اصلاح ابرآبدوست و آنتی باکتریال پلیمر پلی‌اورتان به‌کمک نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به‌منظور استفاده در ابزار پزشکی

نویسندگان

دانشکده علوم و فناوری های نوین، دانشگاه اصفهان

چکیده

پلیمر پلی­‌اورتان نقش مهمی در مراقبت‌­های بهداشتی دارد و به‌طور گسترده در دستگاه­‌ها و ابزارهای پزشکی مورد استفاده قرار می­گیرد. با این حال، هنوز زیست­سازگاری پایین و تشکیل بیوفیلم در سطح آن، موضوعی چالش برانگیز است. اصلاح ترشوندگی سطح روشی مؤثر برای افزایش زیست­سازگاری سطح پلیمر­های دارای خواص توده مطلوب است. در این مطالعه، اصلاح سطح صفحات پلی­اورتان توسط لایه نازک پلی­اتیلن گلیکول و به دام افتادن نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم در پلیمر به‌کمک تغییر ساختار فیزیکی و شیمیایی سطح به‌منظور افزایش زیست­سازگاری انجام گرفت. خواص فیزیکوشیمیایی سطوح اصلاح شده با استفاده از طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس(EDX) و اندازه‌گیری زاویه تماس و انرژی آزاد سطح مشخص شد. زیست­سازگاری سطوح اصلاح شده با استفاده از آزمون سمیت MTT بر سلول­های سرطانی دهانه رحم، چسبندگی باکتریایی­‌ها و بررسی تشکیل بیوفیلم و سنجش جذب پروتئین به‌روش برادفورد مورد بررسی قرار گرفت. یک لایه نازک قابل اتوکلاو و ارزان با ساختار دارای زبری چندگانه و پایدار به‌طور کووالان روی سطح صفحات پلی­اورتان برای کاربردهای زیستی و پزشکی ایجاد شد. نتایج نشان می­دهد که به‌غیر از فعالیت‌­های ضد باکتریایی، نمونه اصلاح شده نیز توانایی کاهش تشکیل بیوفیلم را دارد به‌طوری‌که حداکثر مهار بیوفیلم در 24 ساعت اول 94 درصد بیشتر از نمونه اصلاح نشده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modification of Superhydrophilic, Anti-bacterial Polyurethane Polymer with TiO2 Nanoparticles for Medical Devices

نویسندگان [English]

  • A. Razmjou
  • F. Noorisafa
  • N. Emami
Department Advance Sciences and Technology, Isfahan University, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

Polyurethane polymer plays an important role in health care, and it is widely used in medical devices and instruments. However, the low biocompatibility and biofilm formation on the surface can be regarded as a challenging issue. Engineering the wetting capability of the surface is an effective way to increase the biodegradability of polymer surfaces with sufficient bulk properties. In this study, the surface modification of polyurethane sheets by a thin layer of polyethylene glycol and trapping of titanium dioxide nanoparticles were carried out by means of physical and chemical changes on the surface to enhance the biocompatibility. The physicochemical properties of the modified surfaces were determined using fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy , scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and contact angle and free surface energy measurement. The biocompatibility of the modified levels was evaluated using the MTT toxicity test on cervical cancer cells (HeLA), bacterial adhesion, biofilm formation, and the protein absorption assay by the Bradford method. A thin, autoclave able and inexpensive thin layer with a solid and stable roughening structure was created covalently on the surface of the polyurethane plates for biological and medical applications. The results, therefore, showed that apart from antibacterial activity, the modified sample also had the ability to reduce the biofilm formation, such that the maximum biofilm attachment inhibition in the first 24 hours was 94% higher than that of the modified sample.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biomaterial
  • Ssuperhydrophilic
  • TiO2 nanoparticles
  • Polyethylene glycol
  • polyurethane

مراجع

1. Mao, C., Qiu, Y., Sang, H., Mei, H., Zhu, A., Shen, J., and Lin, S., “Various Approaches to Modify Biomaterial Surfaces for Improving Hemocompatibility”, Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 110, pp. 5-17, 2004.
2. Dickinson, G. M., and Bisno, A. L., “Infections Associated with Indwelling Devices: Concepts of Pathogenesis; Infections Associated with Intravascular Devices”, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, Vol. 33, p. 597, 1989.
3. Ikada, Y., “Surface Modification of Polymers for Medical Applications”, Biomaterials, Vol. 15, pp. 725-736, 1994.
4. Pavithra, D., and Doble, M., “Biofilm Formation, Bacterial Adhesion and Host Response on Polymeric Implants-issues and Prevention”, Biomedical Materials, Vol. 3, p. 034003, 2008.
5. Drelich, J., and Chibowski, E., “Superhydrophilic and Superwetting Surfaces: Definition and Mechanisms of Control”, Langmuir, Vol. 26, pp. 18621-18623, 2010.
6. Poncin-Epaillard, F., Vrlinic, T., Debarnot, D., Mozetic, M., Coudreuse, A., Legeay, G., El Moualij, B., and Zorzi, W., “Surface Treatment of Polymeric Materials Controlling the Adhesion of Biomolecules”, Journal of Functional Biomaterials, Vol. 3, pp. 528-543, 2012.
7. Von Eiff, C., Jansen, B., Kohnen, W., and Becker, K., “Infections Associated with Medical Devices”, Drugs, Vol. 65, pp. 179-214, 2005.
8. Wu, H., Moser, C., Wang, H. Z., Høiby, N., and Song, Z. J., “Strategies for Combating Bacterial Biofilm Infections”, International Journal of Oral Science,Vol. 7, No. 1, p.1, 2015.
9. Katsikogianni, M., and Missirlis, Y. F., “Concise Review of Mechanisms of Bacterial Adhesion to Biomaterials and of Techniques used in Estimating Bacteria-material Interactions”, European Cells and Materials, Vol. 8, pp. 37-57, 2004.
10. Berne, C., Ellison, C. K., Ducret, A., and Brun, Y. V., “Bacterial Adhesion at the Single-cell Level”, Nature reviews, Microbiology, Vol 16, pp. 616-627, 2018.
11. Donlan, R. M., “Biofilms: Microbial Life on Surfaces”, Emerging Infectious Diseases, Vol. 8, pp. 881-890, 2002.
12. Sagiv, J., “Organized Monolayers by Adsorption Formation and Structure of Oleophobic Mixed Monolayers on Solid Surfaces”, Journal of the American Chemical Society, Vol. 102, pp. 92-98, 1980.
13. Hashimoto, S., Werner, D., and Uwada, T., “Studies on the Interaction of Pulsed Lasers with Plasmonic Gold Nanoparticles Toward Light Manipulation, Heat Management, and Nanofabrication”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, Vol. 13, pp. 28-54, 2012.
14. Linsebigler, A. L., Lu, G., and Yates Jr, J. T., “Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results”, Chemical Reviews, Vol. 95, pp. 735-758, 1995.
15. Drelich, J., Chibowski, E., Meng, D. D., and Terpilowski, K., “Hydrophilic and Superhydrophilic Surfaces and Materials”, Soft Matter, Vol. 7, pp. 9804-9828, 2011.
16. Fu, G., Vary, P. S., and Lin, C. T., “Anatase TiO2 Nanocomposites for Antimicrobial Coatings”, The Journal of Physical Chemistry B, Vol. 109, pp. 8889-8898, 2005.
17. Razmjou, A., Mansouri, J., Chen, V., Lim, M., and Amal, R., “Titania Nanocomposite Polyethersulfone Ultrafiltration Membranes Fabricated using a Low Temperature Hydrothermal Coating Process”, Journal of Membrane Science, Vol. 380, pp. 98-113, 2011.
18. Shirtcliffe, N. J., McHale, G., Atherton, S., and Newton, M. I., “An Introduction to Superhydrophobicity”, Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 161, No. 1-2, pp 124-138, 2010.
19. Shirtcliffe, N. J., McHale, G., Atherton, S., and Newton, M. I., “An Introduction to Superhydrophobicity”, Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 161, pp. 124-138, 2010.
20. Sherrington, D. C., and Taskinen, K. A., “Self-assembly in Synthetic Macromolecular Systems via Multiple Hydrogen Bonding Interactions”, Chemical Society Reviews, Vol. 30, pp. 83-93, 2001.
21. Razmjou, A., Arifin, E., Dong, G., Mansouri, J., and Chen, V., “Superhydrophobic Modification of TiO2 Nanocomposite PVDF Membranes for Applications in Membrane Distillation”, Journal of Membrane Science, Vol. 415, pp. 850-863, 2012.
22. Canay, Ş., Hersek, N., and Ertan, A., “Effect of Different Acid Treatments on a Porcelain Surface”, Journal of Oral Rehabilitation, Vol. 28, pp. 95-101, 2001.
23. Park, K. D., Kim, Y. S., Han, D. K., Kim, Y. H., Lee, E. H. B., Suh, H., and Choi, K. S., “Bacterial Adhesion on PEG Modified Polyurethane Surfaces”, Biomaterials, Vol. 19, pp. 851-859, 1998.
24. Chung, T. W., Liu, D. Z., Wang, S. Y., and Wang, S. S., “Enhancement of the Growth of Human Endothelial Cells by Surface Roughness at Nanometer Scale”, Biomaterials, Vol. 24, pp. 4655-4661, 2003.
25. Alves, P., Coelho, J. F. J., Haack, J., Rota, A., Bruinink, A., and Gil, M. H., “Surface Modification and Characterization of Thermoplastic Polyurethane”, European Polymer Journal, Vol. 45, pp. 1412-1419, 2009.
26. Feng, Y., Zhao, H., Behl, M., Lendlein, A., Guo, J., and Yang, D., “Grafting of Poly (ethylene glycol) Monoacrylates on Polycarbonateurethane by UV Initiated Polymerization for Improving Hemocompatibility”, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, Vol. 24, No. 1, pp. 61-70, 2013.
27. Xu, L. C., and Siedlecki, C. A., “Protein Adsorption, Platelet Adhesion, and Bacterial Adhesion to Polyethylene‐glycol‐textured Polyurethane Biomaterial Surfaces”, Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, Vol. 105, No. 1, pp. 668-678, 2017.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 37، شماره 4
اسفند 1397
صفحه 73-89

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی