Biomedical inspired surface modification

• Autorzy: Trembecka-Wójciga K. , Major R. , Lackner J. M. , Major B.

Warianty tytułu

PL

Modyfikacja powierzchni inspirowana biomedycznie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Wide spectrum of deposited coatings on the polyurethane substrate was subjected to examinations. The first part of the coatings comprised: a-C:H:Si 500 nm thick, a-C:H:Si 200 nm, a-C:H:Si 15 nm thick, SiO2 15 nm thick, a-C:H 15 nm thick, TiOx 15 nm. The second part dealing with arterial flow conditions on the whole blood, covered series of coatings adjusted towards the blood-material interaction and considering materials like: a-C:H, Ti, Ti:N, a-C:H:Ti:N, TiOx, a-C:H:Si, a-C:H:Ti. Analysis of the microstructure of coatings was performed using transmission electron microscopy (TEM). Thin foils for the TEM analysis were prepared on cross-section by means of the focused ion beam method (FIB). A radial flow chamber was used to determine the efficiency and kinetics of model cells as a function of the applied shear stress. Dynamic tests using blood cell gave the hint selection of materials for further modification in the form of a pocket for stem cells. The coating a-C:H:Ti:N was selected for the surface modification because of the relatively low influence on the blood clotting cascade activation. The challenge of the main part of the work was focused on a microenvironment for the stem cell capturing using the material surface modification. The endothelium cell of HUVEC culture (human umbilical vein endothelium cell) was used for surface modification. Bloodmaterial interaction was studied on the surface of HUVEC culture and the surfaces were analyzed using the dynamic aortic flow simulator on the whole blood. The performed studies are targeted to design and fabricate biomimetic cardiovascular devices simulating architecture of the blood vessels.

PL

Analizowano szerokie spektrum osadzonych powłok na podłożu poliuretanowym. Pierwsza grupa powłok obejmowała: a-:H:Si 500 nm grubości, a-C:H:Si 200 nm grubości, a-C:H:Si 15nm grubości, SiO2 15nm grube, a-C:H 15 nm grubości, TiOx 15 nm. Druga część materiałów dedykowanych do badań w warunkach przepływu tętniczego w pełnej krwi obejmowała powłoki do pracy w warunkach kontaktu z krwią i obejmowała materiały, takie jak: a-C:H, Ti, TiN, a-C:H:TiN, TiOx, a-C:H:Si, a-C:H:Ti. Analizę mikrostruktury powłok przeprowadzono za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Cienkie folie do analizy TEM zostały przygotowane z przekroju poprzecznego za pomocą zogniskowanej wiązki jonów metodą (FIB). Promieniowa komora przepływu została zastosowana do określenia wydajności i kinetyki wymywania modelowych komórek w funkcji naprężenia ścinającego. Próby dynamiczne wykorzystujące komórki krwi pozwoliły na wybór materiałów przewidzianych do dalszej modyfikacji w aspekcie niszy do zasiedlania komórkami macierzystymi. Powłoka a-C:H:TiN została wybrana w celu dalszej modyfikacji ze względu na stosunkowo niewielki wpływ na aktywację kaskady krzepnięcia krwi. Główna część pracy została skupiona na uzyskaniu mikrośrodowiska dogodnego do wychwytywania komórek macierzystych z wykorzystaniem modyfikacji powierzchni. Komórki śródbłonka HUVEC (ludzkie hodowle komórek śródbłonka żyły pępowinowej) użyto do modyfikacji powierzchni. Oddziaływanie krwi z materiałem badano na powierzchni osadzonych komórek śródbłonka typu HUVEC. Analizowano właściwości powierzchni w dynamicznych warunkach przepływu symulującego przepływ aortalny krwi. Przeprowadzone badania są ukierunkowane na projektowania i wytwarzanie wyrobów biomimetycznych o architekturze symulującej strukturę naczyń krwionośnych.

Słowa kluczowe

EN

biomedical coatings; microstructure; modification; HUVEC cells; biomedical testing; powłoki biomedyczne; mikrostruktura; modyfikacja; komórki śródbłonka HUVEC; testy biomedyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 6
• Strony: 560--563
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fig.

Twórcy

autor

Trembecka-Wójciga K.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie

autor

Major R.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie

autor

Lackner J. M.

• Oanneum Research Forschungs-GmbH, MATERIALS – Functional Surfaces, Leoben, Austria

autor

Major B.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie

Bibliografia

• [1] Babak C., Donald Maxwell B.: Subcutaneous microfabricated surfaces inhibit epithelial recession and promote long-term survival of percutaneous implants. Biomaterials 23 (2002) 229÷237.
• [2] Tze-Wen C., Der-Zen L., Wang S.-Y., Wang S.-S.: Enhancement of the growth of human endothelial cells by surface roughness at nanometer scale. Biomaterials 24 (2003) 4655÷4661.
• [3] Khang D., Lu J., Yao C., Haberstroh K. M., Webster T. J.: The role of nanometer and sub-micron surface features on vascular and bone cell adhesion on titanium. Biomaterials 29 (2008) 970÷983.
• [4] Cieślik K., Witkowski W., Drukała J., Waligórska A., Puchała J.: Biotechnologiczne opatrunki i żywe substytuty skóry – przegląd i współczesne możliwości zastosowania. Leczenie Ran 2 (3) (2005) 71÷83.
• [5] Lutolf M. P., Gilbert P. MBlau., H. M.: Nature. November 26 462 (7272) (2009) 433÷441. doi:10.1038/nature08602.
• [6] Blau H. M., Sacco A., Gilbert P. M.: Essentials of stem cell biology. 2. Lanza R., et al., editors. Academic 249÷257.
• [7] Scadden D T.: The stem-cell niche as an entity of action. Nature 441 (7097) (2006) 1075÷1079.
• [8] Jones D. L., Wagers A. J.: No place like home: anatomy and function of the stem cell niche. Nat Rev Mol Cell Biol. 9 (1) (2008) 11÷21.
• [9] Fuchs E., Tumbar T., Guasch G.: Socializing with the neighbors: stem cells and their niche. Cell 11 6 (6) (2004) 769÷778.
• [10] Schofield R.: The relationship between the spleen colony-forming cell and the haemopoietic stem cell. Blood Cells 4 (1-2) (1978) 7÷25.
• [11] Nie D.: Cancer stem cell and niche. Front Biosci (Schol Ed) 2 (1) (2010) 184÷193.
• [12] Xie T., Spradling A. C.: A niche maintaining germ line stem cells in the Drosophila ovary. Science 290 (5490) (2000) 328÷330.
• [13] Lackner J. M.: Industrially-scaled hybrid pulsed laser deposition at room temperature. Published by Orekop sc., Kraków, Poland (2005).
• [14] Major R., Lackner J. M., Wilczek P., Sanak M., Sobota M., Kowalczuk M., Marczak J., Maksymow K., Major B.: Surface fuctionalization for tissue analog of blond contacting materials. Inż. Materiałowa 182 (2011) 545÷548.
• [15] Mylvaganam K., Zhang L. C.: Residual stress induced atomic scale buckling of diamond carbon coatings on silicon substrate. Thin Solid Films 425 (2003) 145÷149.
• [16] Lackner J. M., Waldhauser W., Major R., Major B., Bruckert F.: Haemocompatibile pulsed laser deposited coatings on polymer. Biomedizinische Technik 55 (1) (2010) 57÷64.
• [17] Lackner J. M., Waldhauser W., Major R., Major L., Hartmann P.: Biomimetics in thin film design – Wrinkling and fracture of pulsed laser deposited films in comparison to human skin. Surface & Coatings Technology 215 (2013) 192÷198.
• [18] Lackner J. M., Waldhauser W., Schöberl T.: Film growts phenomena in faces. Surf. Coat. Technol. 201 (2006) 4037.
• [19] Décavé E., Garrivier D., Bréchet Y., Fourcade B., and Bruckert F.: Shear flow-induced detachment kinetics of Dictyostelium discoideum cells from solid substrate. Biophys J. May 82 (5) (2002) 2383÷2395.
• [20] Haefer R. A.: Oberflächen- und Dünnschichttechnologie, Teil 1: Beschichten von Oberflächen. Springer, Berlin (1987).