовательном режиме; гибридное покрытие, сформированное при одновременной электрополевой минерализации и ускоренной полимеризации дофамина. Осаждение выполняли в потенциостатической ячейке с изолированными медными электродами. Морфологию поверхности оценивали методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии. Поверхностный механический отклик исследовали по микротвёрдости Виккерса при нагрузке 50 г, AFM-картированию отпечатков и локальной наноиндентации. Результаты исследования. Установлено, что одностадийный электрополевой режим обеспечивает формирование наиболее плотного и равномерного поверхностного слоя толщиной порядка 1 мкм с минимальной шероховатостью около 20 нм. Для образца D зарегистрированы наибольшие значения поверхностной микротвёрдости — около 310 VHN; для нативной эмали они составили около 280 VHN, для образца B — около 120 VHN, для образца C — около 190 VHN. Однофакторный дисперсионный анализ подтвердил статистически значимое влияние типа образца на микротвёрдость (p < 0,001). AFM-картирование отпечатков подтвердило корректность оптической оценки диагоналей на текстурированной поверхности. Обсуждение. Повышение поверхностной микротвёрдости образца, сформированного в электрополевом режиме, связано, по-видимому, с более организованным межфазным взаимодействием при участии полидофамина и более плотной упаковкой минеральной составляющей покрытия. При этом микротвёрдость Виккерса и AFM-наноиндентация характеризуют различные масштабные уровни механического отклика и должны интерпретироваться как взаимодополняющие методы. Заключение. Показано, что одностадийное формирование гибридного nHAp/PDA-покрытия в электрическом поле с использованием изолированных электродов позволяет получить морфологически организованный слой с поверхностным механическим откликом, сопоставимым с интактной эмалью. Предложенный подход представляет интерес для ускоренного формирования функциональных органоминеральных покрытий на апатитсодержащих подложках.