NKFP-07-A1-Nanobact NKFP 07 A1 Nanobact OM-00018-19-20-22/2008 és OM-00324/2008 Projektvezető: Dr. Soós Miklós Szakmai vezető: Lakatosné Prof. Dr. Varsányi Magda
Résztvevő szervezetek: A Auro-Science S i Kft Kft. (Koordinátor (K di át vállalkozás) áll lk á ) Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány (BZAKA) Semmelweis Egyetem (SE) Labor Unió Kft. Labor-Unió Kft Zenon Europe Kft.
NANOSEPT spray
Országos Tisztifőorvosi Hivatal engedély száma: OTH 4034-42009
Antibakterialitást elősegítő fugaanyag kidolgozása és uszodai d i kipróbálása ki óbálá Cserkeszőlősön C k őlő ö
Ezüst koncentráció az ezüst tartalmú fugaanyaggal készített medence vizében: 67ppt s=6, 67ppt, s 6 RSD=0,31 RSD 0 31 A hagyományos fugával készült kontoll medence vizében az ezüst nem mutatható ki.
Membránszűrő felületmódosítás,, célok
o
o
o
o
Ezüst nanorészecskékkel módosított membránszűrőfelület B kt iáli é Bakteriális és mikrobiális ik biáli szennyeződés ődé távoltartása Az működési ciklusban alacsonyabb eltömődést ltö ődé t mutató t tó membránszűrő bá űő Az alacsony eltömődésből következően hosszabb szűrési ciklusú, alacsonyabb kémiai vegyszer/tisztítási-igényű membránszűrő
Szűrőmódosításra használt nanoezüstrészecskék
Előállított prototípusok • Nanoezüsttel módosított membránképző oldatok o o
Fig1 Ivóvíz-felhasználású ultraszűrő membrán előállításához polimeroldat Fig2 Szennyvíz-felhasználású ultraszűrő membrán előállításához polimeroldat
Fig1
Fig2
Előállított prototípusok • Nanoezüsttel módosított membránszűrő kifejlesztése o o
(A) Ivóvíz-felhasználású ultraszűrő membrán (nem kereskedelmi termék) (B) Szennyvíz-felhasználású ultraszűrő membrán (nem kereskedelmi termék)
(A)
(B)
(A) ((B))
Gyógyászatban használt TiAl6V4 tumorprotézis galván úton történő bevonatolás előtt és után után.
Pulzáló áramú fémleválasztás
Ezüstbevonatú implantátumok készítése a NANOBACT projekt j kt keretében k téb •Nemstacionárius elektrokémiai eljárással (GA) •Lézerablációval (LA) •Ionimplantációval (IP)
Az ezüstbevonatok vizsgálata: 1 Ezüst oldódás vizsgálata 1. • Korróziós potenciál mérések • Polarizációs mérések ((Tafel ggörbék)) • Hosszú idejű EIS mérések • EIS méréseket követő oldatanalízis 2. Antimikrobiális vizsgálatok 3. Morfológiai vizsgálatok
Korróziós potenciálmérések 0,9 % NaCl oldatban 0 16 0,16 0,14 0,12
E/V vvs SCE
0,10 0,08 0 06 0,06 0,04 0,02 0,00 Pt Au TiAl6V4 szórt Ag
-0,02 -0,04 -0,06 0
100
200
300
400
500
600
700
Idõ/h
*szoba hőmérséklet, levegő atmoszféra
Korróziós potenciálmérések 0,9 % NaCl oldatban
E/V vs S SCE
0,12 0,10
0,02
649
TiAl6V4 szórt Ti implantátum /Ag TiAl6V4 szórt /Ag Ag
650
Idõ/h
Leválasztási pparaméterek mindkét minta esetén: • tbe = 5ms, tki = 15 ms • Ip = 40 mAcm-2 • = 5m
651
A 10cm2
Ezüsttel bevont és bevonat nélküli szemcseszórt TiAl6V4 korongon felvett Tafel görbék -2
Ag/TiAl6V4 szemcseszórt korong
-3
log |I|//A
-4 -5
TiAl6V4 szemcseszórt korong
-6 -7 -8
Korróziós áram: 42 nA
9 -9 -10 -0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
potenciál/V
Felvétel sebessége: g 100μV/s μ
EIS spektrumok Szemcseszórt TiAl6V4 ötvözetre galván úton leválasztott ezüstrétegen 2
60000
1. nap 2. nap 8. nap 10. nap
50000
-Im m |Z|/ cm
2
-Im m Z/ cm
1. nap 2. nap 8. nap 10. nap
50000
40000
40000 30000
30000 20000
20000 10000
10000 0
0 0
10000
20000
30000
ReZ/ cm
40000 2
Keverés nélkül
50000
60000
0
10000
20000
30000
ReZ/ cm
40000
2
Keveréssel
Nem folytonos, (szigetes) ezüstréteg: Leválasztási paraméterek: ton=5ms, toff=15ms ip=40mA/cm2, -10s-ig
50000
Nyquist görbék változása az idővel galván, szigetes Ag/TiAl6V4 mintán Keveréssel
50000
50000
40000
2
40000
-Im Z/ cm
-Im Z/ cm
2
Keverés nélkül
30000
20000 10000 0
0
10
20
Tim e
30
20000 15000 10000 2
40
50 / da 60 ys
5000 70
0
Z/ Re
cm
30000 20000 10000 0 10
30000 20
30
Tim e
20000 40
/ da
ys
50
10000 60
70
0
Re
Z/
2
m c
EIS spektrumok Szemcseszórt TiAl6V4 ötvözetre lézerablációval leválasztott ezüstrétegen -Im Z/ cm
2
-Im Z/ cm
60000
1. nap 2. nap 3. nap
2
1. nap 2. nap 3. nap
70000
50000
40000
30000
40000 20000
30000 20000
10000
10000 0
0
-10000 0
10000
20000
30000
40000
ReZ/ cm
2
Keverés nélkül
50000
60000
70000
0
10000
20000
ReZ/ cm
30000 2
Keveréssel
40000
250000
200000
-Im Z/cm
-Im Z Z/cm
2
1. nap 4. nap 8. nap
2
EIS spektrumok Szemcseszórt TiAl6V4 ötvözetre plazmaimmerzióval leválasztott ezüstrétegen
250000
1. nap 4. nap 4 8. nap
200000
150000
150000
100000
100000
50000
50000
0
0 0
50000
100000
150000
200000
Re Z/cm
Keverés nélkül
0
250000 2
50000
100000
150000
Re Z/cm
2
Keveréssel
200000
250000
Antibakteriális vizsgálat ezüstözött TiAl6V4 ötvözeten
b
a
Candida albicans
c
Escherichia coli
Pseudomonas aeruginosa
Staphylococcus aureus
d alapfém ton/toff/Ip: ms/ms/mAcm / / A -2 /m
e
f
a
b
c
d
e
f
TiAl6V4
TiAl6V4
TiAl6V4
TiAl6V4
TiAl6V4
TiAl6V4
5/5/10
5/15/10
5/5/10
5/15/40
5/15/40
5/5/40
2
0.5
0.5
8
2
8
Ezüsttel bevont TiAl6V4 ötvözetek korróziója klorid-oldatban Előkészített minta
Egy hónapig klorid-oldatban áztatott minta
EDS analízis TiAl6V4 ötvözetekről
Előkészített minta
Egy hónapig klorid oldatban klorid-oldatban áztatott minta
Keresztmetszeti csiszolatok vizsgálata az ezüsttel bevonatolt TiAl6V4 implantátumon
In-vitro patkánykísérleteket követő ezüst k koncentráció t á ió meghatározása h tá á ICP-MS módszerrel Galvanizáció /Ti GA-Ti1GA-Ti2GA-Ti3GA-Ti4GA-Ti5GA-Ti6GA-Ti7GA-Ti8GA-Ti9-
Plazmaimmerzió /Ti PI-Ti-1PI-Ti-2PI-Ti-3PI-Ti-4-
VÉR mg/kg 0,004 0,016 , 0,027 0,039 0,012 0,019 0,015 0,026 0,031 0,021
MÁJ mg/kg 0,038 0,014 , 0,044 0,018 0,018 0,014 0,115 0,518 0,058 0,093
VESE mg/kg 0,012 0,013 , 0,021 0,031 0,021 0,007 0,011 0,057 0,089 0,029
AGY mg/kg 0,022 0,081 , 0,023 0,032 0,048 0,029 0,042 0,025 0,024 0,036
SZÖVET mg/kg 1,80 6,97 , 21,8 0,399 2,15 0,650 9,06 18,1 3,88 7,20
VÉR mg/kg 0,042 0,563 <0,002 <0,002 0,303
MÁJ mg/kg <0,002 0,752 <0,002 <0,002 0,752
VESE mg/kg <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 <0,002
AGY mg/kg 0,411 <0,002 <0,002 <0,002 0,411
SZÖVET mg/kg 7,86 16,4 13,2 6,97 11,11
E/V vs SCE
Kisállatból kioperált ezüstbevonatú TiAl6V4 mintán képződött pórusok
-
0
,
1
6
0
,
1
4
0
,
1
2
0
,
1
0
0
,
0
8
0
,
0
6
0
,
0
4
0
,
0
2
0
,
0
0
0
,
0
2
0
,
0
4
0
,
0
6
P A T A
0
1
0
0
2
0
0
3
0
0
I
d
4
õ
/
h
0
0
5
0
0
t u i
A
l
6
0
6
V
4
s
z
ó
r
t
g
0
7
0
0
Összefoglalás I Megterveztünk és megépítettünk egy félüzemi berendezést, amely alkalmas ezüst nanodiszperziók előállítására
vizes közegben. Elkészítettünk Elké ít ttü k egy recepturát t át antibakteriális tib kt iáli fugaanyag f ké íté é Az készítésére. A így í készült ké ült anyag antibakteriális tib kt iáli hatását h tá át
bizonyítottuk. A fugázás elkészült a Cserkeszőlőn lévő termálfürdő egy felújítás alatt levő medencéjében. A nanoezüsttel módosított membránszűrő prototípus előállítása sikeresen megvalósult mindkét vizsgált, új, fejlesztés alatt álló szűrőtípus esetében. esetében A méretnövelési kísérletek a Z4 típusú ivóvíz-felhasználású szűrő esetén a 3. évi tevékenység keretein belül azonnal elkezdhetők, míg a Z5 szennyvíztisztító szűrőtípus esetén egy rövid komponens-optimalizálási folyamat és ismételhetőségi teszt szükséges az eljárás elindításához. elindításához Igazoltuk, hogy az általunk javasolt és megvalósított technológiák (pulzáló áramú elektrokémiai eljárás, lézerablációs eljárás, plazmaimmerziós eljárás) alkalmasak szigetes ezüst nanorétegek kialakítására három fémötvözet (TiAl6V4, CoCrMo, W.Nr.1.4441) különféle módon előkészített felületein. Vizsgáltuk független módszerekkel a galván úton előállított ezüstbevonatú fémimplantátumok (TiAl6V4,
W.Nr.1.4441, CrCo) oldódását az alábbiak szerint: Hosszú idejű j g galvánkorróziós p potenciálmérések Polarizációs mérések Időfüggő EIS mérések klorid-oldatban Az EIS méréseket követően az oldatok ezüst tartalmának meghatározása Bakterológiai vizsgálatok Morfológiai vizsgálatok
Összefoglalás g II
Vizsgáltuk Vi ált k az ezüst ü t leválasztás l ál tá kezdeti k d ti fázisát fá i át különböző külö bö ő módon ód előkezelt lők lt TiAl6V4 ötvözeten. öt ö t A felsorolt minősítési vizsgálatok alapján megállapítottuk, hogy a szemcseszórt hordozókra 5/15/40 impulzus
paraméterekkel leválasztott ezüstréteg antibakteriális hatásának és az Ag folyamatos oldódásának köszönhetően alkalmas a léptéknövelő állatkísérletek céljára. céljára Az előzetes eredmények alapján úgy tűnik, hogy a Ti korongok és a lézerablációval bevont Ti korongok biokompatibilitása között nincs eltérés 7 nap tenyésztés után, viszont a galván úton ezüstözött Ti korongokon 80%-al kisebb értéket a kaptunk a Ti korongokhoz viszonyítva. viszonyítva A különböző módszerekkel előállított ezüstözött korongokat 200 g-os, hím, Wi patkányok hátbőre alá ültettük be 2 hónap időtartamra. Meghatároztuk a különböző szervekben (vér, agy, máj, vese, implantátum körüli szövetek) felhalmozódott ezüstionok koncentrációját. koncentrációját Megkezdtük a nagyállat (kutya) modell vizsgálatok tervezését és megszervezését. Ami a közeljövő kutatását illeti a kisállat kísérleteket a kutya kísérletek követik. Ezen munkaszakaszban elvégzett vizsgálatoknak a tükrében remélhetőleg el lehet és el kell dönteni, hogy a projekt keretében kidolgozott bevonatolási eljárások közül melyik eljárással felvitt ezüstréteg felel meg leginkább az orvosbiológiai követelményeknek, melyik a leghatékonyabb, a leggazdaságosabb és ezzel a módszerrel kell a további léptéknövelési kísérleteket elvégezni
A project eredményeit bemutató nemzetközi előadások
M. Lakatos-Varsányi, T. Pozman, M. Furko: EIS study on silver coated metallic implants. 8th International Symposium on Electrochemical Impedance Spectroscopy, June 6-11, 2010, Carvoeiro, Algarve, Portugal. M. Lakatos-Varsányi, T. Pozman, M. Furko: Pulse plated silver nanocoatings for biomedical/antimicrobial applications, Nanocoatings 2010, International Conference on Functional Nanocoatings, g , 2010 March 28-31. Dresden,, Germanyy M. Lakatos-Varsányi, T. Pozman, M. Furko: Pulse plating of antimicrobial silver nanocoatings, 4th European Pulse Plating Seminar, Abstract, 2010 March 5-6, Wienna Austria. (meghívott előadó) Lakatos-Varsányi, M., Suba, Cs., Mikó, A., Szabó, G., Pozman, T., Furkó, M.: Electrochemical studies of titanium implants in chloride solution. (meghívott előadó)COST D 33 Chemistry, Nanoscale Electrochemical and Bioprocesses (Corrosion) at Solid- aqueous Interfaces of Industrial Materials. Final Workshop, k h May. 12th-15th 12 h 1 h 2009. 2009 Cluj-Napoca, Cl j Romania i
A projekt eredményeit bemutató hazai közlemények és előadások Kis-Csitári Judit: Antibakteriális textíliák előállítása ezüst nanorészecskék felhasználásával, Magyar Textília LXIII.Évf. É 2010/1, 2-5 Lakatos-Varsányi M., Suba C., Mikó A. Szabó G, Pozman T. Furkó M.: Anódosan és termikusan felületkezelt Ti/TiO2/ osteosynthesis lemezek elektrokémiai vizsgálata. Implantátumok antibakteriális tib kt iáli hatásának h tá á k kialakítása. ki l kítá HUNKOR Magyar HUNKOR, M K ó ió Szövetség, Korróziós S ö t é és é az MTA Miskolci Mi k l i Akadémiai Bizottság, Anyagtudományi és Metallurgiai Szakbizottságának tudományos ülése 2009. május 27. Miskolc J. Kis-Csitári: J Kis Csitári: Silver nanoparticles in hospital practice (Orális eloadás), eloadás) Synthesis of silver nanoparticles and their deposition on textiles (poszteres eloadás), DKMT 11th Regional Conference on Environment and Health, 2009. május 15-16, Szeged Pozman Tamás János, János Lakatosné Varsányi Magda: Nanoszerkezetű ezüstréteg elektrokémiai előállítása fémes és nemfémes hordozókon, PhD Hallgatók Anyagtudományi Napja IX., 2009.november12. Veszprém. J. Kis Kis-Csitári: Csitári: Effective method for production of silver nanoparticles, nanoparticles Israeli Israeli-Palestinian Palestinian Workshop on Nanotechnology, 2008. december 10-13, Miskolc. .
