Elektronmikroskopbilder av beläggningarna som visar silvernanopartiklarna som ingår i matrisen som mörka fläckar.
(PhysOrg.com) - Schweiziska forskare har visat hur de kan justera processförhållanden för att påverka egenskaperna hos nya plasmapolymerbeläggningar som innehåller silvernanopartiklar. Skräddarsydda filmer kan genereras genom en plasmaprocess i ett steg. Forskarna utvecklade dessa nya beläggningar, som dödar bakterier utan att ha någon negativ effekt på mänsklig vävnad, inom ramen för ett EU-projekt.
Silverjoner är mycket effektiva på att döda bakterier, och till skillnad från antibiotika är de effektiva mot hundratals olika bakteriestammar tack vare olika attackmekanismer. Detta gör silver idealiskt som en antibakteriell tillsats för, t.ex., implantat och sårförband. Tanken att "lite är bra, mer är bättre" kan inte anpassas till silver i alla fall, eftersom högre jonkoncentrationer också kan skada mänskliga celler och vävnader. Därför, ytbeläggningar måste göras med ett terapeutiskt användbart sortiment av silver.
En möjlig lösning erbjuds av de nya nanostrukturerade polymererna med integrerade silvernanopartiklar som ett team av Empa-forskare under ledning av Enrico Körner och Dirk Hegemann utvecklar inom ramen för ett EU-projekt kallat EMBEK1 ("polymerbaserat, multifunktionell, bakteriedödande material"). I samband med detta forskningsarbete undersöker de hur varierande plasmaförhållanden under avsättning påverkar filmstrukturen och den tillhörande silverjonfrisättningen som bestämmer den antibakteriella effektiviteten. Forskarna har fastställt grunderna för att "designa" skräddarsydda beläggningar med önskvärda egenskaper. Resultaten av detta arbete har nyligen publicerats i den vetenskapliga tidskriften "Plasma Processes and Polymers".
En högfrekvent plasmareaktor där nanokompositbeläggningarna avsätts på ett substratmaterial.
Silver nanopartiklar är ordentligt införlivade i plasmaskiktet
Empa-teamet använde en så kallad RF Plasma Reactor, där kolvätebeläggningar kan avsättas på olika substrat. Som råmaterial en kolvätegas som etylen (C 2 H 4 ) blandas med en reaktiv gas som koldioxid (CO 2 för att erhålla en tvärbunden plasmapolymermatris innehållande funktionella grupper som krävs för celltillväxt. Den elektriska energi som krävs för att driva denna process tillförs av elektroder. För att inkorporera silverpartiklar ordentligt i plasmaskiktet, en av elektroderna är gjord av rent silver där en hög spänning måste läggas på för sputterförhållanden. Ändå, filmavsättningen sker nära rumstemperatur vilket möjliggör behandling av temperaturkänsliga material.
Empa-forskarna varierade olika processparametrar såsom förhållandet mellan de två gaserna och effekttillförseln. De upptäckte att höja förhållandet av CO 2 till C 2 H 4 leder till en ökning av den inkorporerade mängden silver i beläggningen samt till mindre, mer homogent fördelade partiklar. Nanometerstor, välfördelade silverpartiklar har en betydligt större yta än, till exempel, ett lager av rent silver. Att öka ineffekten resulterar också i en högre inkorporering av silver och ökar samtidigt storleken på de inkorporerade silverpartiklarna. Till sist, forskarna undersökte mängden frigjorda silverjoner av olika beläggningar under olika tidsperioder. De erhållna data utvärderades i samband med de antibakteriella och celltestresultaten. Ett intervall kunde således bestämmas för silvernanokompositbeläggningarna inom de visade antibakteriella egenskaper och befanns ändå vara cytokompatibla (dvs. vänliga mot celler).
Dessa resultat kan användas för att överföra deponeringsprocessen från laboratorieskala till Empas interna pilotanläggning, det första steget mot industriell produktion av de skräddarsydda antibakteriella beläggningarna. Dessutom, forskargruppen försöker skapa beläggningar med gradienter i silverkoncentrationen som möjliggör kontrollerad frisättning av silverjoner under en viss tidsperiod. Ett polymertäckande lager skulle därigenom hjälpa mänskliga celler att växa optimalt på den antibakteriella beläggningen.
