Charakterystyka nanoporowatych warstw na Ti jako perspektywicznych podłoży dla zastosowań biomedycznych

• Autorzy: Pisarek M. , Roguska A. , Andrzejczuk M.

Warianty tytułu

EN

Characterization of nanoporous layer on Ti as a perspective substrate for biomedical applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nanorurki (NT) tlenku tytanu o długości około 1 ?m i średnicy w zakresie od 40 do 110 nm wytworzono na Ti metodą utleniania anodowego przy stałym potencjale (10, 15, 20 i 25 V) w roztworze gliceryny i wody dejonizowanej z dodatkiem 0,86% mas. fluorku amonu. Do scharakteryzowania samoorganizujących się porowatych warstw na Ti oraz wpływu temperatury wygrzewania w zakresie 200÷600°C na ich morfologię, strukturę i mechaniczną stabilność wykorzystano elektronową mikroskopię skaningową, elektronową mikroskopię transmisyjną, dyfrakcję rentgenowską oraz spektroskopię fotoelektronów. Na powierzchni termicznie stabilizowanych nanorurek TiO2 zaadsorbowano proteiny w celu wstępnej oceny biozgodności tak przygotowanych podłoży. Przeprowadzone badania wykazały, iż porowate warstwy tlenkowe uzyskiwały stabilność po wygrzewaniu w temperaturze powyżej 400°C, a ich struktura ulegała zmianie z amorficznej na krystaliczną (anataz + rutyl). Tak zmodyfikowana powierzchnia Ti okazała się obiecującym podłożem do adsorpcji protein w porównaniu z powierzchnią typowego implantu z czystego Ti.

EN

Titanium oxide nanotube arrays were fabricated in a mixture of glycerol, deionized water and low concentration solution of NH4F (0.86 wt %). Well- -ordered nanotube arrays of titania with length of ~1.0 ?m and diameter of about 40÷110 nm were prepared via electrochemical oxidation at constant voltage (10, 15, 20 or 25 V). SEM, X-ray diffraction, FTIR spectroscopy and XPS surface analytical technique were used to characterize the self-organized porous layers, and the effect of annealing at 200÷600°C on their morphology, structure and mechanical stability. Thermally stabilized TiO2 nanotubes were used for adsorption of the protein on their surfaces. Our results showed, that the nanotubular structure was stable above the 400°C and their structure changed from amorphous to the crystalline phase (anatase + rutile). Surface of Ti modified as presented in the article appeared a promising substrates for protein adsorption, as compared to a typical Ti implant surfaces.

Słowa kluczowe

PL

naorurki TiO2; adsorpcja protein; biozgodność; spektroskopia XPS; FTIR

EN

TiO2 nanotubes; protein adsorption; biocompatibility; XPS and FTIR spectroscopy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 2
• Strony: 71--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pisarek M.

autor

Roguska A.

autor

Andrzejczuk M.

• Instytut Chemii Fizycznej PAN, Warszawa,

Bibliografia

• [1] Kasemo B.: Biocompatibility of titanium implants: surface science aspects. The Journal of Prosthetic Dentistry 49 (1983) 832.
• [2] McCafferty E., Wightman J. P.: An X-ray photoelectron spectroscopy sputter profiles study of the native air-formed oxide film on titanium. Applied Surface Science 143 (1999) 92.
• [3] Feng B., Weng J., Yang B. C., Qu S. X., Zhang X. D.: Characterization of surface oxide films on titanium and adhesion of osteoblast. Biomaterials 24 (2003) 4663.
• [4] Praca pod redakcją M. Nałęcza: Biomateriały. Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa (2003).
• [5] Lewandowska M., Pisarek M., Rożniatowski K., Grądzka-Dahlke M., Janik-Czachor M., Kurzydłowski K. J.: Nanoscale characterization of anodic oxide films on Ti-6Al-4V alloy. Thin Solid Films 515 (2007) 6460.
• [6] Werner Z., Jaskiewicz A., Pisarek M., Janik-Czachor M., Barlak M.: AES and RBS characterization of anodic oxide films on Al-Ta amorphous alloys. Zeitschrift fur Physikalische Chemie 219 (2005) 1461.
• [7] Kaneco S., Chen Y., Westerhoff P., Crittenden J. C.: Fabrication of uniform size titanium oxide nanotubes: Impact of current density and solution conditions. Scripta Materialia 56 (2007) 373.
• [8] Macak J. M., Tsuchiya H., Ghicov A., Yasuda K., Hahn R., Bauer S., Schmuki P.: TiO2 nanotubes: Self-organized electrochemical formation, properties and applications. Current Opinion in Solid State and Materials Science 11 (2007) 3.
• [9] Macak J. M., Hildebrand H., Marten-Jahns U., Schmuki P.: Mechanistic aspects and growth of large diameter self-organized TiO2 nanotubes. Journal of Electroanalytical Chemistry 621 (2008) 254.
• [10] Zhao J., Wang X., Chen R., Li L.: Fabrication of titanium oxide nanotube arrays by anodic oxidation. Solid State Communications 134 (2005) 705.
• [11] Tsuchiya H., Macak J. M., Taveira L., Balaur E., Ghicov A., Sirotna K., Schmuki P.: Self-organized TiO2 nanotubes prepared in ammonium fluoride containing acetic acid electrolytes. Electrochemistry Communications 7 (2005) 576÷580.
• [12] Roguska A., Kudelski A., Pisarek M., Opara M., Janik-Czachora M.: Raman investigations of SERS activity of Ag nanoclusters on a TiO2-nanotubes/ Ti substrate. Vibrational Spectroscopy 55 (1) (2011) 38÷43.
• [13] Krasicka-Cydzik E., Kowalski K., Kaczmarek A.: Anodic and nanostructural layers on titanium and its alloys for medical applications. Inżynieria Materiałowa 171 (5) (2009) 425.
• [14] Zhao J., Wang X., Sun T., Li L.: Crystal phase transition and properties of titanium oxide nanotube arrays prepared by anodization. Journal Alloys and Compounds 434–435 (2007) 792.
• [15] Aldabergenova S. B., Ghicov A., Albu S., Macak J. M., Schmuki P.: Smooth titania nanotubes: Self-organization and stabilization of anatase phase. Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 2190.
• [16] Krasicka-Cydzik E., Głazowska I., Kaczmarek A., Białas-Heltowski K.: Wpływ stężenia jonów fluorkowych na wzrost anodowej samoorganizującej się warstwy nanorurek TiO2. Inżynieria Biomateriałów 77-80 (2008) 46.
• [17] Krasicka-Cydzik E., Głazowska I., Kaczmarek A., Białas-Heltowski K.: Wpływ szybkości narastania potencjału na proces anodowego formowania nanorurek TiO2. Inżynieria Biomateriałów 77-80 (2008) 48.
• [18] Jaroenworaluck A., Regonini D., Bowen C. R., Stevens R.: A microscopy study of the effect of heat treatment on the structure and properties of anodised TiO2 nanotubes. Applied Surface Science 256 (2010) 2672.
• [19] Yu J., Wang B.: Effect of calcination temperature on morphology and photoelectrochemical properties of anodized titanium dioxide nanotube arrays. Applied Catalysis B: Environmental 94 (2010) 295.
• [20] Brammer K. S., Oh S., Frandsen Ch. J., Jin S.: TiO2 nanotubes structures for enhanced cell and biological functionality. JOM 62 (4) (2010) 50.
• [21] Oh S., Brammer K. S., Li Y. S. J., Teng D., Engler A. J., Chien S., Jin S.: Significantly accelerated osteoblast cell growth on aligned TiO2 nanotubes. Journal of Biomedical Materials Research A 78 (2006) 97.
• [22] Bernards M. T., Qin Ch., Jiang S.: MC3T3-E1 cell adhesion to hydroxyapatite with adsorbed bone sialoprotein, bone osteopontin, and bovine serum albumin. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 64 (2008) 236-247.
• [23] Cai K., Bossert J., Jandt K. D.: Does the nanometre scale topography of titanium influence protein adsorption and cell proliferation? Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 49 (2006) 136.
• [24] Zeng H., Chittur K. K., Lacefield W. R.: Analysis of bovine serum albumin adsorption on calcium phosphate and titanium surfaces. Biomaterials 20 (1999) 377.
• [25] Twardowski J.: Spektroskopia Ramana i podczerwieni w biologii. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa (1988).
• [26] Pisarek M., Lewandowska M., Roguska A., Kurzydłowski K. J., Janik- Czachor M.: SEM, Scanning Auger and XPS characterization of chemically preteated Ti surfaces intendent for biomedical applications. Materials Chemistry and Physics 104 (2007) 93-97.
• [27] Lewandowska M., Roguska A., Pisarek M., Polak B., Janik-Czachor M., Kurzydłowski K. J.: Morphology and chemical characterization of Ti surfaces modified for biomedical applications. Biomolecular Engineering 24 (2007) 438÷442.