Baktériumok megtapadását gátló titán-dioxid nanostruktúrák kialakítása implantátum alapanyagok felületén
Napjainkban egyre gyakoribb a titán implantátummal történő fogpótlás, viszont sajnálatos módon az utóbbi években jelentősen nőtt a fogászati implantátumok bakteriális befertőződéséből adódó szövődmények száma. A helyzetet tovább súlyosbítja a baktériumok növekvő ellenálló képessége a hagyományos antibakteriális gyógyszerekkel szemben, amely alternatív technológiák kidolgozását sürgeti. TDK dolgozatunk fő célkitűzése egy olyan felületmódosító eljárás volt, amely segítségével csökkenthető lehet a fogászati titán implantátumok bakteriális befertőződésének esélye.
A forgalomban lévő fogászati implantátumok esetében leggyakrabban ötvözetlen titánt (Grade 2) alkalmaznak, de emellett a 6% alumíniumot és 4% vanádiumot tartalmazó titán (Grade 5) is előfordul alapanyagként. Az ezekből készült implantátumok alapanyagát rendszerint húzással állítják elő, viszont Grade 2-es titánból könyöksajtolással nanoszemcsés kristályszerkezettel rendelkező alapanyagot is gyártanak. Az eltérő alapanyagok különbözőképpen reagálnak mind a megmunkálásra, mind pedig az egyes felületkezelési eljárásokra, így több felületi struktúrát és geometriai változást vizsgálhattunk párhuzamsosan végzett kísérletsorozatokban. Kísérleteinkhez a rudakból 2 mm vastag korongokat munkáltunk ki esztergálással. A korongok felületén három különböző felületkezelési eljárást alkalmaztunk, úgymint kémiai maratás, elektropolírozás és anódos oxidáció. A kémiai maratás során az időt (0,25-10 perc), az elektropolírozás során az áramsűrűséget (0,01-0,5 A/cm2) és az időt (1-4 perc), anodizálás során pedig a feszültséget (10-200V) változtattuk.
A savmaratás során kialakuló titán-dioxid rétegben mikrométeres mérettartományba eső felületi egyenetlenségek jönnek létre, amely elősegíti a csontképző sejtek megtapadását, de egyszersmind kedvez a baktériumok megtelepedésének is (pozitív kontroll csoport). Ezzel szemben az elektropolírozott titán-dioxid felületen nem képesek megtapadni sem a csontképző sejtek, sem pedig a baktériumok (negatív kontroll). Anódos oxidáció során viszont a titán-dioxid réteg felületén különböző nanostruktúrák alakulnak ki az alkalmazott paraméterek függvényében. Az ilyen módon létrejött titán-dioxid nanostruktúrák várhatóan elősegítik a csontképző sejtek megtapadását az implantátum felületén, viszont lokálisan meggátolhatják a baktériumok megtelepdését (1).
A felületkezelt mintákat optikai- (sztereo- és fémmikroszkóp) és elektronmikroszkóppal, atomerő mikroszkóppal, Raman-spektroszkópiával vizsgáltuk és tanulmányoztuk a kialakult struktúrákat. Ezt követően 300 mintánkon a drezdai Max Bergmann Intézetben bakteriológiai kísérleteket is végeztünk, amelyek eredményeként meghatározható, hogy melyik felületkezelési eljárás milyen mértékben befolyásolja a baktériumok megtelepedését.
Irodalom:
1. S.D. Puckett, E. Taylor, T. Raimondo et al.: The relationship between the nanostructure of titanium surfaces and bacterial attachment. Biomaterials 31 (2010) 706-713
