Search

U cilju poboljšanja bioaktivnosti i antibakterijskih svojstava metalnog implantata (titana), primenom elektroforetskog taloženja u jednom stupnju, iz četvorokomponentne vodene suspenzije dobijene su biokeramičke, kompozitne miltifunkcionalne prevlake na bazi hidroksiapatita, poli(vinil alkohola) i hitozana uz dodatak antibakterijskog agensa, antibiotika gentamicina. Na osnovu rezultata dobijenih FTIR, XRD i TG analizom pokazano je prisustvo karbonatno-supstituisanog hidroksiapatita (prisutnog i u prirodnom koštanom tkivu) i potvrđena je uspešna inkorporacija gentamicina u prevlaku, što ovu kompozitnu prevlaku čini pogodnom za potencijalnu primenu u biomedicini.

Površine titanskih implantata se mogu unaprediti primenom biokeramičkih, multifunkcionalnih prevlaka koristeći proces elektroforetskog taloženja (EPD) u cilju sprečavanja korozije, poboljšanja biokompatibilnosti i antibakterijske aktivnosti, kao i unapređenja osteointegracije. Materijali poput hidroksiapatita (HAP), hitozana (CS), poli(vinil-alkohola) (PVA) i antibiotika gentamicina (Gent) su korišćeni u ovom procesu kako bi se razvile poboljšane antibakterijske kompozitne prevlake. Nakon taloženja, prevlake su potapane u simuliranu telesnu tečnost (SBF) na 37 °C, a zatim je izvršena karakterizacija skenirajućom elektronskom mikroskopijom sa emisijom polja (FE-SEM) i rendgenskom difrakcionom analizom (XRD). Bioaktivnost istaloženih prevlaka je pokazana i analizom aktivnosti alkalne fosfataze prema MRC-5 i L929 ćelijskim linijama. Koncentracija otpuštenog gentamicina je određena korišćenjem tečne hromatografije visokih performansi (HPLC) sa masenom detekcijom (MS).

Uvod: Regenerativna medicina poslednjih decenija postaje jedna od najbrže rastućih oblasti zdravstva, sa posebnim fokusom na razvoj biomaterijala namenjenih primeni u ortopediji. Cilj: Optimizacija uslova formiranja biokeramičkih kompozitnih prevlaka iz suspenzije na bazi hidroksiapatita (HAP), hitozana (CS) i polivinil-alkohola (PVA) sa dodatkom antibiotika gentamicina (Gent), na titanskom supstratu metodom elekroforetskog taloženja (EPD). Ispitivanje bioaktivnosti i procena antibakerijskih svojstava prevlake HAP/CS/PVA/Gent. Materijal i metode: Hidroksiapatit (HAP), hitozan (CS), polivinil-alkohol (PVA) i gentamicin (Gent) korišćeni su za sintezu suspenzije iz koje su taložene biokeramičke prevlake na titanskim pločicama (Ti). Za EDP je korišćen instrument Electrophoresis Power Supply EV231 (Peqlab, Erlangen, Germany). Biokeramičke prevlake na Ti supstratu dobijene su metodom elektroforetskog taloženja pri konstantnom naponu od 7 V. Pri ovom postupku Ti pločica kao radna katoda postavljena je između dve platinske (Pt) pločice-anode i elektrode su uronjene u suspenziju HAP/CS/PVA/ Gent (vršena je optimizacija vremena taloženja u rasponu od 5 do 12 min). Radi karakterizacije dobijenih prevlaka nakon potapanja u simuliranoj telesnoj tečnosti (SBF) na 37°C, nakon perioda od 7 i 14 dana, korišćena je metoda rendgenske difrakcije (XRD), infracrvena spektroskopija sa Furijeovom transformacijom (FTIR) i skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM). Procena antibakterijske aktivnosti prema dva bakterijska soja Echerichia coli i Staphylococcus aureus kvalitativno je određena agar difuzionom metodom. Rezultati: Dokazana je pretpostavljena bioaktivnost prevlake HAP/CS/PVA/Gent metodama karakterizacije koje su pokazale rast nove hidroksiapatitne faze, dobru umreženost polimera i homogenost sintetisane prevlake. Merenjem inhibicionih zona dobijenih agar difuzionom metodom pokazana je jaka antibakterijska aktivnost prevlake prema oba bakterijska soja. Zaključak: Biokeramičke prevl, Introduction: In recent decades, regenerative medicine has become one of the fastest growing areas of health care, with an emphasis on developing biomaterials to be used in orthopedics. Aim: Optimization of deposition conditions of bioceramic composite coatings from suspension based on hydroxyapatite (HAP), chitosan (CS) and polyvinyl alcohol (PVA) with the addition of gentamicin (Gent), on titanium substrate by electrophoretic deposition process (EPD). Investigation of coating bioactivity and antibacterial activity. Material and Methods: Hydroxyapatite (HAP), chitosan (CS), polyvinyl alcohol (PVA) and gentamicin (Gent) were used to synthesize a suspension from which bioceramic coatings were deposited on titanium plates (Ti). Electrophoretic deposition was performed using Electrophoresis Power Supply EV231 (Peqlab, Erlangen, Germany). The bioceramic coatings on the Ti substrate were obtained by electrophoretic deposition at the constant voltage of 7 V. During this process, Ti plate was used as a cathode placed between two platinum (Pt) plates – anodes and the electrodes were immersed in a HAP/CS/PVA/Gent suspension (the deposition time was optimized in the range from 5 to 12 min). X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) methods were employed for the characterization of the obtained coatings after 7 and 14 days of immersion in a simulated body fluid (SBF) at 37°C. The antibacterial activity against two bacterial strains Escherichia coli and Staphylococcus aureus was evaluated using the agar diffusion method. Results: The assumed bioactivity of the HAP/CS/PVA/Gent coating has been proven by characterization methods that showed the growth of a new hydroxyapatite phase, good crosslinking of the polymer and homogeneity of the synthesized coating. Measurement of inhibition zones obtained by the agar diffusion method showed strong antibacterial activity of the coating against both bacterial strains. Con

Fast ongoing research of graphene-based nanomaterials reveals that their exceptional properties could be utized for biomedical applications, especially in tissue engineering and drug delivery. Here, we summarized the results obtained on hydroxyapatite based biocomposite coatings produced by electrophoretic deposition on titanium substrate and reinforced by nanosized graphene, as potential candidates for hard tissue implants., Brzi razvoj istraživanja nanomaterijala koji sadrže grafen otkrio je da se njihova izuzetna svojstva mogu koristiti za biomedicinske primene, posebno u inženjerstvu tkiva i kao nosači lekova. U ovom radu su prikazani rezultati istraživanja biokompozitnih prevlaka na bazi hidroksiapatita koje su dobijene elektroforetskim taloženjem na titanskom supstratu i ojačane nanočestičnim grafenom, kao potencijalnih kandidata za implante koštanog tkiva.

Brzi razvoj istraživanja nanomaterijala koji sadrže grafen otkrio je da se njihova izuzetna svojstva mogu koristiti za biomedicinske primene, posebno u inženjerstvu tkiva i kao nosači lekova. U ovom radu su prikazani rezultati istraživanja biokompozitnih prevlaka na bazi hidroksiapatita koje su dobijene elektroforetskim taloženjem na titanskom supstratu i ojačane nanočestičnim grafenom, kao potencijalnih kandidata za implante koštanog tkiva., Fast ongoing research of graphene-based nanomaterials reveals that their exceptional properties could be utized for biomedical applications, especially in tissue engineering and drug delivery. Here, we summarized the results obtained on hydroxyapatite based biocomposite coatings produced by electrophoretic deposition on titanium substrate and reinforced by nanosized graphene, as potential candidates for hard tissue implants.

Cilj ove doktorske disertacije je dobijanje prahova i prevlaka kalcijum-fosfata na titanu primenom elektrohemijskih metoda, kao i ispitivanje uticaja parametara sinteze (gustina struje, napon, pH vrednost rastvora, vreme taloženja) na fazni sastav, veličinu kristalita i morfologiju dobijenih prahova i prevlaka. Elektrohemijskom sintezom iz rastvora Na2H2EDTA·2H2O, NaH2PO4 i CaCl2 sa odnosom koncentracija Ca/EDTA/PO43− od 0,25/0,25/0,15 M uspešno su dobijeni prahovi monetita i hidroksiapatita. Ispitan je uticaj pH vrednosti polaznog rastvora i gustine struje na vrstu sintetisanog kalcijum-fosfata, morfologiju i termičko ponašanje prahova različitim metodama kao što su rendgenska difrakcija na polikristalnom uzorku, skenirajuća elektronska mikroskopija, diferencijalno termijska i termogravimetrijska analiza i infracrvena spektroskopska analiza. Pri pH vrednosti od 5,0 i gustini struje od 137 mA cm-2 dobijen je nanodimenzioni prah monetita sa veličinom kristalita od 27,1 nm. Sintezom prahova pri pH vrednostima od 9,0 i 12,0 i pri gustinama struje od 137 mA cm-2 i 207 mA cm-2 dobijeni su prahovi hidroksiapatita sa veličinom kristalita u intervalu od 21,6 do 24,3 nm, čime je pokazano da pH vrednost i gustina struje ne utiču značajno na veličinu kristalita. Na morfologiju elektrohemijski sintetisanih prahova hidroksiapatita ne utiče promena gustine struje, ali utiče pH vrednost rastvora. Pri manjoj pH vrednosti od 9,0 se dobijaju prahovi sa sfernim aglomeratima, dok se pri većoj pH vrednosti od 12,0 dobijaju prahovi sa pločastim aglomeratima. Temperatura termičke dekompozicije nanočestičnog praha monetita na kalcijum-pirofosfat i vodu je niža (1260 °C) u odnosu na literaturni podatak (1353 °C), zbog velikog odnosa specifična površina/zapremina nanočestičnog praha. Uslovi elektrohemijske sinteze ne utiču značajno na termičko ponašanje prahova hidroksiapatita. Prevlake monetita dobijene su elektroforetskim taloženjem iz etanolske suspenzije elektrohemijski sintetisanog prah, The aim of this PhD thesis was to prepare nanosized calcium-phosphate powders and coatings using electrochemical methods and to investigate the effect of experimental parameters (e.g. applied current density, solution pH value, applied voltage, deposition time) on the phase composition, crystallite domain size, morphology and thermal characteristics of obtained powders and coatings. Electrochemical synthesis of nanosized monetite and hydroxyapatite powders were performed galvanostatically from homogeneous solution of Na2H2EDTA∙2H2O, NaH2PO4 and CaCl2 at a concentration relationship Ca/EDTA/PO43− of 0.25/0.25/0.15M. The influence of the solution pH and applied current density on the phase composition, morphology and thermal behavior was investigated by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, size distribution measurements, thermogravimetric and differential thermal analysis, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. At current density of 137 mA cm−2 and pH value of 5.0 monetite powder was synthesized. The crystallite domain size of powder was calculated to be 27.1 nm. At current densities of 137 and 207 mA cm−2 and pH values of 9.0 and 12.0 hydroxyapatite powders were synthesized with crystallite domain size in the range from 21.6 to 24.3 nm, meaning that pH values as well as applied current densities does not affect significantly the crystallite domain size. The morphology of synthesized hydroxyapatite powders were not influenced by current density, but on the other hand are influenced by solution pH. Powders synthesized at lower pH value consist of spherical agglomerates, while powders synthesized at higher pH value have the plate-like structure. The temperature of phase transformation from monetite to calcium pyrophosphate was lower (1260 °C) in comparison with literature data (1353 °C), due to high surface-to-volume ratio of nanosized powder. The parameters of electrochemical synthesis of hydroxypatite powders do not affect significantl

Cilj ove doktorske disertacije je optimizacija nanošenja tankih hidroksiapatit (HAP) i biokompozitnih hidroksiapatit/lignin (HAP/Lig) prevlaka, kako bez tako i sa srebrom, postupkom elektroforetskog taloženja, kao i karakterizacija ovako dobijenih prevlaka različitim fizičko-hemijskim i biološkim metodama. Prednost korišćenja ovog postupka u odnosu na druge metode nanošenja jeste mogućnost precizne kontrole debljine i morfologije prevlaka. Variranjem vrednosti napona tokom različitog vremena taloženja utiče se na masu prevlake, a prevlake zadovoljavajuće debljine i dobre adhezije su taložene na titanu pri 60 V tokom 45 s.Ispitan je uticaj koncentracije lignina na morfologiju, fazni sastav i termičko ponašanje HAP/Lig prevlaka različitim metodama kao što su skenirajuća elektronska mikroskopija, difrakcija X-zraka, termogravimetrijska analiza, spektroskopija infracrvene svetlosti sa Furijeovom transformacijom u modu totalne refleksije i fotoelektronska spektroskopija X-zracima. Pokazano je da su HAP i HAP/Lig prevlake uspešno sinterovane na temperaturi od 900 °C bez narušavanja kristalne strukture, koja je znatno niža od uobičajene temperature sinterovanja (1200 °C). Izostanak novih faza nakon sinterovanja na difraktogramima sinterovanih prevlaka ukazuje da koncentracija lignina veća od 0,5 mas. % u HAP/Lig prevlakama ima pozitivan efekat na održanje rešetke hidroksiapatita tokom procesa sinterovanja. Rezultati termogravimetrijske analize su pokazali da se termička stabilnost HAP/Lig prevlaka smanjuje sa povećanjem koncentracije lignina. Ispitivanje morfologije HAP/Lig prevlaka SEM analizom su pokazala da jedino HAP/Lig prevlaka sa 1 mas. % Lig pre i posle sinterovanja ima uniformnu površinu bez pukotina. Međutim, u slučaju sinterovanih HAP/Lig prevlaka sa koncentracijama lignina većim od 0,5 mas. % nije primećen veliki porast Ca/P odnosa, što potvrđuje da nema razgradnje HAP rešetke..., The main goal of this PhD thesis is optimization of formation of thin hydroxyapatite (HAP) and biocomposite hydroxyapatite/lignin (HAP/Lig) coatings, with and without silver, by electrophoretic deposition as well as characterization of obtained coatings by various physico-chemical and biological methods. The advantages of this method compared to different methods of ceramic coating deposition are good controll of coating thickness and morphology. The influence of applied voltages during different deposition times was studied, and coatings deposited on titanium at 60 V during 45 s with satisfactory thickness and adhesion properties were proven as a most appropriate ones.The effect of lignin concentration on morphology, phase composition and thermal behaviour of HAP/Lig coatings was investigated by various methods such as scanning electron microscopy, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The HAP and HAP/Lig coatings were successfully sintered at 900 °C, which is significantly lower than the usual sintering temperature (1200 °C), without any changes in their crystal structure. It was found that lignin concentration in HAP/Lig coatings higher than 0.5 wt. % protects hydroxyapatite lattice from decomposition, as indicated by absence of new peaks in diffractogram of sintered coatings. The thermogravimetric analysis results, showed that thermal stability of HAP/Lig coatings decreased with increasing of lignin concentration. The morphology investigated by SEM analysis of HAP/Lig coatings, demonstrated that only HAP/Lig coatings with 1 wt. % lignin exhibited uniform surface without fractures before and after sintering. Also, there was no indication of high increase in Ca/P ratio in sintered HAP/Lig coatings with lignin concentration higher than 0.5 wt. %, which represents another confirmation that there was no decomposition of HAP lattice...

To improve corrosion stability and biocompatibility of titanium surface, hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2, HAP) has been used as coated material because it has similar chemical composition as bone tissue. Incorporation of lignin (Lig) is interesting in medical applications because it leads to thermal stability, hydrophilicity, biocompatibility and biodegrability of different materials. Bioceramic hydroxyapatite/ lignin (HAP/Lig) coatings on titanium were obtained from ethanol suspension by electrophoretic deposition method. The uniform and compact HAP/Lig coatings were deposited at constant voltage of 60 V for 45 s and sintered at 900°C in argon atmosphere. The corrosion stability of sintered HAP/Lig coatings in simulated body fluid (SBF) at 37°C was investigated by open circuit potential-time measurements and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The higer values of open circuit potential, as well as EIS results, indicated improved corrosion resistance and good corrosion stability of HAP/Lig coatings in simulated body fluid at 37°C., Sinteza biokeramičkih prevlaka hidroksiapatit/lignin (HAP/Lig) na titanu vršena je elektroforetskim taloženjem iz etanolske suspenzije. Uniformne i kompaktne HAP/Lig prevlake dobijene su pri konstantnom naponu od 60 V tokom 45s. Nakon sinteze prevlake su sinterovane na 900°C u atmosferi argona. Koroziona stabilnost dobijenih sinterovanih HAP/Lig prevlaka ispitivana je u simuliranoj telesnoj tečnosti (SBF) na 37°C metodom potencijal-vreme i spektroskopijom elektrohemijske impedancije. Ispitivanja su pokazala da sinterovane HAP/Lig prevlake pokazuju dobru korozionu stabilnost u ispitivanom rastvoru.

Hydroxyapatite is a widely used bioceramic material in implant coatings research because of its bioactive behavior when being deposited onto the metallic implant and compatibility with the human bones composition. The coating of nanosized hydroxyapatite was electrophoretically deposited on a blasted surface of stainless steel 316LVM samples at constant voltage, for different deposition times and subsequently sintered in both, vacuum and argon atmosphere, at 1040 and 1000°C, respectively. Although sintering temperatures needed to achieve highly dense coatings can cause HAp coating phase changes, the possibility to obtain a bioactive coating on 316LVM substrate, without the coatings phase changes due to the nature of the used stoichiometric nanostructured hydroxyapatite is presented in this work. The thermal stability of the used HAp powder was assessed by DTA-TG analyses over the temperature range of 23-1000°C, i.e., at the or nearby experimental sintering temperature. The microstructure characterization was accomplished using SEM, while phase composition was determined using XRD., Hidroksiapatit se široko koristi kao keramički biomaterijal zbog svoje bioaktivnosti koju ispoljava kada se u vidu prevlake nanese na metalni implantat, kao i zbog kompatibilnosti sa sastavom ljudskih kostiju. Prevlake hidroksiapatitnog nano-praha elektroforetski su istaložene na peskiranu površinu uzoraka od nerđajućeg 316LVM čelika, pri konstantnom naponu i za različito vreme taloženja, a potom sinterovane u vakuumu na 1040°C i u atmosferi argona na 1000°C. Premda visoke temperature sinterovanja, koje su neophodne kako bi se dobile kompaktne prevlake velike gustine, mogu da dovedu do faznih promena kod hidroksiapatita, u ovom radu je pokazano da je na supsrtatu od 316LVM čelika moguće dobiti bioaktivne prevlake u kojima nije došlo do fazne promene zahvaljujući prirodi korišćenog hidroskiapatitnog nano-praha stehiometrijskog sastava. Visokotemperaturna stabilnost korišćenog HAp praha potvrđena je DTA-TG analizom u temperaturnom opsegu 23-1000°C, tj. na temperaturama na kojima su rađeni eksperimenti sinterovanja. Mikrostrukturna karakterizacija nanetih prevlaka urađena je korišćenjem SEM, dok je za određivanje faznog sastava korišćena XRD analiza.

Hidroksiapatit se široko koristi kao keramički biomaterijal zbog svoje bioaktivnosti koju ispoljava kada se u vidu prevlake nanese na metalni implantat, kao i zbog kompatibilnosti sa sastavom ljudskih kostiju. Prevlake hidroksiapatitnog nano-praha elektroforetski su istaložene na peskiranu površinu uzoraka od nerđajućeg 316LVM čelika, pri konstantnom naponu i za različito vreme taloženja, a potom sinterovane u vakuumu na 1040°C i u atmosferi argona na 1000°C. Premda visoke temperature sinterovanja, koje su neophodne kako bi se dobile kompaktne prevlake velike gustine, mogu da dovedu do faznih promena kod hidroksiapatita, u ovom radu je pokazano da je na supsrtatu od 316LVM čelika moguće dobiti bioaktivne prevlake u kojima nije došlo do fazne promene zahvaljujući prirodi korišćenog hidroskiapatitnog nano-praha stehiometrijskog sastava. Visokotemperaturna stabilnost korišćenog HAp praha potvrđena je DTA-TG analizom u temperaturnom opsegu 23-1000°C, tj. na temperaturama na kojima su rađeni eksperimenti sinterovanja. Mikrostrukturna karakterizacija nanetih prevlaka urađena je korišćenjem SEM, dok je za određivanje faznog sastava korišćena XRD analiza., Hydroxyapatite is a widely used bioceramic material in implant coatings research because of its bioactive behavior when being deposited onto the metallic implant and compatibility with the human bones composition. The coating of nanosized hydroxyapatite was electrophoretically deposited on a blasted surface of stainless steel 316LVM samples at constant voltage, for different deposition times and subsequently sintered in both, vacuum and argon atmosphere, at 1040 and 1000°C, respectively. Although sintering temperatures needed to achieve highly dense coatings can cause HAp coating phase changes, the possibility to obtain a bioactive coating on 316LVM substrate, without the coatings phase changes due to the nature of the used stoichiometric nanostructured hydroxyapatite is presented in this work. The thermal stability of the used HAp powder was assessed by DTA-TG analyses over the temperature range of 23-1000°C, i.e., at the or nearby experimental sintering temperature. The microstructure characterization was accomplished using SEM, while phase composition was determined using XRD.

The corrosion behaviour and thermal stability of epoxy coatings electrodeposited on modified aluminum surfaces (anodized, phosphatized and chromatized-phosphatized aluminium) were monitored during exposure to 3% NaCl solution, using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and thermogravimetric analysis (TGA). Better protective properties of the epoxy coatings on anodized and chromatized-phosphatized aluminum with respect to the same epoxy coatings on aluminum and phosphatized aluminum were obtained: higher values of Rp and Rct and smaller values of Cc and Cd, from EIS, and a smaller amount of absorbed water inside the coating, from TGA. On the other hand, a somewhat lower thermal stability of these coatings was obtained (smaller values of the ipdt temperature). This behavior can be explained by the less porous structure of epoxy coatings on anodized and chromatized-phosphatized aluminum, caused by a lower rate of H2 evolution and better wet ability., Postupkom kataforetskog taloženja dobijene su epoksidne zaštitne prevlake na aluminijumu i modifikovanim površinama aluminijuma (anodizirani aluminijum fosfatirani i hromatno-fosfatirani aluminijum). Za ispitivanje zaštitnih osobina ovako dobijenih epoksidnih prevlaka korišćena je spektroskopija elektrohemijske impedancije i termogravimetrijska analiza. Cilj ovog rada je bio da se objasni uticaj modifikacije supstrata na elektrohemijske karakteristike i termičku stabilnost epoksidnih prevlaka taloženih na aluminijumu.