straturi subțiri nanostructurate obținute prin tehnici

Download Straturi Subțiri Nanostructurate Obținute Prin Tehnici

Post on 29-Jan-2016

129 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • i

    UNIVERSITATEA DIN BUCURETI

    FACULTATEA DE FIZIC

    ______________________________________________________________________

    STRATURI SUBIRI NANOSTRUCTURATE OBINUTE PRIN TEHNICI

    LASER PULSATE AVANSATE PENTRU VINDECAREA RAPID I

    REGENERAREA ESUTURILOR OSOASE ______________________________________________________________________

    -Rezumat-

    Tez susinut de:

    Anita Ioana GHI (VIAN)

    Pentru a obine titlul de:

    Doctor n Fizic

    Conductor tiinific

    Prof. Dr. Ion N. MIHILESCU

    Bucureti, 2015

  • 2

    INVITAIE

    .......................................................................................................................................................

    SUNTEI INVITAT() N DATA DE 22 MAI 2015, ORA 11, N AMFITEATRUL A1 AL FACULTII DE FIZIC, S PARTICIPAI LA SUSINEREA PUBLIC A TEZEI DE DOCTORAT CU TITLUL:

    STRATURI SUBIRI NANOSTRUCTURATE OBINUTE PRIN TEHNICI

    LASER PULSATE AVANSATE PENTRU VINDECAREA RAPID I

    REGENERAREA ESUTURILOR OSOASE

    Anita Ioana GHI (VIAN)

    Comisia este format din:

    Preedinte: Prof. Univ. Dr. tefan ANTOHE Director coala Doctoral de Fizic, Facultatea de Fizic, Universitatea din Bucureti

    Conducator stiintific: Prof. Dr. Ion N. MIHAILESCU INCDFLPR si Facultatea de Fizic, Universitatea din Bucureti

    Membri:

    Conf. Univ. Dr. Sorin CIUC Universitatea Politehnica Bucureti,

    Prof. Dr. David GROSSIN ENSIACET, Universitatea din Toulouse,

    Franta

    Prof. Dr. Djordje JANACKOVIC Facultatea de Tehnologie i Metalurgie, Universitatea din Belgrad, Serbia

  • 3

    CUPRINSUL LUCRRII

    1. CONSIDERAII INTRODUCTIVE 4

    2. BIOMATERIALE INVESTIGATE N TEZ 7

    3. METODE I INSTALAII UTILIZATE PENTRU SINTEZA I CARACTERIZAREA DE FILME SUBIRI NANOSTRUCTURATE

    10

    4. REZULTATE I DISCUII 26

    5. CONCLUZII I PERSPECTIVE 57

    6. LISTA CONTRIBUIILOR PROPRII 61

    7. BIBLIOGRAFIE

    68

  • 4

    CAPITOLUL 1 : CONSIDERAII INTRODUCTIVE

    Scopul i obiectivele tezei

    Un domeniu n care s-a investit i se investete n prezent foarte mult este Ingineria Tisular. Se are n vedere gsirea de soluii pentru operaiile de refacere sau nlocuire a esuturilor osoase bolnave sau vtmate utiliznd diverse dispozitive protetice care prezint proprieti antimicrobiene.

    Proiectul de doctorat a constat n fabricarea prin tehnici laser avansate de straturi

    subiri nanostructurate cu proprieti antimicrobiene n vederea vindecrii i regenerrii esutului osos. n lucrare este prezentat sinteza i caracterizarea a trei tipuri de implanturi bioactive cu proprieti antimicrobiene pe baz de hidroxiapatit (HA) att pe substraturi simple de titan ct i pe substraturi modificate cu nanotuburi de dioxid de titan , n vederea funcionalizrii implanturilor metalice medicale. n ultimele decenii s-au adus mbuntiri simplelor proteze medicale metalice prin acoperirea implanturilor cu filme subiri antimicrobiene care previn infeciile care determin desprinderea implanturilor de os [Epinette J-A.et. al. 2004; Leon, Betty, 2009]. Filmele subiri bioactive nanostructurate au vizat n special modificarea proprietilor mecanice ale biomaterialelor studiate n sensul ntririi structurii matriceale i totodat a creterii rezistenei antimicrobiene i antifungice, pstrnd n acelai timp o citotoxicitate scazut i avnd aplicaii n nlocuirea i/sau reconstrucia de esuturi [Dorozhkin, Sergey V, 2009; Dorozhkin, Sergey V, 2010]. Principalul element de noutate din studiile noastre a fost dezvoltarea de implanturi funcionale biomimetice bioactive. n mod concret s-a vizat obinerea de straturi subiri de apatit biomimetic resorbabil ce prezint o reactivitate crescut n momentul contactului cu esutul osos adiacent sau cu lichidele fiziologice.

    Stadiul actual i importana cercetrii

    Una dintre cele mai mari provocri n medicina modern este eecul implantrii sau pierderea esutului cauzat de leziuni sau boli, ceea ce duce la reducerea calitii vieii pacienilor. Lipsa de esuturi donatoare disponibile a inspirat deschiderea unui nou domeniu interdisciplinar, care este o combinaie ntre tiina materialelor, fizic, chimie i biologie i este denumit "inginerie tisular". n acest domeniu, medici i ali cercettori lucreaz mpreun pentru a repara sau nlocui esutul deteriorat sau nesntos, precum i pentru a stimula creterea i funcia de noi esuturi sntoase. Osul, spre deosebire de multe alte esuturi din organism, are capacitatea excepional de a se vindeca. Cu toate acestea, n cazurile n care propria capacitate de regenerare a esutului nu este suficient, vindecarea oaselor i creterea osoas poate fi mbuntit prin diferite abordri de inginerie tisular. Prin utilizarea biomaterialelor specifice n combinaie cu molecule bioactive, antimicrobiene, este posibil stimularea i consolidarea propriilor mijloace regenerative ale corpului ntr-un mod similar cu procesele de remodelare i formare a osului natural.

    n aceast tez, sunt abordate 2 tehnici laser de acoperire i funcionalizare a implanturilor, respectiv : Depunere Laser Pulsat (PLD) i Evaporarea Laser Pulsat Asistat Matriceal (MAPLE). Abordrile implementate pentru acoperirea implanturilor, precum i modul n care diferitele biomateriale studiate n proiectul doctoral sunt interconectate, sunt descrise n Figura 1.1. Prima tematic, adresat n tez, este integrarea nerecorespunztoare os /implant, cauzat de natura slabei legturi dintre suprafaa de titan i fosfaii de calciu, n spe hidroxiapatita (HA) n implantul utilizat n mod obinuit.

  • 5

    Figura 1.1. Diagrama privind organizarea tezei i ncadrarea temei proiectului n

    domeniul actual al cercetrii

    Organizarea Tezei

    Studiile privind obinerea prin tehnicile PLD i MAPLE de acoperiri bioactive, biometice i antimicrobiene au fost iniiate n Romania, la Institutul Naional pentru Fizica Laserilor, Plasmei i Radiaiei (INFLPR), n Secia Laseri, Laboratorul Interaciuni Laser-Suprafa-Plasm (ILSP), dar i n cadrul unor colaborri cu Facultatea de Tehnologie i Metalurgie a Universitii din Belgrad, Serbia i Laboratorul CIRIMAT, Ensiacet, Toulouse, Frana. Dup identificarea regimurilor experimentale optime de depunere pentru fiecare biomaterial, filmele subiri obinute au fost analizate din punct de vedere al proprietilor fizice, chimice i mai ales al comportamentului biologic. Prin colaborare cu institute specializate s-au efectuat analize de culturi celulare i teste antimicrobiene pentru a evalua performanele biofuncionale ale implanturilor i asigurarea integritii structurale a oaselor n reconstrucie.

    Teza este structurat in cinci capitole:

    (i) Capitolul 1: Consideraii introductive n care se descrie stadiul actual al cercetrii i organizarea tezei

    (ii) Capitolul 2: Biomateriale investigate n tez descrie proprietile i aplicaiile biomaterialelor folosite n cercetrile experimentale: Am abordat n acest sens trei tipuri de materiale:

    - apatita biomimetic. Dup cum se tie, compoziia real a apatitelor care sunt prezente n osul uman este deficitar n Ca, dar conine muli ali ioni i oligoelemente. n acest context se introduc noile materiale obinute prin metoda de co-precipitare, constituite din

  • 6

    nanocristale similare celor prezente n osul uman. O meniune important privete temperatura de sintez i se arat c lucrul la o temperatur scazut permite pstrarea dimensiunii nanocristalelor ntr-un domeniu rezonabil. Aceast abordare mpreun cu alte condiii de lucru constituie originalitatea metodei de sintez a biopulberilor folosite n lucrare i utilizate n lucrrile autoarei.

    - hidroxiapatita dopat cu argint a permis obinerea unor filme hibride nanostructurate cu proprieti antibacteriene mpotriva C Albicans i A Niger. n cadrul tezei s-au efectuat studii privind alegerea concentraiei celei mai potrivite de Ag n HA care s asigure n acelai timp o aciune antimicrobian maxim dar i lipsa oricrei activiti toxice asupra celulelor mezemchimale cultivate, adic a celulelor din esuturile ce nconjoar implantul metalic acoperit.

    - hidroxiapatita dopat cu lignin ce formeaz filme cu activitate antimicrobian, n contextul gsirii de soluii de combatere a agenilor patogeni fr a se recurge la antibiotice.

    (iii) Capitolul 3 Metode i instalaii utilizate pentru sinteza i caracterizarea de filme subiri nanostructurate descrie metodele de obinere i regimurile de lucru optimizate pentru realizarea implanturilor metalice dezvoltate. Se introduc elemente de

    principiu ale metodelor de depunere cu laser n pulsuri, avantajele acestora, schemele

    instalaiilor. De asemenea, se enumer succint, pentru fiecare caz n parte, metodele i instalaiile de caracterizare ale straturilor subiri obinute.

    (iv) Capitolul 4 Rezultate i discuii este nucleul lucrrii i conine contribuiile originale ale autoarei n domeniul interaciunilor laser i aplicaiilor acestora. Se discut pe rnd compoziiile de apatit biomimetic, hidroxiapatit dopat cu argint i respectiv hidroxiapatita dopat cu lignin. n primul caz scopul vizat a fost obinerea unor straturi subiri ct mai apropiate de compoziia, structura i morfologia osului uman. n celelalte dou cazuri s-a vizat doparea hidroxiapatitei, principala component inorganic a osului uman, cu materiale inorganice (Ag) i respectiv organice (lignina) cu aciune terapeutic demonstrat, n combaterea eficient a microbilor. Este de subliniat faptul c cercetrile din teza acoper o gam larg de compui apatitici i abordeaz o linie foarte modern n care se atinge o apropiere ct mai mare de organele vizate i n final de pacient, simultan cu asigurarea unei protecii active i stabile mpotriva contaminrii cu bacterii i fungi. Se prezint principalele rezultate i caracteristici ale structurilor obinute i corelarea acestora cu condiiile experimentale specific