Enhanced bioactivity of calcium phosphate coatings obtained by a direct electrodeposition from Hanks' solution on Ti surface

• Autorzy: Pisarek M. , Roguska A. , Marcon L. , Andrzejczuk M. , Janik-Czachor M.

Warianty tytułu

PL

Zwiększona bioaktywnosc powłok fosforanowo-wapniowych otrzymanych metodą bezpośredniego elektroosadzania na powierzchni Ti z roztworu Hanka

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main requirements for titanium biomaterials are: (a) biocompatibility, (b) resistance to biological corrosion and (c) antisepticity. These requirements may be met by a new generation of titanium biomaterials with a specific surface layer of strictly defined microstructure, chemical and phase composition. Recently, various surface modifications have been applied to form a bioactive layer on Ti surface, which is known to accelerate osseointegration. The purpose of this study was to investigate bioactivity of porous calcium phosphate coatings prepared by a direct electrodeposition on Ti surface from a modified Hanks’ solution. The thick 200 nm coatings, were prepared via cathodic polarization at constant voltage -1.5 V vs. OCP in a Hanks’ solution. In order to evaluate the potential use of the coatings for biomedical applications, the adsorption of bovine serum albumin (BSA), the most abundant protein in blood, and living cells attachment (osteoblasts, U2OS) were studied. The observed differences in living cells attachment suggest a more promising initial cellular response of Ca-P coatings with a pre-adsorbed albumin. The topography and a cross-section view of the Ca-P coatings were characterized using SEM and STEM techniques. The surface analytical techniques (AES, XPS, and FTIR) were used to characterize their chemical composition before and after protein BSA adsorption.

PL

Wymagania stawiane biomateriałom tytanowym to przede wszystkim: (a) biozgodność, (b) odporność na korozję oraz (c) antyseptyczność. Wymagania te mogą zostać spełnione poprzez wytworzenie nowej generacji biomateriałów tytanowych o określonej powierzchni właściwej, z ściśle określoną mikrostrukturą, składem fazowym i chemicznym. Współczesnie znane są różne metody modyfikacji powierzchni Ti prowadzące do formowania bioaktywnych warstw, które przyspieszają proces osteointegracji. Celem naszych badań było zbadanie bioaktywności porowatych powłok fosforanowo-wapniowych (Ca-P) przygotowanych poprzez bezpośrednie elektroosadzanie na powierzchni Ti z roztworu Hanka. Grubość wytworzonych powłok wynosiła około 200 nm, przy parametrach procesu elektroosadzania: napięcie - 1.5 V vs. OCP, czas 8000 s, roztwór Hanka. W celu dokonania oceny możliwości zastosowania badanych powłok dla potrzeb biomedycznych zastosowano adsorpcje albuminy surowicy bydlecej (BSA), która jest najczęstszą występującą proteina we krwi oraz testy komórkowe przyłączania się osteoblastów (linia komórkowa U2OS). Obserwowane zmiany podczas testów z żywymi komórkami sugerują bardziej obiecujacą początkową odpowiedz dla powłok fosforanowo-wapniowych z wstępnie zaadsorbowana albumina. Do obserwacji topografii powierzchni otrzymanych powłok oraz struktury na przekroju zastosowano mikroskopie wysokorozdzielczą SEM oraz TEM. Zastosowano również techniki powierzchniowo czułe: AES, XPS, FTIR w celu okreslenia składu chemicznego warstw przed oraz po adsorpcji protein na ich powierzchni.

Słowa kluczowe

EN

biocompatibility; Ca-P coatings; electrodeposition; BSA protein

PL

biokompatybilność; powłoki Ca-P; osteoblasty (U2OS)

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 1
• Strony: 261--267
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pisarek M.

autor

Roguska A.

autor

Marcon L.

autor

Andrzejczuk M.

autor

Janik-Czachor M.

• Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences, Kasprzaka 44/52, 01-224 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] K. Cai, J. Bossert, K. D. Jandt, Colloids and Surf. B: Biointerfaces. 49, 136 (2006).
• [2] H. J. Rack, J. I. Qazai, Mat. Sci. Eng. C. 26, 1269 (2006).
• [3] D. M. Brunette, P. Tengvall, M. Textor, P. Thomsen, Titanium in Medicine: Material Science, Surface Science, Engineering, Biological Responses and Medical Applications (Engineering Materials), Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001.
• [4] Ji-H. Park, D.-Y. Lee, K.-T. Oh, Y.-K. Lee, K.-M. Kim, K.-N. Kim, Mat. Let. 60, 2573 (2006).
• [5] J. H. Park, Y.-K. Lee, K.-M. Kim, K.-N. Kim, Key Eng. Mat. 284-286 473 (2005). Trans Tech Publications, Switzerland.
• [6] X. Liu, P. K. Chu, Ch. Ding, Mat. Sci. Eng. R. 47, 49 (2004).
• [7] M. Lewandowska, A. Roguska, M. Pisarek, B. Polak, M. Janik-Czachor, K. J. Kurzydłowski, Biomole. Eng. 24, 438 (2007).
• [8] M. Pisarek, A. Roguska, M. Andrzejczuk, L. Marcon, S. Szunerits, M. Lewandowska, M. Janik- Czachor, Appl. Surf. Sci. 257, 8196 (2011).
• [9] J. Wang, P. Layrolle, M. Stigter, K. de Groot, Biomaterials. 25, 583 (2004).
• [10] D. D. Deligianni, N. Katsala, S. Lada, D. Sotiropoulou, J. Amedee, Y.F. Missirlis, Biomaterials. 22, 1241 (2001).
• [11] K. Cai, M. Frant, J. Bossert, G. Hildebrand, K. Liefeith, K.D. Jandt, Colloids Surf. B: Biointerfaces. 50, 1 (2006).
• [12] X. Zhu, J. Chen, L. Scheideler, R. Reichl, J. Geis-Gerstorfer, Biomaterials. 25, 4087 (2004).
• [13] B. Feng, J. Weng, B. C. Yang, S. X. Qu, X. D. Zhang, Biomaterials. 24, 4663 (2003).
• [14] M. S. Djosic, V. Panic, J. Stojanovic, M. Mitric, V. B. Miskovic-Stankovic, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 400, 36 (2012).
• [15] A. Rakngarm, Y. Mutoh, Mater. Sci. Eng. C. 29, 275 (2009).
• [16] M. V. Popa, J. M. Calderon Moreno, M. Popa, E. Vasilescu, P. Drob, C. Vasilescu, S. I. Drob, Surf. Coat.Technol. 205, 4776 (2011).
• [17] H. Wang, N. Eliaz, L. W. Hobbs, Mat. Let. 65, 2455 (2011).
• [18] S. V. Dorozhkin, M. Schmitt, J. M. Bouler, G. Daculsi, J. Mat. Sci. Materials in Medicine. 11, 779 (2000).
• [19] S. V. Dorozhkin, J. Mat. Sci. 42, 1061 (2007).
• [20] H. B. Lu, C. T. Campbell, D. J. Graham, B. D. Ratner, Anal. Chem. 72, 2886 (2000).
• [21] M. Vallet-Regi, J. M. Gonzalez-Calbet, Progress in Solid State Chem. 32, 1 (2004).
• [22] A. Roguska, M. Pisarek, M. Andrzejczuk, M. Dolata, M. Lewandowska, M. Janik-Czachor, Mat. Sci. Eng. C. 31, 906 (2011).
• [23] J. Chastain, R. C. King Jr. (Eds.), Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy, A Reference Book of Standard Spectra for Identification and Interpretation of XPS Data, Physical Electronics, Inc., USA 1995.
• [24] P. Royer, Ch. Rey, Surf. Coat. Technol. 45(1-3), 171 (1991).
• [25] T. Hanawa, M. Ota, Biomaterials. 12(8), 767 (1991).
• [26] J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in catalysis, Wiley-VCH VerlagGmbh&Co. KGaA, Weinheim, 39 (2007).
• [27] A. Stoch, W. Jastrzebski, A. Brożek, B. Trybalska, M. Cichocinska, E. Szarawara, J. Molecular Structure. 511-512 , 287 (1999).
• [28] L. Muller, E. Conforto, D. Caillard, F.A. Muller, Biomolecular Eng. 24, 462 (2007).
• [29] C. Rey, C. Combes, C. Drouet, H. Sfihi, A. Barroug, Mat. Sci. Eng. C. 27, 198 (2007).
• [30] H. Zeng, K. K. Chittur, W. R. Lacefield, Biomaterials. 20, 377 (1999).
• [31] J. Twardowski, P. Anzenbacher, Raman and IR spectroscopy in biology and biochemistry, Polish Scientific Publishers PWN Ltd., Warsaw, 1994.
• [32] M. T. Bernards, C. Qin, S. Jiang, Colloids Surf. B: Biointerfaces. 64, 236 (2008).
• [33] M. Yamaguchi, A. Igarashi, H. Misawa, Y. Tsurusaki, J. Cellular Biochem. 89(2), 356 (2003).
• [34] K. Ishida, M. Yamaguchi, Inter. J. Molecular Medicine. 14(6), 1077 (2004).
• [35] P. J. ter Brugge, S. Dieudonne, J. A. Jansen, J. Biomed. Mat. Res. A. 61(3), 399 (2002).
• [36] X. Zhu, J. Chen, L. Scheideler, R. Reichl, J. Geis-Gerstorfer, Biomaterials. 25, 4087 (2004).