退火TiO的抗菌活性₂碳纳米管掺杂Ag纳米颗粒对牙周病原体

文摘

重要的是开发功能性transmucosal植入物表面,减少最初附着细菌和他们需要修改以提高抗菌性能。商业纯钛表被阳极氧化电解液含有乙二醇、蒸馏水和氟化铵生产TiO室温₂纳米管。这些结构被退火在450°C变换锐钛矿。退火TiO₂碳纳米管被治疗在电解质包含80.7 g / L你₄h·7₂O, 41 g / L MgSO₄h·7₂啊,45 g / L H₃薄₃和1.44 g / L Ag)₂所以₄在20°C应用程序9 V交流电压用银掺杂。退火TiO₂碳纳米管掺杂TiO退火₂纳米管进行评估通过SEM、FESEM和x射线衍射。抗菌活性被确定的依从性评估答:actinomycetemcomitans,t .连翘,c .腹直肌碳纳米管的表面。细菌的形态学检查使用SEM。退火Ag)掺杂TiO₂纳米管显示强烈的峰值。细菌对退火Ag)掺杂TiO死亡₂发现了碳纳米管对答:actinomycetemcomitans,t .连翘,c .腹直肌表明抗菌功效。

1。介绍

牙科植入物已经成为广泛应用在牙科治疗选择来代替缺失牙齿的功能和美学。然而,植入失败和peri-implantitis是问题解决提供长期稳定的牙科植入物不仅取决于融入周围的骨(1),但也存在的植入物周围的软组织保护密封(2]。

的组成、配置和密度的蛋白质薄膜来源于观察牙龈沟液内细胞激素唾液和很大程度上依赖于底层表面的物理和化学性质,从而影响表面细菌粘附的属性通过薄膜(2]。表面的“种族”于1987年由Gristina描述细菌粘附和组织集成(之间的竞争3]。如果本地主机细菌赢得比赛,组织细胞将无法取代这些主要的殖民者,和生物膜的形成会发展成peri-implantitis [4,5]。重要的是开发功能性transmucosal植入物表面,减少最初坚持的细菌。第一个方法是抑制口腔细菌的初始粘附。理想transmucosal植入表面暴露在口腔建议是高度抛光抵制细菌殖民化,它将允许一个上皮密封,防止斑块的形成积累导致peri-implantitis [5,6]。第二种方法是抑制口腔细菌的殖民,其中包括表面抗菌活性(7]。表面需要修改优化植入物的抗菌性能。植入物的抗菌特性可以提高机械、物理、化学和生物化学表面处理。电化学阳极处理已经收到越来越多的关注作为一个高度有序的化学表面改性方法制造nanotubular氧化钛(TiO₂)层的人体植入物是一个划算,多才多艺,和简单的方法8- - - - - -11]。阳极化导致了氧化的金属物种在金属表面形成一个固体氧化物。根据阳极处理条件(潜力,电解液性质,电解液的浓度,温度,潜在的扫描速度,pH值,和氧化时间)(12,13),固体氧化层可以是紧凑,或nanotubular [14]。命令nanotubular TiO的结构₂,控制和统一的直径、长度和壁厚,可以形成如果解散增强使用含氟化物电解质和合适的阳极处理条件(14]。

的nanotubular TiO₂表面一层中扮演重要角色的改善骨整合通过增强骨细胞粘附、分化、高山活动,骨基质沉积、磷灰石沉积率(15],本文以Ti和Ti-based材料(16- - - - - -18]。也有研究验证TiO₂纳米管与预测有前途的生物活性涂层为当地的药物输送系统(药物释放特性19),杀死癌细胞的20.),和细菌细胞(21抗癌和抗菌治疗。随着微生物的增加耐多种抗生素,抗菌药物需要替代(22]。银无毒性的人类细胞(23)被广泛用作抗菌涂层,避免初始粘附的细菌在植入物表面(23,24]。很难对这个元素细菌产生耐药性。它是有效的在低浓度和相对较大的水库提供的碳纳米管可以产生长期抗菌效果(25]。与这个概念,TiO的抗菌研究专注于制造₂碳纳米管作为载体对Ag作为抗菌剂。TiO₂碳纳米管被声波降解法[装满Ag)26),浸泡在AgNO₃解决方案(25),电沉积(27),和溅射沉积技术(22)生成表面显示TiO附着Ag纳米粒子均匀分布₂纳米管的墙壁。在我们的研究中,电化学阳极处理技术,它是容易的和成本有效,用于填写TiO₂纳米管与Ag)而不是生成分布式Ag)粒子在这些纳米管。

Periodontopathogen细菌可以附加intraoral组件的植入物暴露于唾液,斑块,crevicular流体和peri-implantitis感染的风险增加。因此,本研究的目的是要表明退火Ag)掺杂TiO的可能的临床益处₂纳米管在提供抗菌性由于Ag)内容peri-implantitis-associated细菌的粘附Aggregatibacter actinomycetemcomitans,Tannerella连翘,弯曲杆菌腹直肌transmucosal组件的牙科植入物。

2。材料和方法

2.1。准备样品

工业纯钛在广场(cpTi)表(毫米,99.6%纯度)被用作基质的实验。这些表是在丙酮超声清洗,蒸馏水,分别和甲醇。采用电化学阳极处理形成一层TiO₂纳米管在cpTi表。阳极氧化电压保持在40 V的直流电源在室温下30分钟。电解质是乙二醇为0.5 wt %氟化铵(NH)₄%蒸馏水(F)和3卷28]。这些床单然后在450°C在空气中退火30分钟将无定形TiO₂纳米管进入锐钛矿相(29日]。这些表包含退火TiO₂碳纳米管被任命为集团TiO₂。集团TiO₂表与蒸馏水冲洗和丙酮清洗阳极氧化后,他们立即掺杂Ag)在20°C的恒定电压9 V的直流电源30秒。电解液含有80.7 g / L你₄h·7₂O, 41 g / L MgSO₄h·7₂啊,45 g / L H₃薄₃和1.44 g / L Ag)₂所以₄(30.,31日]。包含退火TiO的床单₂碳纳米管作为阴极电极和铂片作为对电极。这些表包含退火Ag)掺杂TiO₂碳纳米管被任命为集团。未经处理的cpTi床单被命名为Ti。24-well细胞培养板底部被用作对照组命名为对照组的抗菌试验。

2.2。表征方法

表面形态的观察使用扫描电子显微镜(SEM) (JSM5410 JEOL,东京,日本)在25 kV加速电压。场发射扫描电子显微镜(FESEM)(地产- 7000 f, JEOL、东京、日本)被用来观察薄膜的微观结构在5和10 kV加速电压和在不同的放大。电影的结构和相应的Ag-TiO的方向₂电影是由利用x射线衍射仪(飞利浦PW 3710 Cu-Kα辐射)。0.01°/秒的扫描速率用于cpTi表面和退火TiO₂电影的掠入射0.2°,但这个掠入射不足以检测退火TiO的Ag)₂碳纳米管掺杂Ag)。出于这个原因,用于退火TiO的掠入射₂碳纳米管掺杂的Ag)是0.5°。

2.3。抗菌试验

测试进行使用答:actinomycetemcomitans(写明ATCC 43718;美国马里兰州罗克维尔市写明ATCC),t .连翘(ATCC43037A),c .腹直肌(写明ATCC 33238)。细菌细胞培养在脑心浸液肉汤(BHI)(美国热科学Remel Lenexa, KS)一夜之间在37°C。基于我们的试点研究,细菌生长mid-log阶段和离心机和resuspended trypticase酱油汤的光学密度约为0.40答:actinomycetemcomitans0.25,t .连翘0.10,c .腹直肌在波长600纳米。床单TiO的团体₂、银、钛、和对照组被放置成单个井的无菌24-well文化板块与改性表面放置面临向上和细菌细胞用移液器吸取到三种不同的细菌实验的样本。文化板块覆盖了他们的盖子和孵化37°C在厌氧环境中(模块化气氛控制系统,DW科学,皮普,约克郡,英国)18 h。每个好适当的上清液稀释和镀TSBN媒体(个人通信、党卫军Socransky福赛斯学院,剑桥,妈,美国)答:actinomycetemcomitans,t .连翘,c .腹直肌和孵化厌氧4天在37°C和殖民地的数量(克隆形成单位:CFU)计算。TSBN准备如下:解决方案26克脑心浸液琼脂(热科学Remel) 20克的trypticase大豆琼脂(热科学Remel), 10 g的酵母提取物(Difco实验室、底特律、MI、美国),和5毫克的氯高铁血红素(Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)被添加到930毫升蒸馏水。解决方案是热压处理过的,然后放在一个水浴。52°C的温度达到时,以下解决方案添加无菌:10毫升的甲萘醌原液(5毫克/ 100毫升)(Sigma-Aldrich), 1毫升的一个N-acetylmuramic酸原液(1 g / 100毫升)(Sigma-Aldrich)和50毫升的羊血(热科学Remel)。

细胞密度在不同浓度选择基于试点粘附实验能够查看不同的殖民的浓度选择细菌细胞在材料表面的SEM。在团体TiO床单₂、Ag)和Ti受到固定SEM下所述紧随其后。

2.4。细菌形态

代表表殖民与选定的口腔细菌准备SEM标准程序。表是固定在2.5%戊二醛1 h。洗后三次0.1磷酸盐缓冲剂,细菌与1% OsO后缀₄1 h。表后冲洗两次在0.1 M磷酸盐缓冲剂,他们通过梯度酒精脱水系列(25 - 100%)。Hexamethyldisilazane应用两次。表随后临界点干燥;溅射镀黄金,检查使用SEM(埃因霍温飞利浦XL 30日,荷兰)在20到25 kV电压加速。

2.5。统计分析

统计分析了在线VassarStats:统计计算的网站。差异意味着数量的微生物(cfu)从实验材料进行了单向方差分析(方差分析)和事后分析使用图基的studentized范围(HSD)测试。所有结果报告为平均值±标准偏差(SD)。设置阈值的意义。

3所示。结果与讨论

本研究的目标是开发一种抗菌表面transmucosal组件牙科植入物不易periodontopathogen细菌殖民化。这个目标实现了通过表面nanostructural修改通过电化学阳极处理和退火Ag)掺杂紧随其后。本研究表明,退火Ag)掺杂TiO₂纳米管抑制粘附的答:actinomycetemcomitans,t .连翘,或c .腹直肌。

人们普遍认为periodontopathogen细菌在peri-implantitis组装中起关键作用的假定的致命因素。答:actinomycetemcomitans负责诱导的炎症齿龈和破坏的牙周韧带和牙槽骨调节炎症,诱导组织破坏,抑制组织修复(32]。上皮细胞的入侵t .连翘被认为是一个重要的毒性机制,它假定的毒性等因素trypsin-like蛋白酶、唾液酸酶、血凝素,组件的细菌S-layer和细胞surface-associated和分泌蛋白(BspA) [33]。c .腹直肌是一种细菌,达到更深的部分龈下的口袋里使用的能动性鞭毛,似乎是主要的致病因素(34]。检查表面的抗菌性,答:actinomycetemcomitans,t .连翘,c .腹直肌被选为本研究他们与牙周疾病相关细菌物种正在考虑个人的假定的致命因素。

在我们的研究中,观察cpTi表面光滑,带有凹槽,山谷,山峰在微米尺度电化学阳极处理(图1 (c))。这些cpTi表面电化学阳极氧化与乙二醇、蒸馏水、氟化铵生产高度有序的TiO₂纳米管钛基板上形成。垂直导向退火TiO₂纳米管,内径70 - 100 nm的生长在电化学阳极处理后钛基板,形成TiO组₂(图1(一))。视图图像(嵌入的图1(一)退火TiO)表示₂纳米管是直均匀孔隙的墙壁打开顶部长度为4.5μm。光响应这些纳米管受管的几何形状(长度、直径和管壁厚度)和结构(锐钛矿、锐钛矿和金红石)。管的时间越长,与更高的总光吸收表面积越大(14]。TiO₂通常是作为光催化剂在两个晶体结构:金红石和锐钛矿。锐钛矿通常比金红石(更高的活动35]。As-synthesized纳米管是无定形的,需要postannealing结晶成锐钛矿,金红石,或bookite结构(12]。它们可以在温度高于锐钛矿结晶约280°C在空气或锐钛矿和金红石的混合物温度高于大约450°C (14,36- - - - - -39]。在这方面,我们旨在TiO结晶形式₂通过退火纳米管电化学阳极处理后的表在450°C。这是经XRD的结果模式显示几个主导峰锐钛矿相后退火过程。他们在2表明衍射峰θ= 25.5°,38.1°,和48.3°,标识(1 0 1)(0 0 4)和(2 0 0)晶面分别。所有的阳极氧化膜TiO₂电影后退火过程中锐钛矿(JCPDS 21 - 1272)为金红石结构(图没有任何证据2)。cpTi表面阳极处理(Ti)的粘附明显减少c .腹直肌在退火TiO₂纳米管(集团TiO₂)(),而没有发现显著差异答:actinomycetemcomitans和t .连翘粘连(;)(图3)。紫外线照射光催化活动并不适用于我们的实验。人们普遍知道TiO₂催化剂在可见光(最小的抗菌功效40]。对选定的抗菌作用在退火TiO periodontopathogen细菌₂纳米管可以归结于可见光照射或细菌的敏感性c .腹直肌对锐钛矿的晶体结构。

高功效的Ag)在非常低的浓度和相对较大的水库提供的碳纳米管具有长期抗菌效果。在我们的研究中,垂直退火TiO保持一致₂碳纳米管生长在Ti-surfaces掺杂Ag)在集团(图形成1 (b))。视图图像(嵌入的图1 (b)退火Ag)掺杂TiO)表示₂纳米管是生长在垂直方向的长度6μ掺杂后m。这个水库的机制是由赵et al。25作为氧化Ag)的释放⁺通过体液的缓慢渗透到纳米管导致抗菌效果。他们认为选择TiO₂纳米管的尺寸小于130纳米应该减少水的渗透和实现控制释放Ag)⁺。根据这一发现,控制释放Ag)⁺预期的纳米管在我们的研究中,直径70 - 100 nm的抗菌效果。根据我们的数据,模式中的x射线衍射模式表现出衍射峰对应于TiO的锐钛矿阶段₂和cpTi表面,而小高峰是分配给(2 0 0)飞机的衍射面心立方(FCC)银标有Ag(图2)[41]。与退火Ag)掺杂TiO阳极氧化膜表面₂纳米管(集团)并没有提高答:actinomycetemcomitans,t .连翘和c .腹直肌粘附在钛表面相比对照组(;)(图3)。这减少细菌在退火Ag)掺杂TiO活动₂纳米管显示退火TiO的使用₂纳米管包含Ag)是有效地改善Ti-based材料的抗菌性。根据我们的发现,集团TiO的表面₂和集团、细菌细胞显示高度形态恶化(数字4(一)和4 (b)),而细菌细胞组Ti没有形态变化表明细菌死亡(图4 (c))。由于细菌恶化,在集团TiO表面₂和集团满是死组成的生物膜细菌残留。

银的抗菌作用还不是很清楚,但建议Ag纳米颗粒与含硫蛋白质相互作用可以导致细菌穿透细菌膜和含磷化合物像DNA一样,最后导致细胞死亡的攻击呼吸链。Ag纳米粒子也释放Ag)⁺离子增强杀菌活动将DNA放松的状态转化为其浓缩的形式,从而阻止其复制会导致细胞死亡(42]。据报道,细胞增殖、粘附和传播TiO的提高₂层。因此,建议抗菌特性的组合(Ag)和生物相容性(从TiO₂TiO的)₂医疗用/ Ag复合涂料可能是有利的(43]。在这方面,钛表面TiO的可以修改₂碳纳米管增强骨细胞材料的相互作用,纳米多孔表面可以涂银粉进一步提高表面抗菌活性(44]。根据这个调查,真核细胞表现出更多的结构和功能冗余的更大的目标攻击原核细胞相比,银离子获得更高的银离子浓度达到相应的毒性作用,相对于细菌细胞(45]。虽然是有限的报道的纳米结构材料的抗菌效果,研究结果郑et al。46]表明,不仅是Ag-implanted钛报道促进骨生成细胞增加附件,生存能力,和成骨的基因表达,但也显示对口腔微生物包括一个强大的抗菌作用变异链球菌,p . gingivalis,白念珠菌。Das et al。44)透露,Ag-treated TiO₂纳米管表面提供抗菌性能铜绿假单胞菌不受干扰的人类成骨细胞的吸附和扩散。埃瓦尔德et al。47)实现建立钛/白银努力通过物理气相沉积涂层具有显著抗菌效力和缺乏cytotoxical对成骨细胞和上皮细胞的影响。抗菌阻力中演示了我们的研究与之前的研究一致表明抗菌银离子的影响使他们前途防治术后感染在牙科植体放置过程中的应用。

4所示。结论

重视提供抗菌活性的维持偏表面transmucosal部分暴露在口腔作为未来战略。这项研究表明电化学阳极处理和Ag)兴奋剂的使用提供了所需的抗菌表面性质对选中的牙周病原体,答:actinomycetemcomitans,t .连翘,c .腹直肌,导致可再生的抗菌涂料的transmucosal部分牙科植入物。然而,发现必须验证在临床的设置。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项研究受到了伊斯坦布尔大学。

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