Ett tvärvetenskapligt team av forskare vid University of Alabama i Birmingham har utvecklat en ny plasma-aktiverad process som kan begränsa spridningen av toxiner från implantat till en patients blodomlopp. Teamet, som leds av Vinoy Thomas, Ph.D., docent vid UAB School of Engineerings avdelning för maskin- och materialteknik, publicerade nyligen resultat i ACS Applied Materials &Interfaces tidning.

I artikeln förklarar författarna att en stor utmaning med att utveckla nanopartikelmodifierat biomedicinskt implantatmaterial är att stabilt fästa metalliska nanopartiklar på olika ytor – särskilt polymerytor.

"I åratal har forskare uppnått syntes av metalliska nanopartiklar i vattenlösningar med användning av både kemiska och biologiska (växtextrakt) reduktionsmedel," sa Thomas. "Utmaningen med att fästa metalliska nanopartiklar är särskilt svår i fall som involverar hydrofoba polymera biomaterial, som de flesta polymera biomaterial faller under."

För att möta denna utmaning utvecklade Thomas och hans team en plasma-aktiverad process som kallas plasma strömlös reduktion. PER-processen tillåter forskare att deponera guld- och silvernanostrukturer på olika 2D- och 3D-polymermaterialytor, såsom cellulosapapper, polypropenbaserade ansiktsmasker och 3D-tryckta polymerställningar.

"Det är välkänt att det finns toxicitetsproblem som erbjuds av den snabba och förtida frisättningen av metalliska nanostrukturer från implantatmaterialet till blodomloppet," sa Thomas. "Denna fråga kan endast lösas genom att säkerställa en stabil förankring av de metalliska nanostrukturerna på implantatets ytor. Detta har inspirerat oss att optimera vår PER-process genom att genomföra systematiska och djupgående undersökningar av koncentrationen av den metalliska prekursorn följt av ultraljudstvätt före cellodling in vitro."

I Thomas studie kunde hans team framgångsrikt förankra silvernanopartiklar på ytan av 3D-tryckta polymerer utan någon snabb utsläpp i omgivningen. Teamets expertis inom additiv tillverkning gjorde det också möjligt för dem att designa mindre 3D-ställningsskivor som passar in i brunnen på en platta med 96 brunnar.

"Vi förväntar oss att utformningen av en sådan konsekvent mindre 3D-ställningskonstruktion skulle säkerställa storskalig och mer tillförlitlig in vitro-testning av 3D-ställningar," sa Thomas. "Denna systematiska optimering av att göra enhetliga metallnanostrukturer på 3D-ställningar med cytokompatibilitet och potentiella antibakteriella egenskaper kommer att vara mycket relevant och kan potentiellt ha en inverkan på den framtida utvecklingen av biokompatibla byggnadsställningar, särskilt för osteomyelitsjukdom."

Det tog två år för teamet att utveckla PER-processen, men processen är bara en av flera aspekter som Thomas studerar med avseende på plasma.

"Plasma, det fjärde tillståndet av materia, är en delvis joniserad gas som representerar en av de grönare metoderna för att syntetisera metalliska nanopartiklar i en flytande fas", sa han. "Den har en enorm förmåga inom materialbearbetning och att dekontaminera ytor för att förhindra spridning av covid-19 och andra smittsamma sjukdomar." + Utforska vidare

Utveckling av tryckt elektronik med ultrahög upplösning med arkitektonik med dubbla ytor