Abbiamo gia trattato in passato argomenti come le perimplantiti, spesso causate da cattiva cementazione.

E’ dimostrato come la protesi avvitata permette di ridurre o addiritura eliminare le perimplantiti da cemento e come le viti TPA con asse angolato permettono di estendere queste soluzioni protesiche anche ai casi meno favorevoli come asse implanto coronale.

Parte delle perimplantiti presenti su pazienti è comunque scatenata da batteri presenti nei tragitti transmucosi troppo spesso eccessivamente lunghi.

E’ clinicamente evidente come materiali innovatovi come la zirconia permettono una ridotta adesione batterica , la ricerca è comunque orientata verso suluzioni piu predicibili dal punto di vista meccanico, quindi dei coating che vadano a inibire l’adesione o la proliferazione dei batteri.

L’eccellente biocompatibilità intrinseca del nitruro di titanio TiN Coating è ben documentata in varie applicazioni biomediche.

Mitamura et al. [5] ha mostrato che la compatibilità del TiN Coating e del sangue era buona, e la resistenza all’usura dei dispositivi in titanio con TiN Coating aumentava di sette volte rispetto al medesimo dispositivo in titanio non ricoperto.

Mentre Chung et al. [7] hanno trovato che i rivestimenti a base di TiN Coating migliorano significativamente le proprietà elettrochimiche e di biocompatibilità del materiale di base.

Tuttavia, la proprietà antibatterica dei rivestimenti TiN Coating non è ben determinata.

In questo post riportiamo un’interessante osservazione di ridotta adesione batterica su superfici TiN.

 


Materiali e metodi

Una descrizione dettagliata del metodo di rivestimento Tin Coating e delle condizioni sperimentali batteriche è presentata nel nostro precedente articolo.

In breve, i rivestimenti di TiN Coating sono stati preparati su substrati di silicio mediante c.c. sputtering del magnetron a una pressione di base di 4 x 10-4 Pa, pressione di sputtering di 1,1 Pa, potenza del catodo di 100 W e distanza target del substrato di 0,1 cm.

Al 27% di concentrazioni di azoto reattivo sono stati preparati rivestimenti TiN Coating di spessore 145 e 230 nm e al 37% delle concentrazioni di azoto reattivo per spessore 220 e 270 nm.

Il ceppo batterico utilizzato per gli studi di adesione era un batterio orale Porphyromonas gingivalis (Pg, ATCC 33277).
Gli spessori dei rivestimenti sono stati ottenuti utilizzando un ellissiometro spettroscopico VASE (SE, J A Woollam Inc.).

La composizione superficiale dei rivestimenti è stata misurata usando lo spettrometro a raggi X ESCA Perkin Elmer PHI 5400 (XPS).

Per misurare la microstruttura dei rivestimenti è stato utilizzato un sistema Philips XL20 a microscopi elettronici a scansione (SEM) e un sistema SEM KYKY 2800 è stato utilizzato per misurare i risultati di adesione batterica.

 


 

Risultati e discussione

Nel presente lavoro, abbiamo osservato una diminuzione dell’adesione batterica con aumento dello spessore dei rivestimenti di TiN Coating. Le immagini SEM di rivestimenti TiN Coating (spessore> 100 nm) ottenuti dopo coltura batterica sono mostrati foto.

Per riferimento sono anche mostrati i risultati di adesione batterica dei rivestimenti in TiN Coating a 100 nm.

Immagini SEM di rivestimenti di TiN coltivati con batteri preparati al 27% di concentrazione di azoto di spessore (a) 100 nm, (b) 145 nm e (c) 230 nm e quelli preparati con concentrazione di azoto del 34% di spessore (d) 100 nm , (e) 160 nm, (f) 220 nm e (g) 270 nm.

I rivestimenti depositati a concentrazioni di azoto sia del 27% che del 34% hanno mostrato una diminuzione significativa dell’adesione batterica con aumento dello spessore.

Per informazioni quantitative, i conteggi batterici sui rivestimenti TiN Coating ottenuti con il metodo di conteggio delle immagini sono presentati in foto.

La superficie dei rivestimenti è risultata liscia e uniforme come osservato dalle immagini SEM.

La dimensione delle particelle nei rivestimenti preparati con concentrazioni di azoto del 27% e del 34% variava rispettivamente da 32 a 85 nm e da 25 a 60 nm, con aumento di spessore.

La composizione chimica superficiale dei rivestimenti, misurata con XPS, ha mostrato la presenza di stechiometria di ossido di titanio.

Inoltre, nessuna variazione significativa della composizione chimica superficiale è stata osservata con l’aumento dello spessore dei rivestimenti. Il rapporto Ti/N e Ti/O dei rivestimenti è risultato di circa 1,5 e 0,4 rispettivamente.

Le interazioni tra batteri e superfici sono spiegate sulla base della microstruttura o del meccanismo di carica superficiale.

Infatti le caratteristiche microstrutturali dei rivestimenti sono in un intervallo da 25 a 85 nm che è meno significativo confrontando la dimensione di un batterio (~ 3 ìm) per un possibile effetto di ritenzione meccanica.

Una spiegazione più ragionevole della diminuzione dell’adesione batterica osservata ,con aumento dello spessore del rivestimento, potrebbe essere effettuata sulla base di una inferiore carica libera dalla superficie.

Immagini SEM di rivestimenti TiN.

I portatori di carica liberi di superficie sono responsabili dell’interazione elettrostatica dei batteri con le superfici.

La presenza dei portatori di carica di superficie è maggiore sui rivestimenti TiN Coating con spessori ridotti.

Con l’aumento dello spessore del rivestimento Tin Coating o della dimensione delle particelle, i portatori di carica in superficie diminuiscono.

Quindi la diminuzione dei portatori di carica può essere la ragione di una ridotta adesione batterica.

 


 

Conteggi batterici per immagini SEM

Conclusione.

Sono stati preparati rivestimenti TiN Coating di diverso spessore con concentrazioni di azoto del 27% e del 34%.

Si è riscontrato che l’adesione batterica si riduce con l’aumento dello spessore del rivestimento.

La diminuzione dell’adesione batterica con aumento dello spessore dei rivestimenti di TiN Coating è attribuita alla diminuzione dei portatori di carica libera di superficie.

 

Testi e Immagini di Francesco Biaggini

 

 

Se ti interessa approfondire:

References

  • A. Wisbey, P.J. Gregson and M. Tuke, Application of PVD TiN coating to Co-Cr-Mo based surgical implants, Biomaterials, 8, 477-480 (1987).
  • W. Franks, I. Schenker, P. Schmutz and A. Hierlemann, Impedance characterization and modeling of electrodes for biomedical applications, IEEE Trans. Biomed. Engg., 52, 1295-1302 (2005).
  • C.T. Kao, S.J. Ding, Y.C. Chen and T.H. Huang, The anticorrosion ability of titanium nitride (TiN) plating on an orthodontic metal bracket and its biocompatibility, J. Biomed. Mater. Res., 63, 786-792 (2002).
  • I. Dion, X. Roques, N. More and L. Labrousse, Ex vivo leucocyte adhesion and protein adsorption on TiN, Biomaterials, 14, 712-719 (1993).
  • Y. Mitamura, K. Hosooka, T. Matsumoto, K. Sakai, T. Tanabe, T. Yuta and T. Mikami, Development of a ceramic heart valve, J. Biomater. Appl., 4, 33-55 (1989).
  • B.F. Coll and P. Jacquot, Surface modification of medical implants and surgical devices using TiN layers, Surf. Coat. Technol., 36, 867-878 (1988).
  • K.H. Chung, G.T. Liu, J.G. Duh and J.H. Wang, Biocompatibility of a titanium–aluminum nitride film coating on a dental alloy, Surf. Coat. Technol., 188-189, 745-749 (2004).
  • H.H. Huang, C.H. Hsu, S.J. Pan, J.L. He, C.C. Chen and T.L. Lee, Corrosion and cell adhesion behavior of TiN-coated and ion-nitrided titanium for dental applications, Appl. Surf. Sci., 244, 252-256 (2005).
  • A. Scarano, M. Piattelli, G. Vrespa, S. Caputi and A. Piattelli, Bacterial adhesion on titanium nitride-coated and uncoated implants: an in vivo human study, J. Oral Implant, 29, 80-85 (2003).
  • R.J. Koerner, L.A. Butterworth, I.V. Mayer, R. Dasbach and H.J. Busscher, Bacterial adhesion to titanium- oxy-nitride (TiNOX) coatings with different resistivities: a novel approach for the development of biomaterials, Biomaterials, 23, 2835-2840 (2002).
  • M. Yoshinari, Y. Oda, T. Kato, K. Okuda and A. Hirayama, Influence of surface modification to titanium on oral bacterial adhesion in vitro, J. Biomed. Mater. Res., 52, 388-394 (2000).
  • M. Yoshinari, Y. Oda, T. Kato and K. Okuda, Influence of surface modification to titanium on antibacterial activity in vitro, Biomaterials, 22, 2043-2048 (2001).
  • Y.L. Jeyachandran, Sa.K. Narayandass, D. Mangalaraj, C.Y. Bao, W. Li, Y.M. Liao, C.L. Zhang, L.Y. Xiao and W.C. Chen, A study on bacterial attachment on titanium and hydroxyapatite based films, Surf. Coat. Technol., 201, 3462-3474 (2006).
  • G. Dahlen, Microbial Colonization at Dental Titanium Implants, in Oral Biofilms and Plaque Control, (Ed) H.J. Busscher and L.V. Evans, Harwood Academic Publishers : The Netherlands, 221-232 (1998).
  • L. Boulange-Peteremann, B. Baroux and M.N. Bellon-Fontaine, An electrochemical method for assessing biodeposition to stainless steel, J. Microbiol. Meth., 21, 83-96 (1995).
  • A.T. Poortinga, R. Bos and H.J. Busscher, Measurement of charge transfer during bacterial adhesion to an indium tin oxide surface in a parallel plate flow chamber, J. Microbiol. Meth., 38, 183-189 (1999).
  • S.G. Roscoe, K.L. Fuller and G. Robitaille, An Electrochemical Study of the Effect of Temperature on the Adsorption Behavior of â-Lactoglobulin, J. Colloid. Interface. Sci., 160, 243-251 (1993).
  • P.R. Metzger, Application of titanium-nitride coatings in dentistry, Ned. Tijdschr. Tandheelkd, 100, 52-53 (1993).

 

The Effect of Thickness of Titanium Nitride Coatings on Bacterial Adhesion

Y.L. Jeyachandran*, Sa.K. Narayandass – Department of Physics, Bharathiar University, Coimbatore,Tamilnadu 641046, India *Corresponding author: yljchandran@gmail.com (Dr. Y.L. Jeyachandran)

 

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