Biodegradable surface layer of magnesium alloys based on plasma electrolytic oxidation and polymer deposition

Abstract

Magnesium alloys represent promising materials for temporary biomedical implants due to their biocompatibility and mechanical properties resembling natural bone. However, their rapid and uncontrolled degradation in physiological environments remains a key limitation for broader clinical application. In this context, a protective duplex coating system was investigated on Mg- 1Zn-0.4Ca (ZX10) and reference Mg-4Y-3RE-0.4Zr (WE43) alloys, combining a plasma electrolytic oxidation (PEO) layer with subsequent polymer sealing. Polylactic acid (PLA) and chitosan (CS) were deposited onto PEO-treated surfaces and evaluated using SEMEDS, Raman spectroscopy and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 0.9 % NaCl solution. Both polymers partially penetrated and sealed the porous PEO structure, resulting in a substantial improvement in corrosion resistance compared to bare and PEO-only treated alloys. Chitosan- sealed samples outperformed PLA-sealed ones, exhibiting a significant recovery of polarization resistance after an initial decline during 168-hour immersion. The results demonstrate that PEO combined with biodegradable polymer sealing represents a promising strategy for controlling the degradation kinetics of magnesium-based implants.

Horčíkové zliatiny predstavujú perspektívne materiály pre dočasné biomedicínske implantáty vďaka ich biokompatibilite a mechanickým vlastnostiam podobným ľudskej kosti. Ich rýchla a nekontrolovaná degradácia vo fyziologickom prostredí však zostáva kľúčovým obmedzením pre ich širšie klinické uplatnenie. V tomto kontexte bol skúmaný ochranný duplexný povlakový systém na zliatine Mg-1Zn-0,4Ca (ZX10) a referenčnej zliatine Mg-4Y-3RE-0,4Zr (WE43), ktorý kombinuje vrstvu pripravenú plazmovou elektrolytickou oxidáciou (PEO) s následným polymérnym utesnením. Kyselina polymliečna (PLA) a chitosan (CS) boli nanesené na povrchy upravené pomocou PEO a vyhodnotené s využitím SEMEDS, Ramanovej spektroskopie a elektrochemickej impedančnej spektroskopie (EIS) v 0,9% roztoku NaCl. Oba polyméry čiastočne prenikli do poréznej štruktúry PEO a utesnili ju, čo viedlo k podstatnému zlepšeniu koróznej odolnosti v porovnaní s čistými zliatinami a zliatinami upravenými len pomocou samotnej PEO. Vzorky utesnené chitosanom prekonali vzorky s PLA, pričom vykazovali významný opätovný nárast polarizačného odporu po jeho počiatočnom poklese počas 168- hodinovej expozície. Výsledky ukazujú, že PEO v kombinácii s biodegradovateľným polymérnym utesnením predstavuje sľubnú stratégiu na riadenie kinetiky degradácie implantátov na...