kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-2(18)-55kaz44-1627Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)CHEMICAL TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ, СФОРМИРОВАННЫХ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯASSESSMENT OF THE TOXICITY OF NANOCOMPOSITE COATINGS FORMED BY THE MICRO-ARC OXIDATION METHODhttps://orcid.org/0009-0001-5887-0135ЖасұланА. Ж.ZhassulanA.

Айнұр Жасұланқызы Жасұлан – докторант специальности «Техническая физика»; Научный сотрудник Инжинирингового центра, 

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Ainur Zhassulan – PhD student in the specialty «Technical Physics»; Researcher at the Engineering Center,

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka St., 20A

ainur.99.99.99@mail.ruСатбаеваЗ. А.SatbayevaZ.

Зарина Аскарбековна Сатбаева – PhD, директор ТОО «MetPro», 071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Физкультурная, 4 А;

Science Professor Ведущий научный сотрудник Инжинирингового центра, 071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Zarina Satbayeva – PhD, Director of LLP «MetPro», 071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Fizkulturnaya St., 4A;

Science Professor Shakarim University, Leading Researcher of the Engineering Center, 071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka St., 20A

https://orcid.org/0000-0001-6099-2812ОрманбековК. Д.OrmanbekovK.

Куаныш Даулетович Орманбеков – докторант специальности «Механика и металлообработка»; Ведущий научныйсотрудник Инжинирингового центра; 071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Kuanysh Ormanbekov – PhD student in the specialty «Mechanics and Metalworking»Leading Researcher of the Engineering Center,

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka St., 20A

ormanbekov_k@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-2877-5178ШынарбекА. Б.ShynarbekA.

Айбек Бақытжанұлы Шынарбек – докторант специальности «Механика и металлообработка»; Ведущий научный сотрудник Инжинирингового центра,

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Aibek Shynarbek – PhD student in the specialty «Mechanics and Metalworking»;Leading Researcher of the Engineering Center,

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka St., 20A

shinarbekov16@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5166-4761КусаиновР. К.KussainovR.

Ринат Кенжеевич Кусаинов – старший преподаватель кафедры физико-математических науки информатики; Руководитель Инжинирингового центра,

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Rinat Kussainov – Senior Lecturer in the Department of Physical and Mathematical Sciences andInformatics; Head of the Engineering Center,

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka St., 20A

rinat.k.kus@mail.ruШәкәрім университетКазахстанShakarim UniversityKazakhstanТОО «MetPro»; Шәкәрім университетКазахстан«MetPro» LLC; Shakarim UniversityKazakhstan20250807202502(18)443452Copyright © Жасұлан А.Ж., Сатбаева З.А., Орманбеков К.Д., Шынарбек А.Б., Кусаинов Р.К., 20252025Жасұлан А.Ж., Сатбаева З.А., Орманбеков К.Д., Шынарбек А.Б., Кусаинов Р.К.Zhassulan A., Satbayeva Z., Ormanbekov K., Shynarbek A., Kussainov R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1627

Проведено исследование цитотоксичности нанокомпозитных покрытий, сформированных методом микродугового оксидирования с добавлением наночастиц. Для оценки токсичности покрытий использовали метод МТТ-теста in vitro с клеточной линией HOS. Исследованы два типа покрытий, различающихся концентрацией наночастиц в составе: 0,5% и 1%. Анализ показал, что покрытие с более низкой концентрацией наночастиц соответствовало международным стандартам биосовместимости, в то время как увеличение содержания наночастиц до 1% приводило к значительному повышению цитотоксичности. Экспериментально установлено, что при высокой концентрации наночастиц в покрытиях наблюдаются изменения окраски среды и образование осадка, что указывает на возможные локальные изменения кислотности (pH) и химическую нестабильность покрытия в физиологических условиях. Выявлены статистически значимые различия между исследуемыми группами по уровню цитотоксичности, что подтверждает необходимость оптимизации состава покрытий для медицинских имплантатов. Результаты исследования подтверждают, что нанокомпозитные покрытия с оптимизированным содержанием наночастиц могут быть перспективными для применения в медицинских устройствах, однако требуют дальнейшей валидации in vivo. Установлена корреляция между концентрацией наночастиц и изменением морфологии поверхности, что может оказывать влияние на адгезию клеток. Полученные данные подчеркивают важность разработки безопасных покрытий для биомедицинских применений.

A study of the cytotoxicity of nanocomposite coatings formed by microarc oxidation with the addition of nanoparticles was conducted. To assess the toxicity of the coatings, the in vitro MTT test with the HOS cell line was used. Two types of coatings with different nanoparticle concentrations were studied: 0.5% and 1%. The analysis showed that the coating with a lower nanoparticle concentration met international biocompatibility standards, while an increase in the nanoparticle content to 1% led to a significant increase in cytotoxicity. It was experimentally established that at a high concentration of nanoparticles in the coatings, changes in the acidity of the medium and sediment formation are observed, which may indicate their chemical instability under physiological conditions. Statistically significant differences in the cytotoxicity level between the studied groups were revealed, which confirms the need to optimize the composition of coatings for medical implants. The study results confirm that nanocomposite coatings with an optimized nanoparticle content may be promising for use in medical devices, but require further validation in vivo. A correlation was established between the concentration of nanoparticles and a change in surface morphology, which may affect cell adhesion. The obtained data highlight the importance of developing safe coatings for biomedical applications.

микродуговое оксидированиенанокомпозитные покрытияцитотоксичностьнаночастицыin vitromicroarc oxidationnanocomposite coatingscytotoxicitynanoparticlesin vitroReferencesThe Augmentation of nanotechnology era: A concise review on fundamental concepts of nanotechnology and applications in material science and technology / S.A. Ahire et al // Results in Chemistry. – 2022. – Т. 4. – Р. 100633.Ahire S. A., Bachhav A. A., Pawar T. B., Jagdale B. S., Patil A. V., Koli P. B. The Augmentation of nanotechnology era: A concise review on fundamental concepts of nanotechnology and applications in material science and technology //Results in Chemistry. – 2022. – Т. 4. – С. 100633.Nanomaterials for biomedical applications: production, characterisations, recent trends and difficulties / M. Mabrouk et al // Molecules. – 2021. – Т. 26, № 4. – Р. 1077.Mabrouk M., Das D. B., Salem Z. A., Beherei H. H. Nanomaterials for biomedical applications: production, characterisations, recent trends and difficulties //Molecules. – 2021. – Т. 26. – №. 4. – С. 1077.Nanocomposite organic coatings for corrosion protection of metals: A review of recent advances / M.H. Nazari et al // Progress in Organic Coatings. – 2022. – Т. 162. – Р. 106573.Nazari M. H., Zhang, Y., Mahmoodi, A., Xu, G., Yu, J., Wu, J., & Shi, X. Nanocomposite organic coatings for corrosion protection of metals: A review of recent advances //Progress in Organic Coatings. – 2022. – Т. 162. – С. 106573.Аллопластические и имплантационные материалы для костной пластики: обзор литературы / У.Ф. Мухаметов и др. // Креативная хирургия и онкология. – 2021. – № 4. – С. 343-353.Mukhametov U. F., Lyulin S. V., Borzunov D. Yu., Gareev I. F., Beilerli O. A. Alloplastic and implantation materials for bone grafting: a literature review // Creative surgery and oncology. - 2021. - No. 4. - P. 343-353. (in Russian)Incorporating TiO2 nanoparticles to enhance corrosion resistance, cytocompatibility, and antibacterial properties of PEO ceramic coatings on titanium / М. Molaei // Ceramics International. – 2022. – Т. 48, № 14. – Р. 21005-21024.Molaei M., Fattah-alhosseini A., Nouri M., Mahmoodi P., Nourian A. Incorporating TiO2 nanoparticles to enhance corrosion resistance, cytocompatibility, and antibacterial properties of PEO ceramic coatings on titanium //Ceramics International. – 2022. – Т. 48. – №. 14. – С. 21005-21024.Surface Modification and Tribological Performance of Calcium Phosphate Coatings with TiO2 Nanoparticles on VT1-0 Titanium by Micro-Arc Oxidation / В. Rakhadilov et al // Crystals. – 2024. – Т. 14, № 11. – Р. 945.Rakhadilov B., Zhassulan A., Ormanbekov K., Shynarbek A., Baizhan D., Aldabergenova T. Surface Modification and Tribological Performance of Calcium Phosphate Coatings with TiO2 Nanoparticles on VT1-0 Titanium by Micro-Arc Oxidation //Crystals. – 2024. – Т. 14. – №. 11. – С. 945.Modification of physicochemical properties and bioactivity of oxide coatings formed on Ti substrates via plasma electrolytic oxidation in crystalline and amorphous calcium phosphate particle suspensions / V. Grebņevs et al // Applied Surface Science. – 2022. – Т. 598. – Р. 153793.Grebņevs V., Leśniak-Ziółkowska K., Wala M., Dulski M., Altundal Ş., Dutovs A., Simka, W. Modification of physicochemical properties and bioactivity of oxide coatings formed on Ti substrates via plasma electrolytic oxidation in crystalline and amorphous calcium phosphate particle suspensions //Applied Surface Science. – 2022. – Т. 598. – С. 153793.An updated overview on metal nanoparticles toxicity / S. Medici et al // Seminars in cancer biology. – Academic Press, 2021. – Т. 76. – Р. 17-26.Medici S., Peana M., Pelucelli A., Zoroddu, M. A. An updated overview on metal nanoparticles toxicity //Seminars in cancer biology. – Academic Press, 2021. – Т. 76. – С. 17-26.Sharma S. Toxicology of nanoparticles in drug delivery / S. Sharma, R. Parveen, B.P. Chatterji // Current pathobiology reports. – 2021. – Р. 1-12.Sharma S., Parveen R., Chatterji B. P. Toxicology of nanoparticles in drug delivery //Current pathobiology reports. – 2021. – С. 1-12.Bioceramic coatings on metallic implants: An overview / М. Montazerian et al // Ceramics International. – 2022. – Т. 48, № 7. – Р. 8987-9005.Montazerian M., Hosseinzadeh F., Migneco C., Fook M. V., Baino F. Bioceramic coatings on metallic implants: An overview //Ceramics International. – 2022. – Т. 48. – №. 7. – С. 8987-9005.Biocompatibility testing for implants: A novel tool for selection and characterization / W. Al-Zyoud et al // Materials. – 2023. – Т. 16, № 21. – Р. 6881.Al-Zyoud W., Haddadin D., Hasan S. A., Jaradat H., Kanoun, O. Biocompatibility testing for implants: A novel tool for selection and characterization //Materials. – 2023. – Т. 16. – №. 21. – С. 6881.Toxicology assessment of polymeric material for implants / N.K. Shrivastava et al // Assessment of Polymeric Materials for Biomedical Applications. – CRC Press. – 2023. – Р. 33-54.Shrivastava N. K., Singh D., Verma S. K., Singh A. P., Srivastava, A. Toxicology assessment of polymeric material for implants //Assessment of Polymeric Materials for Biomedical Applications. – CRC Press, 2023. – С. 33-54.Current nanocomposite advances for biomedical and environmental application diversity / N. Mamidi et al // Medicinal Research Reviews. – 2024.Mamidi N., Delgadillo R. M., Sustaita A. O., Lozano K., Yallapu M. M. Current nanocomposite advances for biomedical and environmental application diversity //Medicinal Research Reviews. – 2024.Recent trends and developments in conducting polymer nanocomposites for multifunctional applications / S. Sharma et al // Polymers. – 2021. – Т. 13, № 17. – Р. 2898.Sharma S., Sudhakara P., Omran A. A. B., Singh J., Ilyas R. A. Recent trends and developments in conducting polymer nanocomposites for multifunctional applications //Polymers. – 2021. – Т. 13. – №. 17. – С. 2898.Polysaccharide-based nanocomposites for biomedical applications: a critical review / Н. Shokrani et all // Nanoscale Horizons. – 2022. – Т. 7, № 10. – Р. 1136-1160.Shokrani H., Shokrani A., Sajadi S. M., Yazdi M. K., Seidi F., Jouyandeh M., Ramakrishna, S. Polysaccharide-based nanocomposites for biomedical applications: a critical review //Nanoscale Horizons. – 2022. – Т. 7. – №. 10. – С. 1136-1160.Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей / В.П. Шахов и др. – 2004.Shakhov V. P., Khlusov I. A., Dambaev G. Ts., Zaitsev K. V., Salmina A. B., Shakhova S. S., Volgushev S. A. Introduction to cell culture methods, organ and tissue bioengineering. – 2004. (in Russian)Korkmaz S. MVN: An R package for assessing multivariate normality / S. Korkmaz, D. Göksülük, G. Zararsiz // R JOURNAL. – 2014. – Т. 6, № 2.Korkmaz S., Göksülük D., Zararsiz G. MVN: An R package for assessing multivariate normality //R JOURNAL. – 2014. – Т. 6. – №. 2.Royston J. A remark on algorithm AS-181-The W test for normality (Algorithm R94) / J. Royston // J Appl Stat. – 1995. – Т. 44, № 4. – Р. 547-551.Royston J. A remark on algorithm AS-181-The W test for normality (Algorithm R94) //J Appl Stat. – 1995. – Т. 44. – №. 4. – С. 547-551.Short preirradiation of TiO2 nanoparticles increases cytotoxicity on human lung coculture system / О. Kose et al // Chemical Research in Toxicology. – 2021. – Т. 34, № 3. – Р. 733-742.Kose O., Tomatis M., Turci F., Belblidia N. B., Hochepied J. F., Pourchez J., Forest, V. Short preirradiation of TiO2 nanoparticles increases cytotoxicity on human lung coculture system //Chemical Research in Toxicology. – 2021. – Т. 34. – №. 3. – С. 733-742.Nadimi M. Incorporation of ZnO-ZrO2 nanoparticles into TiO2 coatings obtained by PEO on Ti– 6Al-4V substrate and evaluation of its corrosion behavior, microstructural and antibacterial effects exposed to SBF solution / M. Nadimi, C. Dehghanian // Ceramics International. – 2021. – Т. 47, № 23. – Р. 33413-33425.Nadimi M., Dehghanian C. Incorporation of ZnO–ZrO2 nanoparticles into TiO2 coatings obtained by PEO on Ti–6Al–4V substrate and evaluation of its corrosion behavior, microstructural and antibacterial effects exposed to SBF solution //Ceramics International. – 2021. – Т. 47. – №. 23. – С. 33413-33425.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.