Napredak u istraživanju površinske modifikacije premaza medicinske legure titanijuma za implantaciju kostiju

Pregled razvoja medicinskih legura titanijuma

1940ih godina, čisti titanijum je počeo da dobija pažnju kao biološki materijal. Šezdesetih godina prošlog stoljeća, nakon što je Branemark koristio čisti titanij kao materijal za oralne implantate, čisti titan je počeo djelomično zamjenjivati ​​nehrđajući čelik i legure CoCr kao biološke materijale za implantate. Istovremeno su se istraživale i razvijale medicinske legure titanijuma. Sa produbljivanjem istraživanja, legure titanijuma su se postepeno razvile od legura titanijuma prve generacije do legura titana tipa + - druge generacije sa boljom otpornošću na koroziju i čvrstoćom. Reprezentativne legure su Ti-6Al-4V, Ti -5Al-2.5Fe, Ti{11}}Al-7Nb. Međutim, modul elastičnosti legure titanijuma druge generacije je još uvek relativno visok u poređenju sa modulom elastičnosti ljudske kosti (0,2 ~ 32 GPa). Apsorpcija progutanog materijala može uzrokovati atrofiju kosti, stvoriti zaštitu od stresa i dovesti do popuštanja implantata. Stoga se trenutno istraživanje i razvoj medicinskih legura titanijuma uglavnom zasniva na metastabilnom tipu i tipu treće generacije čiji je modul elastičnosti bliži modulu elastičnosti ljudskih kostiju. Ova vrsta legure titana također izbjegava elemente koji su štetni ili osjetljivi na ljudsko tijelo u odabiru legirajućih elemenata. Trenutno je razvijeno više od 20 vrsta titanijumskih legura sa niskim modulom elastičnosti, od kojih je većina biokompatibilna. Na primjer, lim od titanijuma stepena 5, ploča od titanijuma stepena 5, titanijumska šipka stepena 5, itd. Japan je dizajnirao i razvio Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ) leguru titana korištenjem teorije legure d-elektrona, a njen modul elastičnosti je čak 50 GPa, odlična biološka aktivnost, fosfor i elementi kalcijuma (komponentni elementi kalcijum fosfata) mogu se detektovati na površini nakon potapanja u simuliranu telesnu tečnost (SBF); Institut za istraživanje metala Kineske akademije nauka razvio je novi tip Ti-24Nb-4Zr- 7. Legura 9Sn (Ti2448), njen modul elastičnosti je samo 45 GPa, njegova čvrstoća je 850 MPa, a formiranje zaštitnog pasivizirajućeg filma na površini može učiniti da ima veću otpornost na koroziju. Nakon postepenog pronalaženja rješenja za problem visokog modula elastičnosti medicinskih materijala za implantate od legura titanijuma, istraživači su se fokusirali na efekat legure titana na proliferaciju i diferencijaciju ćelija. U ranoj fazi implantacije, slaba sposobnost oseointegracije Ti i TiO2 površina će dovesti do slabe diferencijacije osteoblasta, što će rezultirati stvaranjem fibroznog tkiva oko implantata, što zauzvrat uzrokuje popuštanje implantata i izaziva upalu zbog trenja i drugi uslovi. S druge strane, zreli Ti-6Al-4V implantati u komercijalnim primjenama skloni su oslobađanju Al i V jona koji su toksični za ljudsko tijelo u tjelesnim tekućinama. Stoga, kako bi se povećala biološka aktivnost implantata od legure titana i spriječilo oslobađanje toksičnih jona u implantatima, modifikacija površine titanijumskih legura postala je žarište istraživanja medicinskih legura titanijuma. Trenutno se površinska modifikacija medicinske legure titana uglavnom vrši nanošenjem kompatibilnog premaza na površinu legure ili direktnom promjenom površinske strukture i sastava, čime se poboljšava sposobnost oseointegracije kao što je biokompatibilnost, otpornost na koroziju, antibakterijska svojstva i diferencijacija ćelija. .

Površinska modifikacija premaza od medicinske legure titanijuma za implantaciju kostiju

Istraživanja su pokazala da važni faktori koji utječu na biokompatibilnost i sposobnost oseointegracije materijala implantata uglavnom uključuju površinsku kvašenje, hrapavost, sastav i tip kristala. U okruženju tjelesnih tekućina, kada površina materijala implantata ima dobru kvašenje, protein se lako adsorbira, što je pogodnije za adheziju stanica. Osim toga, specifična površinska topografija je pogodnija za diferencijaciju i rast stanica. Kao važna metoda za površinsku modifikaciju legura medicinskog titanijuma, konstruisanjem odgovarajućeg modifikovanog premaza na površini legure može se prilagoditi površinska struktura, površinski sastav, kvašenje itd. legure uz održavanje otpornosti na koroziju i mehaničkih svojstava legure. . Kako bi se postiglo poboljšanje kompatibilnosti i oseointegracije. Trenutno, uobičajeni premazi za modifikaciju površine medicinskih titanijumskih legura za implantaciju kosti uglavnom uključuju hidroksiapatit (HA), premaz hitozana i premaz TiO2 nanocijevi, među kojima je niz nanocijevi TiO2 originalni Samorasli porozni strukturni premazi koji se često mogu kombinirati sa drugim premazima za postizanje bolje funkcionalnosti.

1. HA obložen hidroksiapatitom, kao glavna anorganska komponenta ljudskih kostiju, ima dobru biokompatibilnost i može igrati ulogu u osteokondukciji i osteoindukciji. Kada je HA u kontaktu s tjelesnim tekućinama, površinski ioni se mogu razmjenjivati ​​s ionima u vodenoj otopini, a molekuli ili ioni poput kolagena i proteina mogu se adsorbirati na njihovim površinama kako bi stvorili biofilmove i obloge. Čista HA ima loša mehanička svojstva i nije baš pogodna za okruženja koja nose opterećenje, ali ovaj problem se može riješiti pripremom HA premaza na drugim površinama implantata za spajanje. HA premaz ne samo da omogućava čvrsto hemijsko vezivanje na interfejsu kosti/implantata, već deluje i kao barijera između telesnih tečnosti i metalnih implantata. Učinak modifikacije HA premaza usko je povezan s metodom njegove pripreme i procesom pripreme. Postoje razlike u jačini vezivanja, kristalnosti i gustoći HA premaza pripremljenog različitim metodama sa podlogom. Čvrstoća veze između HA premaza i podloge jedan je od ključnih faktora koji određuju učinak modifikacije. Niska čvrstoća vezivanja može lako dovesti do neuspjeha modifikacije, a ljuštenje HA premaza može uzrokovati probleme poput upale. Relevantne studije su pokazale da adhezijska čvrstoća HA premaza pripremljenih metodom magnetronskog raspršivanja može doseći 80 MPa, što je više od jačine premaza pripremljenih vrućim izostatskim prešanjem, pulsnim laserskim taloženjem, plazma raspršivanjem i sol-gel metodom (približno 14, 16 , 25 i 26 MP). Trenutno se plazma raspršivanje i elektroforetsko taloženje obično koriste za pripremu HA premaza. Elektroforetsko taloženje može premazati podloge složenih oblika, ali je njegova snaga vezivanja niska. Nakon žarenja HA premaza pripremljenog termičkim raspršivanjem, čvrstoća vezivanja premaza je značajno poboljšana, što je posljedica smanjenja zaostalog naprezanja toplinskom obradom. Osim toga, hrapavost površine legure titanijuma različitim tehnikama predobrade, kao što su jetkanje elektronskim snopom, peskarenje mikrosferama, kiselo jetkanje i brušenje brusnim papirom, ili nanošenje prelaznog sloja između HA premaza i supstrata od legure titana, sve jačina adhezije HA premaz se može poboljšati. Svojstva samog HA premaza, kao što su mikrostruktura, veličina zrna HA i čvrstoća vezivanja sa matriksom, sve imaju određeni uticaj na biokompatibilnost materijala implantata. Razlike u kristaliničnosti HA prevlaka mogu uticati na ponašanje ćelija, pri čemu nisko kristalni HA premazi pokazuju niže stope proliferacije osteoblasta u poređenju sa visoko kristalnim HA prevlakama. Studija je otkrila da HA nanoprevlake i mikroprevlake različite kristalnosti pokazuju različite karakteristike rastvaranja i reprecipitacije, a amorfna HA pokazuje visoku topljivost in vivo, te se spekuliše da je kinetika ranog formiranja kostiju povezana s topljivošću HA prevlaka. [38]. Stepen kristalizacije HA premaza može se kontrolisati žarenjem ili taloženjem na visokoj temperaturi (700~800 stepeni). Proces žarenja pretvara dio amorfnog premaza u kristalni premaz i dobiva kristalnu strukturu ili ionsku supstituciju s određenim stupnjem kristalnosti. HA premaz. U usporedbi s ljuskastim HA premazom, premaz iglaste strukture je gust i ujednačen, a premaz iglaste strukture pruža veću površinu kontakta s okolnom tekućinom, pa je pogodniji za taloženje apatita [39]. Mikrostruktura HA prevlake može se mijenjati i zagrijavanjem i sinteriranjem [40]. Dikići i dr. [41] su otkrili da se HA raspada u trikalcijum fosfat (TCP) kada se sinteruje iznad 1050 stepeni, a HA se potpuno razlaže kada se sinteruje na 1400 stepeni; Poroznost sloja raste sa povećanjem temperature sinterovanja. Hulbert et al. [42] su pokazali da porozna struktura mora imati minimalnu međusobno povezane pore od oko 100 μm za urastanje novog koštanog tkiva i osigurati prostor za cirkulaciju tekućine, a otkrili su da manja veličina pora omogućava nepotpunu mineralizaciju infiltrirajućeg tkiva. . Za HA prevlaku, potpuno gusta HA prevlaka nije pogodna za proliferaciju i diferencijaciju stanica, a njena sposobnost da inducira formiranje kostiju je ograničena i uglavnom se koristi kao skela za formiranje kosti [43]. U poređenju sa HA mikronske veličine, HA nano veličine ima ultrafinu strukturu i veću površinsku aktivnost. Nano-HA je sličan mineralima koji se nalaze u ljudskoj teksturi kostiju tvrdog tkiva i ima slične kemijske i kristalografske strukture, a nano-HA je sposobniji poboljšati proliferaciju i diferencijaciju stanica od mikro-HA [44].

2. Stehiometrijski odnos Ca i P za sintetičku HA sa dopiranom hidroksiapatitnom prevlakom je 1,67, ali bioapatit je nestehiometrijske prirode i sastoji se od malih kristala koji se karakterišu slabom kristalinom, i ima relativno visoku rastvorljivost u odnosu na stehiometrijsku količinu HA [45] . U cilju poboljšanja antibakterijskih i diferencijacijskih sposobnosti premaza, zasnovanih na strukturi biološke HA, ionsko dopiranje sintetičke HA je važan istraživački pravac modifikacije površine. Korištenje jona s biološkim funkcijama kao što su Mg2+, Zn2+, Sr2+, Ag+, Zr4+ i F- kao dopanti ne može promijeniti samo stehiometrijski omjer Ca i P u deponovanoj HA, prilagođavaju kristalnu strukturu, poboljšavaju stabilnost premaza, itd. Može se adsorbovati na površini kristala kako bi se poboljšala kvašenje i postigao efekat poboljšanja biološke aktivnosti implantata. Dopiranje HA premaza može se podijeliti na dopiranje s jednim elementom i dopiranje s više elemenata. Među dopingom sa jednim elementom, doping elementom Sr je široko proučavan, Sr se može koristiti kao lijek za liječenje osteoporoze, s povećanjem Sr smanjuje se proliferacija osteoklasta, osim toga, Sr također može poboljšati mehanička svojstva HA . Boyd et al. naneo Sr-HA premaz na površinu silicijuma metodom magnetronskog raspršivanja. Kako se količina dopinga Sr povećavala sa 5% na 13% (maseni udio), hrapavost površine premaza se postupno povećavala, što je poboljšalo otpornost ćelija. adhezije. F- može učiniti vezivanje ćelija povoljnim stvaranjem nižeg površinskog potencijala, s druge strane eksperimenti pokazuju da dopiranje F- povećava otpornost HA na rastvorljivost. Dopiranje Mg2+ u strukturu HA može značajno povećati specifičnu površinu prevlake, a Mg ima određeni inhibitorni efekat na kristalizaciju HA, što je korisno za stvaranje druge biokompatibilne supstance, trikalcijum fosfata ( -TCP) faza. . Ko-dopiranje više jona može kombinovati prednosti dopinga jednim jonom, a sinergijski efekat ko-dopiranja više elemenata je očigledniji. Stoga, kako bi se poboljšale performanse HA premaza, obično se zajedno dopira s više jona. Samani et al. pripremio Zn/Ag ko-dopirane HA prevlake sol-gel metodom i utvrdio da je 1,5% Zn-0. Uzorak ko-dopiranog sa 6% Ag (maseni udio) imao je najmanji ko-dopirani uzorak među svim ko-dopiranim uzorcima. Ko-dopirani uzorci pokazali su bolje antibakterijske rezultate od HA sa 2,5% Zn i HA sa 1,5% Ag. Qiao et al. pripremljeni Si-Sr-Ag ko-dopirani HA/TiO2 premazi elektrodepozicijom. Doping Sr i Si jona povećao je nivoe ekspresije gena povezanih sa osteogenezom i uspešno se suprotstavio potencijalnoj citotoksičnosti Ag jona. . Biološka svojstva ko-dopiranih premaza su superiornija od onih HA i Ag-HA premaza, njihova antibakterijska učinkovitost je uporediva sa Ag-HA premazima, a specifičan visok sadržaj Si i Sr iona može potaknuti dobru proliferaciju i regeneraciju ćelija i koštanog tkiva, poboljšava adheziju ćelija. HA koji sadrži Si ima veću stopu apsorpcije i ima veliki broj aktivnih grupa koje potiču vezivanje osteoblasta. Zhang et al. pripremili SiC nanočesticama poboljšane Na i F ko-dopirane HA prevlake elektrohemijskim taloženjem. Zamjena Ca2+ u HA sa Na+ može promovirati vezivanje ćelija i metabolizam kostiju; zamjena OH- u HA sa F- može povećati strukturnu stabilnost. Stoga, HA premaz zajedno dopiran sa Na i F može pokazati odlična biološka svojstva. Veliki broj studija je pokazao da antibakterijski učinak HA dopiranog jonom u velikoj mjeri ovisi o koncentraciji doping elementa i svojstvima samog dopanta [30]. Antibakterijski i oseointegrirajući efekti. Trenutno postoji nekoliko literature koja se odnosi na dopiranje plazmom elementima retkih zemalja kao što su La, Ce, Nd, Gd. La{60}} dopirani HA premaz ima nisku rastvorljivost i poboljšana mehanička svojstva[55]; u cilju poboljšanja antibakterijske i otpornosti na habanje HA premaza, Aditi et al.[56] korišćena tehnologija plazma raspršivanja u HA premazu od legure titana. Kada su dodani CeO2, Ag i ugljične nanocijevi, ustanovljeno je da su konstanta habanja i naprezanje smicanja prevlake znatno smanjeni, a antibakterijska svojstva dobra.

3. Hitozan premaz Pored biokeramike kao što je HA, koja se koristi kao površinski premaz implantata od legure titanijuma, hitozan, kao prirodno organsko jedinjenje, ima dobru biokompatibilnost, antibakterijska svojstva i antićelijska svojstva. Promocija proliferacije i diferencijacije se također često koristi kao premaz za modifikaciju površine za implantate od legure titana. Hitozan takođe ima dobra svojstva adsorpcije, može se biorazgraditi in vivo, nema toksično dejstvo i može se kombinovati sa drugim supstancama kao što je HA kao nosač leka. Kontrolom debljine hitozanskog premaza može se regulisati lokalna koncentracija lijeka kako bi se liječila postoperativna infekcija, upala i postigla bolja oseointegracija implantata. Hitozan može stupiti u interakciju s negativno nabijenim bakterijskim stanicama kako bi postigao antibakterijski učinak i smanjio rizik od otkazivanja implantata. Iako je njegova antibakterijska aktivnost nešto niža od nekih metalnih jona, sigurnija je za ljudski organizam. Antibakterijski mehanizam hitozana je uglavnom korištenje njegovih funkcionalnih grupa (amino grupa) i pozitivnih električnih svojstava za reakciju s bakterijskim membranama kako bi se inhibirao rast bakterija. Antibakterijska svojstva hitozana različite molekularne težine nisu ista. Hitozan visoke molekularne težine. Zheng Lianying i saradnici su otkrili da kada je molekularna težina hitozana ispod 300 000, njegov antibakterijski učinak na Escherichia coli i Staphylococcus aureus je suprotan promjeni molekularne težine. slabljenje. Kiroshka et al. proučavao je učinak hitozan-hitin nanoprevlaka na osteocite štakora i otkrio da su i poroznost prevlake i raspodjela veličine pora povezani s molekulskom težinom hitozana, a molekularna težina također utječe na strukturu skeleta rasta i proliferacije stanica; U njihovoj studiji, premaz hitozana sa prosječnom molekulskom težinom (MW) od 160 000 imao je visoku poroznost, nisku brzinu bubrenja i bolju ćelijsku difuziju. Prisustvo velike količine -OH u hitozanskom omotaču, koji je pozitivno nabijen, može ubrzati taloženje PO4 3-, tako da može izazvati stvaranje HA in vivo, hidrofilnost supstrata nakon cijepljenja hitozanski premaz je poboljšan, au SBF-u se može formirati potpuna HA nakon biomimetičkog taloženja premaza, a taložena količina necijepljenog uzorka (titan uzorak) značajno se razlikuje. Budući da je hitozan teško formirati hemijske veze sa implantatima, kako bi se poboljšala njegova čvrstoća vezivanja na površini titanijumskih legura, istraživači su sproveli dalja istraživanja. Egemen et al. elektroforetski naneseni hitozan na pjeskareni Ti-6Al-4V. Studija je otkrila da morfologija supstrata nakon pjeskarenja utječe na hrapavost hitozanskog premaza; povećanje obima. Jugowiec et al. dodali HA nanopraškove i nanočestice u hitozan koloide, a zatim ih elektroforetski taložili na površinu Ti{10}}Nb{11}}Zr legure. Studija je otkrila da dodavanje nanočestica čini debljinu deponovanog hitozana debljom, što se razlikovalo od materijala na bazi titana. Čvrstoća vezivanja je bolja, a otpornost na koroziju i biokompatibilnost materijala su poboljšani. Zhang et al. tretirao površinu titana alkalijom, a zatim je uronio u rastvor natrijum heparina i karboksimetil hitozana. Zbog prisustva velike količine -OH na površini titanijuma nakon alkalne obrade, njegova hrapava površina može se usko kombinovati sa hitozanom. Uzorak pokazuje odličnu hidrofilnost sa kontaktnim uglom sa vodom od samo 8 stepeni. Iako hitozanski premaz ima dobru biokompatibilnost, njegova mehanička svojstva su relativno loša, a popunjavanje nedostataka u mehaničkim svojstvima hitozana je ključ njegovog razvoja.

4. In-situ rast nizova TiO2 nanocijevi na površini titanovih legura Struktura TiO2 nanocijevi može spriječiti oslobađanje metalnih jona (kao što su Al, V, itd.), olakšati reakciju implantacije i pokazati bolju otpornost na koroziju od TiO2 rasuti materijali i biokompatibilnost. Stoga je sinteza prevlaka niza TiO2 nanocijevi na površini titanijumskih legura postala još jedna efikasna mjera za poboljšanje njihovih medicinskih svojstava. Anodizacija se često koristi za pripremu nizova TiO2 nanocijevi na površini materijala na bazi titana, čime se formira TiO2 premaz s poroznom strukturom sličnom kosti. regulacija. Nizovi TiO2 nanocijevi pripremljeni metodom anodizacije su u amorfnom stanju. Nakon žarenja, niz se može transformirati iz amorfnog stanja u fazu anataze ili fazu rutila. Nakon žarenja na 300 ~ 500 stupnjeva, to je općenito faza anataze, a žarenje na 600 stupnjeva, a zatim se postepeno pretvara u fazu rutila. Povećanje površinske kristalnosti smanjuje ugao kontakta sa vodom žarljenih uzoraka, što omogućava da nizovi nanocijevi pokažu visoku površinsku kvašenje, što olakšava adsorpciju proteina i adheziju ćelija, a sinergijski efekat nanocevi i kristalne strukture ubrzava degradaciju HA. taloženje. Studije su pokazale da faza anataze pokazuje bolje performanse u indukciji ćelijske diferencijacije ili ćelijske proliferacije od faze rutila, i da je lakše deponovati HA na fazu anataze. Pored toga, Yu et al. otkrili su da TiO2 nanocijevi s relativno malim promjerima pogoduju adheziji i proliferaciji osteoblasta; dok TiO2 nanocevi sa relativno velikim prečnikom pokazuju bolju sposobnost osteogene diferencijacije, a velike nanocevi se mogu koristiti u simulaciji ćelija. Bolji osteogeni potencijal nakon tretmana oksidativnog stresa. Kada napon anodizacije varira unutar određenog opsega, dužina i prečnik nanocevi se povećavaju sa povećanjem napona; Sa povećanjem vremena oksidacije povećava se hrapavost površine uzorka, a smanjuje se i kut kontakta s vodom. Ti-6Al-4V legura je relativno široko korišten biomedicinski materijal, koji se sastoji od + faze. Tokom procesa anodizacije, brzine rastvaranja dvije faze su različite, a dužina cijevi nanocijevi je različita u različitim fazama. Mansoorianfar et al.[75] uspješno proizveden niz TiO2 nanocijevi sa dobrom uniformnošću na Ti-6Al-4V leguri sekundarnom anodnom oksidacijom na naponu od 50~75V. Morfologija nanocevi je prikazana na slici 1. Prosečna dužina cevi i prečnik cevi su se povećavali sa povećanjem napona. Utvrđeno je da su uzorci pripremljeni na 60 V pokazali najbolju vitalnost ćelija, a Slika 2 prikazuje analizu difeniltetraoksazol bromida (MTT) MG63 stromalnih ćelija koštane srži kultivisane na svakom uzorku. Priprema slojeva TiO2 nanocijevi na legurama bio-titanijuma sa niskim modulom elastičnosti ne samo da obezbeđuje mehanička svojstva materijala implantata, već i poboljšava njihovu biokompatibilnost. Li et al. [76] pripremili slojeve TiO2 nanocijevi na površini Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(Ti2448) legure titana, nanocijev-Ti2448 (NTi2448) u poređenju sa čistim Ti, nanocijevi -Ti(NT) i Ti2448, pokazali su veću sposobnost vlaženja, otpornost na koroziju, citokompatibilnost i sposobnost oseointegracije. Zbog dodavanja Nb, Zr i drugih elemenata leguri titana s niskim modulom elastičnosti, oksidni film formiran nakon anodizacije poboljšava njegovu otpornost na koroziju. Osim toga, dodavanje legirajućih elemenata smanjuje red niza nanocijevi, a promjer cijevi je drugačiji. , a studije su takođe pokazale da nizovi sa niskim stepenom pokazuju bolju kompatibilnost. Trenutno se površinska modifikacija materijala na bazi titana anodnom oksidacijom uglavnom fokusira na istraživanje čistog titanijuma i Ti{43}}Al{44}}V legure. Istraživači su istraživali morfologiju, sastav, odnos između kristalne strukture, itd. i hrapavosti površine, vlaženja, proliferacije i diferencijacije ćelija. Međutim, malo pažnje je posvećeno učinku legirajućih elemenata novih medicinskih legura titanijuma na morfologiju prevlaka niza nanocijevi pripremljenih anodizacijom.

5. Površinska modifikacija zasnovana na prevlaci niza TiO2 nanocevi Za modifikaciju površine legura titanijuma, istraživači često integrišu niz tehničkih sredstava za projektovanje u skladu sa specifičnim zahtevima. Kombinacija višestrukih metoda modifikacije u velikoj mjeri integrira prednosti svake metode modifikacije, a učinak modifikacije se također kontinuirano optimizira.

Kako bi se poboljšala otpornost implantata na habanje, ranije su se koristile magnetronsko raspršivanje i druge metode za pripremu TiN slojeva na površini implantata, ali se na bazi TiO2 nanocijevi prevlake TiN nanocijevi mogu dobiti kontinuiranom redukcijom i nitridacijom TiO2. nanocevi. , koji ne samo da osigurava da porozna struktura ispunjava zahtjeve biokompatibilnosti, već i poboljšava njenu otpornost na habanje. Niz TiO2 nanocevi ima veliku specifičnu površinu, a upotreba niza TiO2 nanocevi kao prelaznog sloja može povećati adhezivnu čvrstoću HA premaza i poboljšati količinu taloženja HA premaza. Lin et al. formirao kalcijum titanat (CaTiO3) na površini nanocevi vakuumskom kalcifikovanjem i hidrotermalnom obradom, čime su obezbeđena mesta nukleacije za HA i ostvarena hemijska veza između prevlake HA na nanorazmeri i TiO2 matrice. Fathyunes et al. koristio je elektrodepoziciju uz pomoć ultrazvuka za pripremu prevlake grafen oksid-HA na TiO2 nanocijevi. Grafen poboljšava mehanička svojstva HA premaza, a sam grafen je biokompatibilan. Prethodne studije su pokazale da grafen može inducirati diferencijaciju matičnih stanica i stimulirati osteoblaste. Premaz TiO2 nanocijevi također pokazuje jedinstvene prednosti u punjenju jona i lijekova sa sporim oslobađanjem. Trenutno, premaz TiO2 nanocijevi se počeo koristiti kao premaz porozne strukture za punjenje iona ili antibakterijskih i protuupalnih lijekova, te postiže ulogu inteligentnog oslobađanja lijeka promjenom temperature, pH i drugih uvjeta. Ag, Cu, Sr plazmoni naneseni na nizove TiO2 nanocijevi mogu se koristiti kao antimikrobni agensi sa dugotrajnim i sporim oslobađanjem u živim organizmima. Chen Yi et al[84] koristili su magnetronsko raspršivanje za pripremu tankih filmova TiAg, zatim su koristili anodizaciju za pripremu nizova nanocijevi TiO2 napunjenih Ag, a zatim su koristili hidrotermalnu metodu za punjenje SrTiO3. Uzorci napunjeni jonima i dalje su pokazali dobre performanse nakon 60 d. Dobra antibakterijska i osteoinduktivna svojstva. Osim toga, TiO2 nanocijevi se često koriste kao spremnici za antibakterijske lijekove kako bi se postigao efekat inteligentnog odloženog oslobađanja lijekova, ali kontrola brzine oslobađanja lijeka kontrolom dužine i promjera nanocijevi ima određena ograničenja, pa se često koristi u nanocijevima napunjenim lijekovima. Niz cijevi je inkapsuliran biopolimerom kako bi se spriječilo pucanje lijeka. Zhong et al. presvučena polimetakrilnom kiselinom na nizovima TiO2 nanocijevi napunjenih norfloksacinom, koje su pokazale malo otpuštanje praska (34,4%) i duže vrijeme produženog oslobađanja. Metoda koju su predložili Aw et al. upotreba nanocevi napunjenih polimernim micelama napunjenim lekovima i oblaganje površine TiO2 nanocevi biopolimernim premazima kao što je hitozan takođe je poboljšalo antibakterijske i antiinflamatorne funkcije TiO2 nanocevi. S druge strane, neki istraživači su poboljšali punjenje i brzinu oslobađanja lijeka promjenom hrapavosti stijenke nanocijevi, što je podjednako primjenjivo i na hidrofilne i na hidrofobne lijekove [88]. Na osnovu efekta modifikacije trenutnih premaza TiO2 nanocijevi niza, očekuje se da će priprema prevlaka niza TiO2 nanocijevi na površini implantata od titanijumske legure postati osnovni korak u modifikaciji medicinskih legura titanijuma u budućnosti.