Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Effect of Phosphates and Fluorides, Included in TiO2 Nanotube Layers on the Performance of Hydrogen Peroxide Detection

Arkusz K., Krasicka-Cydzik E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 2

765--772

EN

Titania nanotube (TNT) arrays fabricated by anodizing of titanium foil in organic (ethylene glycol) and inorganic (phosphoric acid) electrolytes and thermally modified in argon revealed much improved properties to detect hydrogen peroxide. Horseradish peroxidase and acetate thionine co-absorbed by a dip coating on the TNT electrode were used to detect hydrogen peroxide in phosphate buffered saline. The morphology and electrochemical properties of TNT arrays were studied by scanning electron microscopy, electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. Well defined oxidation and reduction peaks for potassium ferricyanide have been observed for TNT formed in ethylene glycol and annealed in argon. TNT arrays formed in organic electrolyte and annealed in argon indicated more favorable adsorption and electrochemical properties what was confirmed by detection of hydrogen peroxide towards analyte in phosphorate buffered saline solution.

2

The influence of osteoporotic bone structures of the pelvic-hip complex on stress distribution under impact load

Arkusz K., Klekiel T., Niezgoda T. M., Będziński R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2018

|

Vol. 20, no. 1

29--38

EN

Purpose: The aim of this study was to determine the effect of bone mineral density (BMD) on the stress distribution in pelvic-hip complex (PHC) model which included bone structures and soft tissues. Bone mass changes in osteoporosis and osteopenia were considered in this analysis. In addition, the relations between force direction and stress distribution causing PHC fractures were determined. Methods: This paper presents the development and validation of a detailed 3D finite element model with high anatomical fidelity of the PHC and BMD changes in trabecular and cortical bones, modelled based on CT scans. 10 kN loading was induced on a model consisting of 8 ligaments, the pelvis, sacrum, femur in front and side directions. Results: For validation, the results of this model were compared to physiological stress in standing position and previous results with high-energy crashes under side impact load. Analysis of side-impact indicated the influence of BMD on femoral neck fractures, acetabular cartilage and sacroiliac joint delaminations. Front-impact analysis revealed the inferior pubic ramus, femoral neck fractures and soft tissue injuries, i.e., acetabular cartilage and symphysis pubis in osteoporosis and osteopenia. Conclusions: The elaborated PHC model enables effective prediction of pelvis injuries in high-energy trauma, according to Young-Burgess classification, and the determination of the influence of BMD reduction on pelvis trauma depending on force direction. The correlation between BMD and stress distribution causing varying injuries was determined.

3

Surface analysis of long-term hemodialysis catheters made of carbothane (poly(carbonate)urethane) before and after implantation in the patients’ bodies

Nycz M., Paradowska E., Arkusz K., Kudliński B., Krasicka-Cydzik E.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2018

|

Vol. 20, no. 2

47--53

EN

The vascular cannulation is associated with a number of complications. The aim of this work was to study the composition and distribution of the film covering the surfaces of Mahurkar Maxid and Palindrome catheters, which were removed from the body of long-term hemodialysis patients. Moreover, the roughness and contact angle of the catheters were evaluated. Methods: Two brand new (as a reference) and thirty used catheters were the subject of the study. Their implantation period lasted from 4 months to a year and the reason for removal was the production of another vascular access or obstruction. Surfaces were analyzed by scanning electron microscope, atomic force microscope and goniometer. Results: The inner surfaces of the used catheters were covered with a film of various complexity which includes a plurality of protein, blood cell counts and the crystals. The closer to the distal part the film becomes more complex and multi-layered. Even the surfaces of brand new catheter were not completely smooth. The only significant difference between analyzed models was the presence of thrombus in the distal part of Mahurkar Maxid catheters, not in the Palindrome. Conclusions: The distal part of the catheters is the place most exposed to obstruction and infection, which may be due to not reaching the anticoagulant agent into this part. Not only the occurrence of side holes affects the formation of thrombus, but also their quantity, geometry and distribution which effect on fluid mechanics. The surface of the catheters needs to improvement to minimize the occurrence of defects and cracks.

4

Wpływ nanocząsteczek srebra na ścieralność szkliwa ludzkich zębów

Marcinowicz K., Arkusz K.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2018

|

Vol. 24, nr 1

8--17

PL

Celem pracy było określenie przewodnictwa jonowego ludzkich zębów oraz wpływu nanocząsteczek srebra (AgNPs) na ścieralność szkliwa zębów. Badania prowadzono przez 31 dni, odwzorowując proces szczotkowania ludzkich zębów w obecności: wody destylowanej, roztworu pasty do zębów oraz roztworu pasty wzbogaconej o nanocząsteczki srebra. Nanocząsteczki srebra o średnicy 30±5 nm wytworzono metodą biologicznej syntezy z liści magnolii. Analizę powierzchni szkliwa ludzkich zębów dokonano za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS), pomiaru potencjału stacjonarnego (OCP) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Uzyskane wyniki wykazały negatywny wpływ szczotkowania mechanicznego na szkliwo ludzkich zębów, które wraz z kolejnym dniem ulegało degradacji. Szczotkowanie w obecności roztworu pasty zmniejszyło proces ścierania szkliwa, dzięki jonom fluoru wnikającym w głąb ludzkiego zęba oraz substancjom antyściernym. Zastosowane nanocząsteczki srebra zmniejszyły ścieralność ludzkiego szkliwa i wnikając w strukturę hydroksyapatytu polepszyły jego właściwości ochronne.

EN

The aim of this work was to define the ionic conductivity of human teeth and the influence of silver nanoparticles (AgNPs) on human tooth enamel abrasion. Studies were conducted for 31 days by mapping process of mechanical brushing in the presence of: distilled water, an aqueous paste solution, an aqueous paste solution enriched with silver nanoparticles. Silver nanoparticles with diameter of 30±5 nm were prepared by the method of biological synthesis from the leaves of magnolia. The analysis of the enamel surface was performed using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), open circuit potential measurement (OCP) and scanning electron microscopy (SEM). Obtained results showed a negative effect of mechanical brushing on human enamel, which the degradation is increasing day by day. Brushing with toothpaste decreased the enamel abrasion process through a fluoride ions penetration into the tooth and antifriction components. Silver nanoparticles reduced the dental micro-abrasion, penetrating the structure of hydroxyapatite improved protective properties of enamel.

5

Oznaczanie czynnika martwicy nowotworów (TNFα) za pomocą mikrowagi kwarcowej

Arkusz K.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 3

113--120

PL

Celem pracy było sprawdzenie możliwości wykorzystania elektrochemicznej mikrowagi kwarcowej do oznaczania poziomu czynnika martwicy nowotworów (ang. Tumor Necrosis Factor, TNFα). Pomiary za pomocą wagi EQCM (ang. Electrochemical Quartz Crystal Microbalance) przeprowadzono w standardowym trójelektrodowym układzie, w którym zastosowano: (1) immobilizowaną elektrodę Ti/TiO2 jako elektrodę pracującą, (2) elektrodę złotą jako elektrodę pomocniczą i (3) elektrodę Ag/AgCl jako elektrodę odniesienia. Próbki immobilizowano metodą bezpośredniej adsorpcji poprzez nakropienie 10 μl przeciwciał TNFα o stężeniu 1 μg/ml na powierzchnię Ti/TiO2 i inkubowaniu przez 1h. Pomiary piezoelektryczne wykonano w zakresie (-0,3 ÷ -0,8) V z prędkością skanowania 20 mV/s w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (0,01 M PBS, pH 7,4) z dodatkiem 10 μl standardowego roztworu antygenów TNFα (50–1000 pg/ml). Wyniki badań dowiodły, że przygotowana platforma jest czuła na zmianę stężenia antygenu na powierzchni elektrody. Kryształy pokryte TiO2 z immobilizowaną warstwą przeciwciał i antygenu TNFα wykazały wyraźny spadek częstotliwości, który stabilizuje się na określonym poziomie w zależności od stężenia antygenu (błąd średniokwadratowy R2 = 0,9624).

EN

The aim of this study was to examine the possibility of using electrochemical quartz crystal microbalance EQCM for the determination of the level of tumor necrosis factor (TNFα). EQCM measurements were carried out in a standard three-electrode system, which uses: (1) Ti/TiO2 immobilized electrode as the working electrode, (2) gold electrode as the counter electrode, and (3) Ag/AgCl electrode as the reference electrode. Samples were immobilized by dropping 10 μl TNFα antibody with concentration 1 μg/ml onto the Ti/TiO2 surface and incubated for 1 h. Piezoelectric and voltamperometric measurements were carried out in (-0.3 ÷ -0.8) V interval with the scan rate 20 mV/s in phosphate-buffered saline solution (0.01 M PBS, pH 7.4) with addition of 10 μl standard TNFα antigen (50–1000 pg/ml). Obtained results proved that the prepared platform was sensitive to change of antigen concentration on the surface of the electrode. Crystals covered by TiO2 with an immobilized layer of antibody and antigen TNFα showed a significant decrease of frequency, which remains on specified level according to the antigen concentration (mean squared error R2 = 0.9624).

6

Elektrochemiczna detekcja interleukiny-6 na podłożu nanotubularnym ditlenku tytanu

Arkusz K., Nycz M., Paradowska E., Krasicka-Cydzik E.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 125

21--29

PL

Celem przeprowadzonych badań było opracowanie elektrochemicznych biosensorów do wykrywania obecności prozapalnej cytokiny, interleukiny 6 (IL-6), w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (phosphate bufferred saline PBS). Do tego celu wykorzystano nowe, modyfikowane powierzchniowo warstwy nanorurek ditlenku tytanu (TNT – titania nanotubes) wytworzone w procesie anodowania folii tytanu w roztworze glikolu etylenowego. Warstwy TNT poddano obróbce termicznej poprzez wyżarzanie w atmosferze argonu i funkcjonalizowano przez bezpośrednią immobilizację przeciwciał cytokiny IL-6 na ich powierzchni metodą nakraplania. Oznaczenie stężenia IL-6 w roztworze PBS badano za pomocą dwóch typów biosensorów elektrochemicznych: impedancyjnego i amperometrycznego, wykorzystując oddziaływania pomiędzy ludzkim przeciwciałem monoklonalnym IL-6 i antygenem IL-6. Działanie biosensora impedancyjnego polegało na określeniu zmian wartości pojemności elektrycznej warstwy powierzchniowej (a równocześnie kąta przesunięcia fazowego jej charakterystyki impedancyjnej) na skutek powstawania kompleksu antygen-przeciwciało IL-6. Do wykrywania antygenu IL-6 w biosensorze amperometrycznym zastosowano natomiast przeciwciało IL-6 skoniugowane z peroksydazą chrzanową (HRP). Limity detekcji IL-6 opracowanych biosensorów wynoszące 5 pg/ml są znacznie niższe od limitu detekcji w obecnie stosowanych testach immunoenzymatycznych ELISA (25 pg/ml). Zarówno korzystne właściwości adsorpcyjne i dobre przewodnictwo elektryczne materiału podłoża biosensorów, umożliwiającego zastosowanie bezpośredniej immobilizacji substancji biologicznych, jak i stosowane dwie metody elektrochemiczne: impedancyjna oraz amperometryczna sprawiają, że opracowana metoda detekcji cytokin jest szybka, tania, selektywna i czuła.

EN

Sensitive electrochemical biosensors for determination of proinflammatory cytokine Interleukin-6 are elaborated. They are based on novel and surface modified layers of titania nanotubes (TNT) formed by anodization of titanium foil in ethylene glycol solution. The TNT layers were thermally improved by annealing in argon and functionalized for biosensing by direct immobilization of biological reagents on their surfaces with the simple drop technique. Strong antibody-antigen interaction was used in two types of electrochemical biosensors: the impedimetric and the amperometric to detect the IL-6 concentrations in phosphate buffered solutions (PBS). The impedimetric biosensor determines changes of capacitance values due to the formation of IL-6 antibody-antigen complex on biosensor platform. Horseradish peroxide (HRP) conjugated antibodies are used to detect IL-6 antigen in the amperometric biosensor. Two novel electrochemical methods allow to detect 5 pg/ml of IL-6 in PBS solution, which is below detection limit 25 pg/ml in currently used enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) tests. The favorable adsorption and electrical conductance properties of the platform material, which allow the direct immobilization of biological substances on its surface and give the possibility to apply two electrochemical techniques: the impedimetric and the amperometric one, ensure the elaborated cytokine detection methods to be fast, inexpensive, selective and sensitive.

7

Vanadium oxide rich nanotubes on both phases of anodized Ti6Al4V alloy

Kaczmarek A., Arkusz K., Krasicka-Cydzik E.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

155

EN

Ti6Al4V, if used as an implant material is becoming replaced by other titanium based medical alloys due to the toxicity of vanadium. Anodic modification carried out to obtain nanoporous structures on this two-phase material leads to the formation of oxides only over а phase, vanadium rich ß phase oxide being etched [1,2] due to the high solubility of V-oxides. However, vanadium oxides having excellent conductive [3,4] and catalytic [5] properties, with ability to bind proteins [6] and similar to phosphates in the metabolic affinity to insulin mimics [7]. Such properties are prospective for using anodised nanotubular layer of the Ti6Al4V as a biosensor platform. Anodizing the Ti6Al4V alloy in phosphoric acid with fluoride ions gives nanotubes presented in Fig.1a, whereas using 99.0% ethylene glycol with 0.6% fluorides leads to formation of uniform 50nm diameter nanotubes on both phases Fig. 1b. To next experiments for thermal modification and electrochemical examination the most appropriate surface was obtained during anodization in 99% ethylene glycol with 0.6% of NH4F in 20V during 20min. Thermal modification was carried in 600PC in three atmospheres (air, argon and nitrogen), only modification in nitrogen does not affect on the nanotubes morphology, in other cases shape and nanotubular character of oxide layer changes to nonregular oxide structures. Corrosion potential, cyclic voltametry and EIS studies carried in PBS solution for each of thermally modified oxide surface confirmed unique electric properties of obtained layers. Obtained novel coating with nanotubular TiO2, Al2O3, and VOX and their conductive, biological and catalytic properties may be a bioactive and cell growth stimulating layer, a platform for high sensitive sensors, or nanodimensional electrode material.

8

Model matematyczny do wyznaczania parametrów formowania nanorurek TiO2 podczas anodowania

Krasicka-Cydzik E., Arkusz K., Kaczmarek A.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 114

34--40

PL

Celem badań było opracowanie modelu matematycznego opisującego formowanie nanorurek z tlenku tytanu (TNT) na folii tytanowej metodą anodowania. Równania uwzględniające wpływ parametrów anodowania na wybrane cechy morfologiczne TNT posłużą do wyznaczania i optymalizowania parametrów anodowania: potencjału, czasu i stężenia składnika organicznego elektrolitu, w celu uzyskania TNT o pożądanej średnicy i długości. W pracy stosowano dwa organiczne elektrolity - glikol etylenowy i glicerol, resztę stanowiła woda z dodatkiem 0,65% wag. NH4F. Wynikiem pracy są równania i wykresy opisujące zależności pomiędzy parametrami anodowania (dane wejściowe), a cechami morfologicznymi TNT (dane wyjściowe). Poprawność modelu została sprawdzona poprzez ocenę morfologii TNT wytworzonych zgodnie ze wskazaniami modelu. Wyniki potwierdzają możliwość przewidywania średnicy i długości TNT, tj. grubości ich warstwy na folii tytanowej na podstawie modelu. W celach aplikacyjnych konieczne jest udoskonalenie przedstawionego modelu poprzez redukcję błędów.

EN

A mathematical model to determine parameters of anodic formation of titania nanotubes (TNT) on titanium foil has been elaborated. Equations include the influence of voltage, time of anodization and concentration of organic component of electrolyte on the selected morphological features of TNT: diameter and length of nanotubes. The developed model can be used to predict and optimize the anodization parameters to obtain nanotubes of desired diameter and length. Two organic electrolytes, ethylene glycol and glycerol, have been used, the rest of electrolyte being water with addition of 0.65 wt% NH4F. The equations and graphs showing the correlations between the anodizing and morphological parameters are presented. The correctness of the model has been tested by comparing the parameters of produced nanotubes with parameters indicated by the model. Results confirm the possibility to predict the diameter and the length of TNT formed by anodizing of titanium in two organic solutions with small addition of fluorides and obtain TNT of desired morphology for biomedical applications.

9

Wykrywanie antygenu CA 15.3 metodami elektrochemicznymi na podłożu Ti/TiO2

Filik J., Cyran K., Skóra J., Kaczmarek A., Arkusz K., Krasicka-Cydzik E.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2012

|

Vol. 18, nr 2

134-138

PL

W badaniach podjęto próbę wykorzystania matrycy nanorurek z ditlenku tytanu (TNT – Tunneling Nanotubes) jako podłoża immunosensora do oznaczania markera nowotworowego CA 15-3, wykorzystywanego głównie do diagnozowania stanów przerzutowych raka piersi. Nanorurki otrzymano metodą anodowania, po czym modyfikowano je poprzez wyżarzanie w powietrzu. Podjęto następnie próbę bezpośredniej immobilizacji antygenu na powierzchni nanorurek. Pomiar elektrochemiczny opierał się na konkurencyjnej metodzie immunologicznej. Zmiany prądu wynikają ze współzawodnictwa wiązania antygenu CA 15-3 występującego w roztworze i antygenu CA 15-3 unieruchomionego na powierzchni biosensora. Odpowiedź biosensora została sprawdzona metodami woltamperometrii cyklicznej (CV – Cyclic Voltammetry) oraz spektroskopii impedancyjnej (EIS – Electrochemical Impedance Spectroscopy). Wyniki wstępnych eksperymentów dowiodły, że zastosowany materiał TNT okazał się czuły na obecność antygenu w analicie i może pełnić funkcję jako podłoże pod immunosensor amperometryczny i impedancyjny. Jednak w dalszych etapach badań przed zastosowaniem tego biosensora w diagnostyce zalecana jest modyfikacja w celu usprawnienia jego działania.

EN

In the paper an attempt to apply tunneling nanotubes (TNT) covered with titanium foil as an immunosensor matrix to detect tumor marker CA 15-3 used to diagnose metastasis breast cancer, was described. Nanotube layer was obtained by anodizing and modified by annealing in the air. Then, CA 15-3 antigen was directly immobilized on nanotube surface. The electrochemical measurement was based on a competitive immunoassay scheme. The current changes were caused by the competitive binding of the CA 15-3 occurring in solution and CA 15-3 immobilized on the biosensor surface. To check the biosensor response the cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), were applied. The results of the experiments showed that the prepared matrix Ti/ TNT has been sensitive to antigen concentration in the analyte. Particularly, the impedimetric detection is very promising. Further efforts are needed to modify the matrix and calibrate the sensor before first preclinical tests.

10

Role of phosphates in improvement of surface layer on titanium alloys for medical applications

Krasicka-Cydzik E., Kaczmarek A., Arkusz K.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

485-489

EN

Protective properties of the oxide surface layer on titanium and its alloys can be tailored to desired applications by anodizing parameters. Electrochemical oxidation in various electrolytes as well as different scan rates during the very first seconds of polarization may improve the morphology, structure and chemical composition of oxide layers to enhance the use of titanium materials in electronics, photovoltaic and medicine. Phosphate electrolytes play specific role in the anodizing process. Besides forming compact barrier layer, they enable also to form oxide porous and nanostructural layers enriched in phosphates, which enhance their bioactivity. In the paper the influence of phosphate ions on formation oxide layers: porous (Fig. 1, 2), gel-like (Fig. 3) and nanostructural on titanium (Fig. 6) and its alloys Ti6Al4V and Ti6Al7Nb (Fig. 8) in phosphoric acid solutions was presented. Basing on morphological and chemical composition analysis (SEM, XPS) and the electrochemical tests (Fig. 2, 4, 5, 9) the effect of electrolyte concentration on the protective character and the corrosion potential of the examined layers was revealed. The enrichment of surface oxide layers with phosphates and fluorides, enhancing their bioactivity, was observed. Studies to use Ti/TiO2 systems as the platform of the electrochemical biosensors to detect H2O2 and glucose proved the opportunity to use this nanotubular material as a platform for 2nd generation biosensors.

PL

Ochronne własności warstw tlenkowych na materiałach tytanowych można kształtować pod kątem określonych zastosowań przez zmianę parametrów procesu anodowego. Metodą utleniania elektrochemicznego są formowane warstwy o zróżnicowanej morfologii, strukturze, składzie chemicznym i przewodności elektrycznej, co rozszerza spektrum zastosowań tych materiałów w elektronice, fotowoltaice oraz medycynie. Elektrolity fosforanowe pełnią szczególną rolę w procesach anodowania. Poza formowaniem zwartej warstwy ochronnej umożliwiają także formowanie tlenkowych warstw porowatych i nanostrukturalnych, wzbogaconych w fosforany nadające tym warstwom cechy bioaktywności. W pracy przedstawiono wpływ jonów fosforanowych na formowanie warstw tlenkowych: porowatych (rys. 1, 2), żelopodobnych (rys. 3) i nanostrukturalnych na tytanie (rys. 6) i jego stopach: Ti6Al4V i Ti6Al7Nb (rys. 8) w roztworach kwasu fosforowego. Na podstawie badań morfologicznych i składu chemicznego (SEM, XPS) oraz testów elektrochemicznych (rys. 2, 4, 5, 9) wykazano wpływ stężenia elektrolitu na ochronny charakter tych warstw oraz ich potencjał korozyjny. Zaobserwowano wzbogacenie anodowych tlenków w fosforany i fluorki, podnoszące ich bioaktywność w sztucznym płynie fizjologicznym (SBF). Podjęto także próby określenia przydatności układów Ti/TiO2 w charakterze podłoża dla bioczujników elektrochemicznych do wykrywania obecności H2O2 i glukozy.