RO132032B1 - Procedeu de acoperire antibacteriană a unei suprafeţe dintr-un aliaj ternar de titan prin metoda sonochimică - Google Patents
Procedeu de acoperire antibacteriană a unei suprafeţe dintr-un aliaj ternar de titan prin metoda sonochimică Download PDFInfo
- Publication number
- RO132032B1 RO132032B1 ROA201600055A RO201600055A RO132032B1 RO 132032 B1 RO132032 B1 RO 132032B1 RO A201600055 A ROA201600055 A RO A201600055A RO 201600055 A RO201600055 A RO 201600055A RO 132032 B1 RO132032 B1 RO 132032B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- antibacterial
- coating
- zno
- sonochemical
- alloy
- Prior art date
Links
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 title claims description 53
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 18
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 claims 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 49
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 27
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 24
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 19
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 18
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 16
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 7
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 7
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012891 Ringer solution Substances 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 3
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 3
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 3
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 2
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 230000003385 bacteriostatic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 238000012990 sonochemical synthesis Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 102000007469 Actins Human genes 0.000 description 1
- 108010085238 Actins Proteins 0.000 description 1
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- GHXZTYHSJHQHIJ-UHFFFAOYSA-N Chlorhexidine Chemical compound C=1C=C(Cl)C=CC=1NC(N)=NC(N)=NCCCCCCN=C(N)N=C(N)NC1=CC=C(Cl)C=C1 GHXZTYHSJHQHIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001342895 Chorus Species 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000295644 Staphylococcaceae Species 0.000 description 1
- 241000191940 Staphylococcus Species 0.000 description 1
- 108010059993 Vancomycin Proteins 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002368 bacteriocinic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000002763 biomedical alloy Substances 0.000 description 1
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229960003260 chlorhexidine Drugs 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- HAORKNGNJCEJBX-UHFFFAOYSA-N cyprodinil Chemical compound N=1C(C)=CC(C2CC2)=NC=1NC1=CC=CC=C1 HAORKNGNJCEJBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003436 cytoskeletal effect Effects 0.000 description 1
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 238000001198 high resolution scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- VMGAPWLDMVPYIA-HIDZBRGKSA-N n'-amino-n-iminomethanimidamide Chemical compound N\N=C\N=N VMGAPWLDMVPYIA-HIDZBRGKSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000001937 non-anti-biotic effect Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- BOLDJAUMGUJJKM-LSDHHAIUSA-N renifolin D Natural products CC(=C)[C@@H]1Cc2c(O)c(O)ccc2[C@H]1CC(=O)c3ccc(O)cc3O BOLDJAUMGUJJKM-LSDHHAIUSA-N 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003518 stress fiber Anatomy 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229960003165 vancomycin Drugs 0.000 description 1
- MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-N vancomycin Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=C2C=C3C=C1OC1=CC=C(C=C1Cl)[C@@H](O)[C@H](C(N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H]3C(=O)N[C@H]1C(=O)N[C@H](C(N[C@@H](C3=CC(O)=CC(O)=C3C=3C(O)=CC=C1C=3)C(O)=O)=O)[C@H](O)C1=CC=C(C(=C1)Cl)O2)=O)NC(=O)[C@@H](CC(C)C)NC)[C@H]1C[C@](C)(N)[C@H](O)[C@H](C)O1 MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-N 0.000 description 1
- MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N vancomycin Natural products O1C(C(=C2)Cl)=CC=C2C(O)C(C(NC(C2=CC(O)=CC(O)=C2C=2C(O)=CC=C3C=2)C(O)=O)=O)NC(=O)C3NC(=O)C2NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(CC(C)C)NC)C(O)C(C=C3Cl)=CC=C3OC3=CC2=CC1=C3OC1OC(CO)C(O)C(O)C1OC1CC(C)(N)C(O)C(C)O1 MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Description
Invenția se referă la metoda sonochimică defuncționalizare a suprafeței aliajelor, prin aplicarea de nanoacoperire antibacteriană care asigură protecție bacteriostatică și bactericidă pe durată lungă, pentru implanturi ortopedice.
Este cunoscută, din articolul Yendry Regina Corrales Ureha, Silvia Helena Prado Bettini, Pablo RiverosMurioz, Linda Wittig, Klaus, Rischka, Paulo N. Lisboa-Filho, ”ln situ sonochemical synthesis ofZnO particles embedded in a thermoplastic matrix for biomedical applications”, Materials Science and Engineering: C, Voi. 49,1 April 2015, pp. 58-65, sinteza de particule antimicrobiene de oxid de zinc într-o matrice de polistiren, folosind ultrasunete, utilizând astfel compozitul preparat in situ pentru acoperiri antibacteriene.
De asemenea, se cunoaște, din articolul Formation andcharacterization ofsilver nanoparticles in aqueous solution via ultrasonic irradiation” - Chaodong He, Lanlan Liu, Zeguo Fang, Jia Li, Jinbao Guo, Jie Wei, Ultrasonics Sonochemistry, Voi. 21,2014, pp. 542-548, sinteza nanoparticulelor antimicrobiene de Ag în soluție apoasă, prin iradierea ultrasonică.
Ingineria suprafețelor, capabilă să stimuleze formarea și dezvoltarea țesuturilor care înconjoară implantul metalic, este în momentul de față o provocare în domeniul biomaterialelor. Studii recente au arătat că modificări ale suprafeței la nivel nanometric au influență semnificativă, pozitivă asupra stimulării activității celulare, a îmbunătățirii bioactivității, dar trebuie să aibă și activitate antibacteriană, protejând organismul uman de reacții adverse.
în aplicarea implanturilor metalice ortopedice apar infecții; prevenirea infecțiilor care apar atât la începutul implantării, cât și pe parcursul existenței implantului se face foarte eficient prin creșterea abilității antibacteriene a materialelor implantate; pentru implanturile metalice pe bază de titan și aliajele acestuia, se folosesc următoarele metode:
- impregnarea cu antibiotice a cementurilor sau acoperirilor de hidroxiapatită; are dezavantajul că acestea acționează pe termen scurt, sunt toxice și dezvoltă rezistență la stafilococi [H. Gautier, G. Daculsi, C. Merle, “Association of vancomycin and calcium phosphate by dynamic compaction: in vitro characterization and microbiological activity”, Biomaterials 22, (2001), 2481];
- acoperiri cu agenți antimicrobieni organici non-antibiotici [A. Kozlovsky, Z. Artzi, O. Moses, N. Kamin-Belsky, R. B. Greenstein, “Interaction of chlorhexidine with smooth and rough types oftitanium surfaces”, J. Periodontol, 77, (2006), 1194] - au eficiență scăzută;
- acoperiri cu agenți antimicrobieni anorganici, pe bază de argint, obținute prin depunere în plasmă, laser sau metoda chimică [B. S. Necula, L. Apachitei, F. D. Tichelaar, L. E. Frațilă-Apachiței, J. Druszczyk, “An electron microscopica! study on the growth of TiCVAg antibacterial coatings on Ti6A17Nb biomedicalalloy”, Acta Biomater. 7 (2011) 2751; J. Jelinek, T. Kocourek, J. Remsa, M. Weiserowa, K. Jurek, J. Miksovsky, J. Strnad, A. Galandakova, J. Ulrichova, “Antibacterial, cytotoxicity and phisical properties of laser-Silver doped hydroxyapatite layers”, Mater. Sci. Eng. C 33 (2013) 1242; X. Zhang, Z. Li, X. Yuan, Z. Cui, H. Bao, X. Li, Y. Liu, X. Yang, “Cytotoxicity and antibacterial property of titanium alloy coated with silver nanoparticle-containing polyelectrolyte multilayer”, Mater. Sci. Eng. C 33, (2013)2816];
- sinteza de particule antimicrobiene de oxid de zinc (ZnO), prin metoda chimică sau sonochimică, incluse în matrice de polistiren, și folosite ca medicamente, fără a fi depuse pe suprafețe metalice [M. Cepin, G. Hribar, S. Caserman, Z. Crnjak Orei, “Morphological impact of zinc oxide particles on the antibacterial activity and human epithelia toxicity”, Mater. Sci. Eng. C 52 (2015) 204; Y. R. Corrales Urena, S. H. Prado Bettini, P. Riveros Munoz, L. Wittig, K. Rischka, P.N. Lisboa-Filho, “In situ sonochemical synthesis of ZnO particles embaded în a thermoplastic matrix for biomedical applications’’, Mater. Sci. Eng. C 49 (2015) 58].
RO 132032 Β1
Metoda sonochimică a fost folosită pentru obținerea de particule antimicrobiene de 1 Ag [C. He, L. Liu, Z. Fang, J. Li, J. Guo, J. Wei, “Formation and characterization of silver nanoparticles în aqueous solution via ultrasonic irradiation”, Ultrasonics 3 Sonochemistry, 21 (2014) 542] sau ZnO [Y.R. Corrales Urena, S.H. Prado Bettini, P. Riveros Munoz, L. Wittig, K. Rischka, P.N. Lisboa-Filho, “In situ sonochemical 5 synthesis of ZnO particles embaded în a thermoplastic matrix for biomedical applications1’, Mater. Sci. Eng. C 49 (2015) 58], fără a fi aplicate pe suprafețe metalice. 7
Metoda sonochimică, conform invenției, constă în aplicarea de ZnO netoxic pentru corpul uman, dar cu acțiune antibacteriană demonstrată. Undele sonicedeînaltă intensitate, 9 sau cele ultrasonice produc fenomene de cavitație și sinteză în soluție de nanoparticule de zinc, și, prin coliziune, introduc în substratul metalic nanoparticule antibacteriene; coliziunea 11 dintre nanoparticule și substrat produce modificări ale morfologiei, compoziției și reactivității suprafeței; se asigură în același timp un ancoraj puternic la suprafață a nanoparticulelor 13 bacteristatice.
Problema tehică pe care o rezolvă invenția constă în depunerea de nanoparticule 15 antibacteriene pe suprafețe metalice, prin metoda sonochimică.
S-a demonstrat că, datorită proprietăților speciale ale metodei sonochimice, nanopar- 17 ticulele antibacteriene au fost adsorbite permanent pe substrat, asigurând în acest mod o protecție antibacteriană de lungă durată. Realizarea acoperirii antibacteriene s-a făcut prin 19 metoda chimică verde, cu consum redus de substanță antibacteriană solubilă în apă. Nanoacoperirea antibacteriană are atât rezistență la coroziune, biocompatibilitate, cât și activitate 21 bacteristatică și bactericidă.
Avantajele procedeului de acoperire antibacteriană aplicată pe suprafața unui aliaj 23 ternar de titan sunt următoarele:
- prin metoda sonochimică se asigură activitate antibacteriană continuă, pe termen 25 lung, fără a afecta aderența și multiplicarea celulelorosoase pe suprafața implantului metalic;
- nanoacoperirea antibacteriană asigură protecție anticorozivă a suprafeței; 27
- soluția de lucru este apoasă, netoxică;
- durata necesară obținerii acoperirii antibacteriene este scurtă; 29
- consumul de energie este foarte scăzut;
- costul total al acoperirii este redus. 31 în continuare se prezintă în detaliu un mod de realizare a procedeului de acoperire antibacteriană aplicată pe suprafața unui aliaj ternar de titan, utilizând metoda sonochimică. 33
Etapele metodei sonochimice pentru aplicarea protecției antibacteriene rezistentă pe termen lung pe suprafața aliajului Ti-15Nb-5Zr sunt: 35
- pregătirea suprafeței probelor, prin polizare mecanică până la suprafața tip oglindă;
- degresare ultrasonică în acetonă pură, timp de 15 min; 37
- pregătirea soluției de depunere de ZnO cu concentrația de 0,05 M, folosind reactivi de puritate chimică analitică; 39
- depunerea acoperirii antibacteriene folosind sursa de ultrasunete cu o frecvență de kHz și o putere de 750 W; 41
- procesarea sonochimică s-a aplicat pentru 60 min. Nanoparticulele antibacteriene s-au depus prin iradierea sonochimică a soluției pe suprafața aliajului; 43
- condiționarea acoperirii prin spălare cu apă distilată și etanol, și uscarea la temperatura camerei; 45
- verificarea morfologiei și compoziției acoperirii obținute cu metoda SEM.
RO 132032 Β1
Caracterizarea suprafeței procesate prin metoda sonochimică, cu soluție pe bază de oxid de zinc
Caracterizarea nanostratului antibacterian obținut a constat în măsurători de microscopie electronică de baleiaj (SEM), spectroscopie de infraroșu (FT-IR) și spectroscopie de fotoelectroni de raze X (XPS), pentru determinarea compoziției acoperirii, dimensiunii de particule, morfologiei etc. S-a observat depunerea uniformă (fig. 1a) de nanoparticule antibacteriene de ZnO (confirmată de analiza spectrală XPS - fig. 1b și FT-IR - fig. 1c), cu dimensiuni tipice 10...20 nm.
Evaluarea metodei sonochimice pentru acoperire antibacteriană
Evaluarea nanoacoperirii antibacteriene pe bază de ZnO s-a făcut prin monitorizarea pe termen lung (500 h de imersie în soluțiile Ringer) a morfologiei, structurii și rezistenței la coroziune în condiții de funcționare severe (pH = 3,21; pH = 7,58 și pH = 8,91).
Variația în timp a morfologiei și structurii acoperirii antibacteriene
Variația în timp a morfologiei și structurii acoperirii antibacteriene s-a efectuat cu tehnica microscopiei electronice de baleiaj (SEM), și a spectroscopiei de energie dispersivă de raze X (EDX), analizându-se periodic atât morfologia și microstructura depunerii, cât și compoziția acesteia.
Inițial (fig. 2a) s-a observat o acoperire uniformă cu nanoparticule de ZnO de dimensiuni 20...30 nm, repartizată uniform pe întreaga suprafață. Spectrul EDX (fig. 2b) relevă atât existența elementului Zn în concentrație destul de mare, cât și elementele componente ale filmului de pe suprafața aliajului Ti-15Zr-5Nb: Ti, Zr, Nb, O.
După 300 h de expunere în soluții Ringer de pH 7,58 și 8,91 a probelor acoperite cu ZnO prin metoda sonochimică, observațiile SEM au arătat că suprafața a avut o microstructură stabilă în timp, cu nanoparticule de ZnO cu mărimi sub 30 nm, vizibile în imaginile SEM de înaltă rezoluție (fig. 3a). Spectrul EDX (fig. 3b) a detectat prezența liniilor elementului Zn, precum și a elementelor constitutive ale stratului pasiv: Ti, Zr, Nb, O. Liniile specifice zincului au intensitate mai mică în comparație cu cele de la acoperirea inițială, care semnifică scăderea concentrației nanoparticulelor de ZnO, arătând că o mică parte din acoperirea de ZnO s-a dizolvat, îndeplinindu-și astfel rolul de protecție antibacterină.
După 500 h de expunere în soluții Ringer de pH 7,58 și 8,91, imaginile SEM (fig. 4a) au arătat aceeași microstructură stabilă, cu nanoparticule de ZnO cu mărimi sub 30 nm. Spectrul EDX (fig. 4b) a detectat prezența liniilor elementului Zn, cu intensități mai mici decât cele inițiale și cele de la 300 h de imersie, adică aceste nanoparticule s-au dizolvat în continuare în soluțiile fiziologice, acționând ca factor antibacterian.
Evaluarea activității antibacteriene a nanoparticulelor de zinc
Capacitatea de inhibiție a activității bacteriilor se determină fie prin metoda „prin difuzie, care poate da doar o estimare calitativă vizuală a eficienței antibacteriene, fie prin metoda estimării turbidității, care constă în măsurarea absorbantei la 600 nm a unui mediu nutritiv lichid inoculat cu microorganismul ales, atât în prezența agentului potențial antibacterian, cât și în absența acestuia, față de mediul steril, și calcularea indicelui de inhibiție. Datele obținute pentru stafilococul auriu arată o inhibiție foarte bună, de 61,55%.
Determinarea biocompatibilității in vitro a suprafeței procesate sonochimic
Testarea biocompatibilității suportului Ti-15Zr-5Nb netratat și tratat sonochimic a fost realizată din studii în contact direct. S-au efectuat studii de proliferare, adeziune, viabilitate, diferențiere, mineralizare a celulelor pre-osteoblaste MC3T3-E1, precum și citotoxicitate a suportului metalic.
Nici aliajul netratat, nici cel tratat antibacterian nu au exercitat efecte citotoxice. Testul MTT arată o creștere a valorilor absorbantei formazanului la intervalele de 2 și 4 zile de cultură, remarcându-se valori aproximativ egale pentru viabilitatea și proliferarea osteoblastelor cultivate atât pe aliajul protejat antibacterian, cât și pe cel neprotejat. Atașarea,
RO 132032 Β1 răspândirea și morfologia celulară au fost asemănătoare pentru cele două probe, și eviden- 1 țiază organizarea actinei citoscheletice în fibre de stres. Mineralizarea matricei extracelulare este considerată un punct critic de evaluare pe termen lung a diferențierii celulare. Analizele 3 calitative și cantitative au evidențiat o creștere semnificativă a mineralizării matricei extracelulare pe probele supuse tratamentului sonochimic, atât la 3, cât și la 6 săptămâni. A 5 rezultat că aliajul tratat sonochimic prezintă o mai bună biocompatibilitate în comparație cu cel netratat. 7
Monitorizarea rezistenței la coroziune și a activității antibacteriene a acoperirii bacteriostatice 9
Monitorizarea rezistenței la coroziune a acoperirii antibacteriene pe bază de ZnO în soluții Ringer de diferite valori de pH (3,21; 7,48; 8,91) s-a făcut prin metoda polarizării 11 lineare, care a precizat principalii parametri de coroziune și variația acestora în timp: icor densitatea curentului de coroziune; Vcor - viteza de coroziune; Rp - rezistența de polarizare. 13 Monitorizarea activității antibacteiene s-a apreciat din cantitatea totală de ioni eliberați în soluție - Ion release. 15
Datele din tabel arată o îmbunătățire a valorilor tuturor parametrilor de coroziune pentru aliajul procesat antibacterian, ca urmare a efectului acoperirii antibacteriene de ZnO 17 de a inhiba coroziunea aliajului prin reducerea efectivă a ariilor active de pe suprafața aliajului, prin acțiunea de strat pasiv eficace [N. Padmavathy, R. Vijayaraghavan, 19 “Enhanced bioactivity of ZnO nanoparticles-an antimicrobial study”, Sci. Technol.
Adv. Mater. 9, 2008, 035004; S. Sutha, G. Karunakaran, V. Rajendran, “Enhanced of 21 antimicrobial and long-term biostability of the zinc-incorporated hydroxyapatite coated 316L stainless Steel implant for biomedical application”, Ceram Int. 39,2013,5205]. De 23 asemenea, comportarea în timp a aliajului procesat antibacterian este diferită de cea a aliajului neprocesat, și anume: aliajul procesat a prezentat o scădere a curentului de coro- 25 ziune, icor, a vitezei de coroziune, Vcor, a Ion release, și o creștere a rezistenței de polarizare,
Rp, ceea ce indică o creștere a rezistenței la coroziune în timp; pentru aliajul neprocesat, icor, 27
Vcor, și Ion release au crescut în timp, iar Rp a scăzut ca urmare a unei ușoare susceptibilități la coroziune, adică a unei scăderi a rezistenței la coroziune [S. L. Assis, I. Costa, 29 “Electrochemical evaluation of Ti-13Nb-13Zr, TÎ-6A1-4V and Ti-6AI-7Nb alloys for biomedical application by long-term immersion tests”, Mater. Corros. 58 (2007) 329; 31
S. Tamilselvi, V. Raman, N. Rajendran, “Corrosionbehaviour of Ti-6AI-7Nb and TÎ-6A14V ELI alloys in simulated fluid solution by electrochemical impedance spectroscopy”, 33
Electrochim. Acta 52 (2006) 839; M.A. Baker, S.L. Assis, R. Grilli, I. Costa, “Investigation of the electrochemical behaviour and surface chemistry of a Ti-13Nb- 35
13Zr alloy exposed în MEM ceti culture media with and without the addition of H2O2,
Surf. Interface Anal. 40 (2008) 220]. 37
Principalii parametri de coroziune pentru aliajul Ti-15Zr-5Nb neprocesat și procesat 39 antibacterian cu ZnO, după imersie în soluții Ringer la 37 0
| Material | Timp (h) | icor (pA/cm2) | vcor (pm/an) | Clasa de rezistență | Ion release | Rp (Q.cm2) |
| Ringer pH = 3,21 | ||||||
| Neprocesat | 24 | 0,081 | 0,751 | PS | 76,30 | 330 |
| 100 | 0,084 | 0,773 | PS | 78,54 | 315 | |
| 200 | 0,089 | 0,819 | PS | 83,21 | 300 | |
| 500 | 0,095 | 0,874 | PS | 88,79 | 290 |
RO 132032 Β1
Tabel (continuare)
| Material | Timp (h) | icor (μΑ/cm2) | vcor (pm/an) | Clasa de rezistență | Ion release | Rp (Q.cm2) |
| Procesat antibacterian cu ZnO | 24 | 0,061 | 0,561 | PS | 56,99 | 375 |
| 100 | 0,059 | 0,543 | PS | 55,17 | 392 | |
| 200 | 0,057 | 0,524 | PS | 53,24 | 427 | |
| 500 | 0,054 | 0,497 | PS | 50,49 | 450 | |
| RingerpH = 7,48 | ||||||
| Neprocesat | 24 | 0,039 | 0,358 | PS | 36,70 | 397 |
| 100 | 0,043 | 0,396 | PS | 40,23 | 380 | |
| 200 | 0,046 | 0,423 | PS | 42,98 | 370 | |
| 500 | 0,051 | 0,469 | PS | 47,65 | 365 | |
| Procesat antibacterian cu ZnO | 24 | 0,022 | 0,202 | PS | 20,52 | 454 |
| 100 | 0,020 | 0,184 | PS | 18,64 | 477 | |
| 200 | 0,018 | 0,166 | PS | 16,86 | 498 | |
| 500 | 0,015 | 0,138 | PS | 14,02 | 512 | |
| RingerpH = 8,91 | ||||||
| Neprocesat | 24 | 0,071 | 0,657 | PS | 66,75 | 305 |
| 100 | 0,074 | 0,681 | PS | 69,19 | 295 | |
| 200 | 0,078 | 0,718 | PS | 72,95 | 281 | |
| 500 | 0,085 | 0,782 | PS | 79,45 | 270 | |
| Procesat antibacterian cu ZnO | 24 | 0,058 | 0,534 | PS | 54,25 | 369 |
| 100 | 0,056 | 0,515 | PS | 52,32 | 388 | |
| 200 | 0,053 | 0,488 | PS | 49,58 | 425 | |
| 500 | 0,050 | 0,460 | PS | 46,74 | 467 |
PS - Perfect Stabil
Din studiile efectuate rezultă că nanoacoperirea antibacteriană cu zinc asigură o bună protecție antibacteriană și împotriva coroziunii, precum și o bună biocompatibilitate.
Claims (1)
- Revendicare 1Procedeu de acoperire antibacteriană, aplicată pe suprafața unui aliaj ternar de titan, 3 utilizând metoda sonochimică, ce este caracterizat prin aceea că se pregătește suprafața unui aliaj de titan Ti-15Zr-5Nb prin polizare și degresare ultrasonică în acetonă pură, timp 5 de 15 min, se prepară soluția de acoperire de ZnO 0,05 M, se depune soluția folosind o sursă de ultrasunete cu o frecvență de 20 kHz și o putere de 750 W, cu procesare sono- 7 chimică timp de 60 min, se condiționează acoperirea prin spălare cu apă distilată și etanol, apoi se usucă la temperatura camerei. 9
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201600055A RO132032B1 (ro) | 2016-01-26 | 2016-01-26 | Procedeu de acoperire antibacteriană a unei suprafeţe dintr-un aliaj ternar de titan prin metoda sonochimică |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201600055A RO132032B1 (ro) | 2016-01-26 | 2016-01-26 | Procedeu de acoperire antibacteriană a unei suprafeţe dintr-un aliaj ternar de titan prin metoda sonochimică |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO132032A2 RO132032A2 (ro) | 2017-07-28 |
| RO132032B1 true RO132032B1 (ro) | 2019-06-28 |
Family
ID=59381014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201600055A RO132032B1 (ro) | 2016-01-26 | 2016-01-26 | Procedeu de acoperire antibacteriană a unei suprafeţe dintr-un aliaj ternar de titan prin metoda sonochimică |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO132032B1 (ro) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111303666A (zh) * | 2018-12-12 | 2020-06-19 | 介休市博创纳米材料科技有限公司 | 超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法 |
| EP4104874A1 (en) | 2021-06-20 | 2022-12-21 | Instytut Wysokich Cisnien Polskiej Akademii Nauk | Hydroxyapatite antimicrobial and osteoinductive coating and method of producing such a coating |
-
2016
- 2016-01-26 RO ROA201600055A patent/RO132032B1/ro unknown
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111303666A (zh) * | 2018-12-12 | 2020-06-19 | 介休市博创纳米材料科技有限公司 | 超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法 |
| CN111303666B (zh) * | 2018-12-12 | 2021-08-10 | 介休市博创纳米材料科技有限公司 | 超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法 |
| EP4104874A1 (en) | 2021-06-20 | 2022-12-21 | Instytut Wysokich Cisnien Polskiej Akademii Nauk | Hydroxyapatite antimicrobial and osteoinductive coating and method of producing such a coating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO132032A2 (ro) | 2017-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Superimposed surface plasma resonance effect enhanced the near-infrared photocatalytic activity of Au@ Bi2WO6 coating for rapid bacterial killing | |
| Wu et al. | Preparation, antibacterial effects and corrosion resistant of porous Cu–TiO2 coatings | |
| Lee et al. | ZrO2/ZnO/TiO2 nanocomposite coatings on stainless steel for improved corrosion resistance, biocompatibility, and antimicrobial activity | |
| Rosenbaum et al. | Antibacterial properties of nanostructured Cu–TiO 2 surfaces for dental implants | |
| Xu et al. | Antibacterial activity of silver doped titanate nanowires on Ti implants | |
| Liao et al. | Antibacterial surfaces through dopamine functionalization and silver nanoparticle immobilization | |
| Sun et al. | Electrophoretic deposition of colloidal particles on Mg with cytocompatibility, antibacterial performance, and corrosion resistance | |
| Akhavan et al. | Direct covalent attachment of silver nanoparticles on radical-rich plasma polymer films for antibacterial applications | |
| Saleem et al. | Fabrication and characterization of Ag–Sr-substituted hydroxyapatite/chitosan coatings deposited via electrophoretic deposition: a design of experiment study | |
| Zhang et al. | Antibacterial TiO2 coating incorporating silver nanoparticles by microarc oxidation and ion implantation | |
| Esfandiari et al. | Size tuning of Ag‐decorated TiO2 nanotube arrays for improved bactericidal capacity of orthopedic implants | |
| Zhang et al. | Surface properties of silver doped titanium oxide films | |
| Mahmoudi-Qashqay et al. | Improving antibacterial ability of Ti-Cu thin films with co-sputtering method | |
| Cazalini et al. | Antimicrobial and anti-biofilm properties of polypropylene meshes coated with metal-containing DLC thin films | |
| Zhang et al. | Enhancement of corrosion resistance and biological performances of Cu-incorporated hydroxyapatite/TiO2 coating by adjusting Cu chemical configuration and hydroxyapatite contents | |
| Zhang et al. | In-situ growth of vertical graphene on titanium by PECVD for rapid sterilization under near-infrared light | |
| Zhang et al. | Effects of silver concentrations on microstructure and properties of nanostructured titania films | |
| Uhm et al. | Fabrication of bioactive, antibacterial TiO2 nanotube surfaces, coated with magnetron sputtered Ag nanostructures for dental applications | |
| Ponomarev et al. | Antibacterial performance of TiCaPCON films incorporated with Ag, Pt, and Zn: bactericidal ions versus surface microgalvanic interactions | |
| Ponomarev et al. | TiCaPCON-supported Pt-and Fe-based nanoparticles and related antibacterial activity | |
| CN106567062A (zh) | 具有良好抗腐蚀性与生物相容性的表面改性镁合金材料及其制备方法和应用 | |
| Long et al. | Enhanced surface antimicrobial, biocompatible and mechanical properties of 3D printed titanium alloys by electrophoretic deposition of chitosan/ZnO | |
| Chen et al. | Mussel-inspired silver-nanoparticle coating on porous titanium surfaces to promote mineralization | |
| CN107937880A (zh) | 一种金属材料表面改性的方法及其产品和用途 | |
| Horkavcova et al. | Titania sol-gel coatings containing silver on newly developed TiSi alloys and their antibacterial effect |