Wpływ różnej nanotopografii warstw azotowanych na adhezję płytek krwi

• Autorzy: Sowińska A. , Tarnowski M. , Jakubowski W. , Oleksiak J. , Wierzchoń T. , Czarnowska E.

Warianty tytułu

EN

Effect of nitrided surface layers with different nanotopography on platelets adhesion

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Oddziaływanie nanotopografii biomateriałów na biozgodność z krwią jest nadal słabo poznane. Wiadomo, że azotowane warstwy powierzchniowe z zewnętrzną strefą azotku tytanu (TiN) charakteryzują się dobrymi właściwościami i biozgodnością zarówno w kontakcie z krwią, jak i kością. Dlatego też modyfikacje właściwości powierzchni dla zastosowań w kardiologii są nadal przedmiotem zainteresowania i były celem naszych badań. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości warstw azotowanych wytwarzanych w warunkach wyładowania jarzeniowego na stopie tytanu Ti6Al4V w niskotemperaturowym procesie, na potencjale katody i na potencjale plazmy. Uzyskane warstwy miały różną topografię i chropowatość powierzchni w skali nano. Zewnętrzna strefa warstwy typu TiN+Ti2N+aTi(N) wytworzonej na potencjale katody (TiN-K) charakteryzowała się wyższą chropowatością w porównaniu z warstwą wytworzoną na potencjale plazmy (TiN-P) (Ra = 0,177 pm dla TiN-K vs. Ra = 0,019pm dla TiN-P). Ponadto przeprowadzone badania zwilżalności wykazały wysoką zwilżalność powierzchni TiN-K (38P dla TiN-K vs 89° dla TiN-P). Badania biologiczne składu biofilmu wykazały niższą adsorpcję fibrynogenu oraz adhezję, agregację i aktywację płytek krwi na TiN-K w porównaniu do TiN-P. Uzyskane wyniki wskazują, że adhezja płytek krwi, jak i ilość zaadsorbowanego fibrynogenu koreluje z topografią powierzchni warstwy TiN. Zatem poprzez zmianę topografii powierzchni można wpływać na oddziaływania płytek krwi z biomateriałem.

EN

The effect of different topographies of biomaterials at the nanoscale on biocompatibility is still poorly known. It is known that nitrided surface layers with external titanium nitride (TiN) zone exhibit good properties and biocompatibility with blood and bone. However, the surface properties of biomaterials destined for cardiological applications are still a subject of interest for further improvement. Thus, the aim of our investigations was modification of the external zone of the nitrided surface layers produced under glow discharge conditions for cardiological applications. The layers were produced at low temperature using cathode potential and plasma region. These layers exhibited different surface topography and roughness. The external zone of the layer produced on cathode potential (TiN-K) is characterized by higher roughness compared to the layer produced in plasma region (TiN-P) (Ra = 0.177pm vs. Ra = 0.019pm) and higher surface wettability (contact angle 38 vs. 89o). Fibrinogen showed its lower adsorption followed also by lower subsequent platelets adhesion, aggregation and activation on TiN-K compared to TiN-P. These suggest that the amount of adsorbed fibrinogen and platelets adhesion correlate with topographical characteristics of TiN surface. Thus, altering surface topography the platelets-biomaterial interactions can be reduced.

Słowa kluczowe

PL

powierzchniowe warstwy azotowane; chropowatość; zwilżalność; hemozgodność

EN

nitrided surface layer; roughness; wettability; haemocompatibility

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 119
• Strony: 27--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Sowińska A.

• Instytut „Pomnik - Centrum Zdrowia Dziecka", Zakład Patologii, Al. Dzieci Polskich 20, 04-730 Warszawa

autor

Tarnowski M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Jakubowski W.

• Politechnika Łódzka, Zakład Biofizyki, ul. B. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

autor

Oleksiak J.

• Instytut „Pomnik - Centrum Zdrowia Dziecka", Zakład Patologii, Al. Dzieci Polskich 20, 04-730 Warszawa

autor

Wierzchoń T.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Czarnowska E.

• Instytut „Pomnik - Centrum Zdrowia Dziecka", Zakład Patologii, Al. Dzieci Polskich 20, 04-730 Warszawa

Bibliografia

• [1] Czarnowska E., Wierzchon T., Maranda-Niedbała A., Karczmarewicz E.: Improvement of titanium alloy for biomedical application by nitriding and carbonitriding processes under glow discharge conditions. J Mat Sci Mater Med 11 (2000) 73-81.
• [2] Czarnowska E., Morgiel J., Ossowski M., Major R., Sowińska A., Wierzchoń T.: Microstructure and biocompatibility of titanium oxides produced on nitrided surface layer under glow discharge conditions. J Nanosci Nanotech 11, 10 (2011) 8917-8923.
• [3] Mitragotri S., Lahann J.: Physical approach to biomaterial designe. Nat Mater 8 (2009) 15-23.
• [4] Park J.Y., Gemmel C.H., Davies J.E.: Platelet interactions with titanium: modulation of platelet activity by surface topography. Biomaterials 22 (2001) 2671-2682.
• [5] Nonckreman C.J., Fleith S., Rouxhet P.G., Dupont-Gillain C.C.: Competitive adsorption of fibrinogen and albumin and blood platelet adhesion on surfaces modified with nanoparticles and/or PEO. Coll Surf B: Biointerface 77 (2010) 139-149.
• [6] Cook B.C.: Reactivity of human platelets with immuobilized fibrinogen is dedicated by the chemical character of the surface. Thromb Res 104 (2001) 39-48.
• [7] MacDonald D.E., Deo N., Markowic B., Stranick M., Somasundaran P.: Adsorption and dissolution behavior of human plasma fibronectin on thermally and chemically modified titanium dioxide particles. Biomaterials 23 (2002)1269-1279.
• [8] Lavenus S., Ricquier J.C., Louarn G., Layrolle P.: Cell interaction with nanopatterned surface of implants. Nanomedicine 5 (2010) 937-994.
• [9] Jones M.I., McColl I.R., Grant D.M., Parker K.G., Parker T.L.: Protein adsorption and platelet attachment and activation on TiN, TiC, and DLC coatings on titanium for cardiovascular applications. J Biomed Mater Res 52 (2000) 413-421.
• [10] Dolatshahi-Pirouz A., Skeldal S., Hovgaard M.B., Jensen T., Foss M., Chevalier J. et al.: Influence of nanoroughness and detailed surface morphology on structural properties and water-coupling compatibilities of surface-bound fibrinogen films. J Phys Chem 113 (2009) 4406-4412.
• [11] Roach P., Farrar D., Perry C.C.: Surface tailoring for controlled protein adsorption: effect of topography at the nanometer scale and chemistry. J Am Chem Soc 128 (2006) 3939-3945.
• [12] Goodman S.L., Grasel T.G., Cooper S.L., Albrecht R.M.: Platelet shape and cytoskeletal reorganization of polyurethaneureas. J Biomed Mater Res 23 (1989) 105-124.
• [13] Park K., Mao F.W., Park H.: Morphological characterization of surface-induced platelets activation. Biomaterials 11 (1990) 24-31.
• [14] Karagkiozaki V., Logothetidis S., Kalfagiannis N., Lousinian S., Giannoglou G.: Atomic force microscopy probing platelet activation behavior on titanium nitride nanocoatings for biomedical applications. Nanomed Nanotech Biol Med 5 (2009) 64-72.
• [15] Subramanian B., Ananthakumar R., Kobayashi A., Jayachan- dran M.: Surface modification of 316L stainless steel with magnetron sputtered TiN/VN nanoscale multilayers for bio implant applicatons. J Mater Sci: Mater Med 23 (2012) 329-338.
• [16] Dion I., Rouais F., Trut L., Baquey C., Monties J.R., Havlic P.: TiN coating: surface characterization and haemocompatibility. Biomaterials 14 (1993) 169-176.
• [17] Palmaz J.C., Benson A., Spraque E.A.: Influence of surface topography on endothelization of intravascular metallic material. J Vasc Interv Radiol 10 (1999) 439-444.
• [18] Hasebe T., Ishimaru T., Kamijo A., Yoshimoto Y., Yoshimura T., Yohena S., Kodama H., Hotta A., Tkahashi K., Suzuki T.: Effects of surface roughness on anti-thrombogenicity of diamond-like carbon films. Diam Relat Mater 16 (2007) 1343-1348.

Uwagi

PL

Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2011/01/D/ST8/02931.