Surface treatment of titanium with antibacterial properties for biomedical applications

Titanium, thanks to its good mechanical properties and an excellent biocompatibility and osseointegration, is used in the manufacture of dental implants. Nevertheless, after insertion into the human body, these implants can cause some issues such as periimplantitis, an inflammatory reaction caused by a microbial biofilm, which leads to the progressive loss of the implant. Thus, the objective of this project is to carry out different surface treatments of titanium used in biomedical applications in order to study the influence of surface properties, especially roughness, on bacterial adhesion. First of all, the main surface treatments with their advantages, limitations and parameters to be controlled were discussed. In this project, three were carried out, namely 'Sandblasting', 'SLA (Sandblasting, Large-grit, Acid Etching)’ and 'Alkali treatment'. Before these treatments, the titanium discs were polished. At the end, nine different surfaces were produced. The samples were observed with a Scanning Electron Microscope (SEM) and characterised in terms of roughness and surface energy. The topography and surface roughness were studied with equipment using the Chromatic Confocal principle. In addition, the surface tension was calculated using the Fowkes' theory on a contact angle database, obtained thanks to three different probe liquids (water, diiodomethane and formamide). The bacterial adhesion on these surfaces was then studied. Furthermore, the bacteria were fixed and observed at the SEM. After analysing the results, a correlation between surface roughness and bacterial adhesion was noticed: the rougher the surface increases, the more bacteria adhere to it. Moreover, bacteria adhere mainly in grooves and holes in the case of rough surfaces. High roughness provides a larger surface for bacteria adhesion. Thereby, smooth surfaces are more difficult to colonize than rough surfaces. On the other hand, it has been shown that surfaces that have undergone an Alkali treatmen
El titanio, gracias a sus buenas propiedades mecánicas y a su excelente biocompatibilidad y osteointegración, se utiliza en la fabricación de implantes, principalmente dentales. No obstante, tras su inserción en el cuerpo humano, estos implantes pueden causar problemas como la peri-implantitis, una reacción inflamatoria causada por un biofilm microbiano que lleva a la pérdida progresiva del implante. Así, el objetivo de este proyecto es llevar a cabo diferentes tratamientos superficiales del titanio utilizados en aplicaciones biomédicas para estudiar la influencia de las propiedades superficiales, especialmente la rugosidad, en la adhesión bacteriana. En primer lugar, se discutieron los principales tratamientos de superficie con sus ventajas, desventajas y parámetros a controlar. En este proyecto, se llevaron a cabo tres tratamientos, a saber, ‘Sandblasting’, ‘SLA (Sandblasting, Large-grit, Acid Etching)’ y ‘Alkali treatment’. Antes de estos tratamientos, los discos de titanio han sido pulidos. Finalmente, se produjeron nueve superficies diferentes. Las muestras se observaron con un microscopio electrónico de barrido (MEB) y se caracterizaron en términos de rugosidad y energía superficial. La topografía y la rugosidad superficial se estudiaron con un equipo que utiliza la microscopía confocal cromática. Además, la tensión superficial se calculó utilizando la teoría de Fowkes sobre una base de datos de ángulos de contacto obtenida con tres líquidos diferentes (agua, diiodometano y formamida). Se estudió entonces la adhesión bacteriana en estas superficies. Asimismo, las bacterias fueron fijadas y observadas en el MEB. Tras el análisis de los resultados, se observó una correlación entre la rugosidad de la superficie y la adhesión de las bacterias: en efecto, cuanto más rugosa sea la superficie, más se adhieren las bacterias a ella. Adicionalmente, las bacterias se adhieren principalmente en las ranuras y agujeros en el caso de superficies rugosas. Una alta rugosidad p
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