Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ

Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ

Анодным окислением титана в водно-этиленгликолевом растворе фторида аммония получены структурно упорядоченные TiO₂ -нанотрубки с верти- кальным расположением пор, диаметром 50–80 нм, внутренней поверхностью пор 70–80 см² на 1 см² геометрической поверхности. Биологические тесты с использованием остео...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Уласевич, С.А., Кулак, А.И., Мусская, О.Н., Позняк, С.К., Скорб, Е.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2014
Назва видання:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75963
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ / С.А. Уласевич, А.И. Кулак, О.Н. Мусская, С.К. Позняк, Е.В. Скорб // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 1. — С. 181-187. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-75963
record_format dspace
spelling irk-123456789-759632016-10-14T13:28:50Z Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ Уласевич, С.А. Кулак, А.И. Мусская, О.Н. Позняк, С.К. Скорб, Е.В. Анодным окислением титана в водно-этиленгликолевом растворе фторида аммония получены структурно упорядоченные TiO₂ -нанотрубки с верти- кальным расположением пор, диаметром 50–80 нм, внутренней поверхностью пор 70–80 см² на 1 см² геометрической поверхности. Биологические тесты с использованием остеобластов MC3T3-E1 показали, что клетки, адсорбированные на поверхности TiO₂ -нанотрубок, сохраняют способность делиться и образовывать межклеточные контакты. Диоксид-титановые покрытия характеризуются высокой гидрофильностью (контактный угол 5,6±0,3°), биоактивностью и могут быть перспективными для использования в качестве нанорезервуаров с контролируемым высвобождением антибиотиков (тетрациклина, доксорубицина) при лечении костных инфекций. Highly-ordered TiO₂ nanotubes with vertical pores having a diameter of 50–80 nm and a specific internal pore surface area of about 70–80 cm² per 1 cm² or geometric-surface area are obtained by anodic oxidation of titanium in an ammonium-fluoride ethylene-glycol solution. Biological tests using MC3T3-E1 osteoblasts show that cells adsorbed on the surface of TiO₂ nanotubes retain the ability to reproduce and to form cell–cell contacts. Titanium dioxide coatings are characterized by a high hydrophilicity (with a contact angle of 5.6±0,3°) and bioactivity. These coatings are promising for fabrication of titanium implants and as nanocontainers of antibiotics (tetracycline, doxorubicin), providing a controllable release during the treatment of bone infections. Анодним окисненням титану у водно-етиленгліколевому розчині фториду амонію одержано структурно впорядковані TiO₂ -нанорурки з вертикальним розташуванням пор, діяметром у 50–80 нм, внутрішньою поверхнею пор у 70–80 см² на 1 см² геометричної поверхні. Біологічні тести з використанням остеобластів MC3T3-E1 показали, що клітини, адсорбовані на поверх TiO₂ -нанорурок, зберігають здатність ділитися та створювати міжклітинні контакти. Діоксидитанові покриття характеризуються високою гідрофільністю (контактний кут — 5,6±0,3°), біоактивністю та можуть бути перспективними для використання як нанорезервуари з контрольованим вивільненням антибіотиків (тетрацикліну, доксорубіцину) при лікуванні кісткових інфекцій. 2014 Article Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ / С.А. Уласевич, А.И. Кулак, О.Н. Мусская, С.К. Позняк, Е.В. Скорб // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 1. — С. 181-187. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.46.Fg,61.46.Np, 68.37.Hk,78.67.Ch,78.67.Rb,81.07.De,82.45.Yz http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75963 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Анодным окислением титана в водно-этиленгликолевом растворе фторида аммония получены структурно упорядоченные TiO₂ -нанотрубки с верти- кальным расположением пор, диаметром 50–80 нм, внутренней поверхностью пор 70–80 см² на 1 см² геометрической поверхности. Биологические тесты с использованием остеобластов MC3T3-E1 показали, что клетки, адсорбированные на поверхности TiO₂ -нанотрубок, сохраняют способность делиться и образовывать межклеточные контакты. Диоксид-титановые покрытия характеризуются высокой гидрофильностью (контактный угол 5,6±0,3°), биоактивностью и могут быть перспективными для использования в качестве нанорезервуаров с контролируемым высвобождением антибиотиков (тетрациклина, доксорубицина) при лечении костных инфекций.
format Article
author Уласевич, С.А.
Кулак, А.И.
Мусская, О.Н.
Позняк, С.К.
Скорб, Е.В.
spellingShingle Уласевич, С.А.
Кулак, А.И.
Мусская, О.Н.
Позняк, С.К.
Скорб, Е.В.
Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Уласевич, С.А.
Кулак, А.И.
Мусская, О.Н.
Позняк, С.К.
Скорб, Е.В.
author_sort Уласевич, С.А.
title Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
title_short Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
title_full Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
title_fullStr Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
title_full_unstemmed Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
title_sort анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75963
citation_txt Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ / С.А. Уласевич, А.И. Кулак, О.Н. Мусская, С.К. Позняк, Е.В. Скорб // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 1. — С. 181-187. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT ulasevičsa anodnyepokrytiânaosnovevysokouporâdočennyhdioksidtitanovyhnanotrubokvkačestvenositelâlekarstvennyhveŝestv
AT kulakai anodnyepokrytiânaosnovevysokouporâdočennyhdioksidtitanovyhnanotrubokvkačestvenositelâlekarstvennyhveŝestv
AT musskaâon anodnyepokrytiânaosnovevysokouporâdočennyhdioksidtitanovyhnanotrubokvkačestvenositelâlekarstvennyhveŝestv
AT poznâksk anodnyepokrytiânaosnovevysokouporâdočennyhdioksidtitanovyhnanotrubokvkačestvenositelâlekarstvennyhveŝestv
AT skorbev anodnyepokrytiânaosnovevysokouporâdočennyhdioksidtitanovyhnanotrubokvkačestvenositelâlekarstvennyhveŝestv
first_indexed 2025-07-06T00:17:05Z
last_indexed 2025-07-06T00:17:05Z
_version_ 1836854596049305600
fulltext 181 PACS numbers: 61.46.Fg, 61.46.Np, 68.37.Hk, 78.67.Ch, 78.67.Rb, 81.07.De, 82.45.Yz Анодные покрытия на основе высокоупорядоченных диоксид-титановых нанотрубок в качестве носителя лекарственных веществ С. А. Уласевич, А. И. Кулак, О. Н. Мусская, С. К. Позняк*, Е. В. Скорб** Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, ул. Сурганова, 9/1, 220072 Минск, Беларусь *Научно-исследовательский институт физико-химических проблем, Белорусский государственный университет, ул. Ленинградская, 14, 220030 Минск, Беларусь **Белорусский государственный университет, ул. Ленинградская, 14, 220030 Минск, Беларусь Анодным окислением титана в водно-этиленгликолевом растворе фторида аммония получены структурно упорядоченные TiO2-нанотрубки с верти- кальным расположением пор, диаметром 50–80 нм, внутренней поверхно- стью пор 70–80 см 2 на 1 см 2 геометрической поверхности. Биологические тесты с использованием остеобластов MC3T3-E1 показали, что клетки, ад- сорбированные на поверхности TiO2-нанотрубок, сохраняют способность делиться и образовывать межклеточные контакты. Диоксид-титановые покрытия характеризуются высокой гидрофильностью (контактный угол 5,60,3), биоактивностью и могут быть перспективными для использова- ния в качестве нанорезервуаров с контролируемым высвобождением анти- биотиков (тетрациклина, доксорубицина) при лечении костных инфекций. Highly-ordered TiO2 nanotubes with vertical pores having a diameter of 50–80 nm and a specific internal pore surface area of about 70–80 cm 2 per 1 cm 2 or geometric-surface area are obtained by anodic oxidation of titanium in an am- monium-fluoride ethylene-glycol solution. Biological tests using MC3T3-E1 osteoblasts show that cells adsorbed on the surface of TiO2 nanotubes retain the ability to reproduce and to form cell–cell contacts. Titanium dioxide coatings are characterized by a high hydrophilicity (with a contact angle of 5.60.3) and bioactivity. These coatings are promising for fabrication of titanium im- plants and as nanocontainers of antibiotics (tetracycline, doxorubicin), provid- ing a controllable release during the treatment of bone infections. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2014, т. 12, № 1, сс. 181–187  2014 ІМÔ (Інститут металофізики ім. Ã. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 182 С. А. УЛАСЕВИЧ, А. И. КУЛАК, О. Н. МУССКАЯ и др. Анодним окисненням титану у водно-етиленгліколевому розчині фториду амонію одержано структурно впорядковані TiO2-нанорурки з вертикаль- ним розташуванням пор, діяметром у 50–80 нм, внутрішньою поверхнею пор у 70–80 см 2 на 1 см 2 геометричної поверхні. Біологічні тести з викорис- танням остеобластів MC3T3-E1 показали, що клітини, адсорбовані на пове- рхні TiO2-нанорурок, зберігають здатність ділитися та створювати міжклі- тинні контакти. Діоксид-титанові покриття характеризуються високою гідрофільністю (контактний кут — 5,60,3), біоактивністю та можуть бути перспективними для використання як нанорезервуари з контрольованим вивільненням антибіотиків (тетрацикліну, доксорубіцину) при лікуванні кісткових інфекцій. Ключевые слова: анодные покрытия, диоксид титана, нанотрубки, кле- точная адгезия, остеобласты, антибиотик, биоактивность, носитель лекар- ственных веществ. (Получено 18 ноября 2013 г; после доработки — 28 ноября 2013 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Анодные покрытия из диоксида титана с вертикальными нанопо- рами способны оказывать сильное влияние на адгезию живых кле- ток, их размножение, дифференциацию и интенсифицируют рост биогенного гидроксиапатита [1–3]. Наличие развитой структуры и высокая гидрофильность позволяют использовать такие покрытия в качестве носителя водорастворимых лекарственных веществ для их локального высвобождения в инфицированных участках твёр- дой и мягкой ткани [4]. Преимуществом использования покрытий в качестве систем доставки является возможность пролонгированно- го высвобождения лекарственного вещества, а также возможность использовать довольно высокие концентрации лекарственных ве- ществ без общей интоксикации организма [5–6]. Известно, что диа- метр пор оказывает влияние на скорость высвобождения лекар- ственных средств. Ранее выполнялись эксперименты с TiO2- нанотрубками с размером пор 100–120 нм и выявлено, что данный размер не обеспечивает достаточно длительного высвобождения ле- карственных средств [7]. В связи с этим целью данной работы было исследование возмож- ности использования полученных нами наноструктурированных TiO2-покрытий с меньшим диаметром пор в качестве нанорезервуа- ра для тетрациклина и доксорубицина. 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Оптически прозрачные покрытия TiO2 получали анодным окисле- нием слоя титана, напылённого в вакууме на проводящие ITO- АНОДНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ДИОКСИД-ТИТАНОВЫХ НАНОТРУБОК 183 стёкла. Толщина слоя напылённого титана составляла приблизи- тельно 700 нм. Анодное окисление титана осуществляли в водно- этиленгликолевом электролите (2 об.% воды), содержащем 0,75 масс.% NH4F, вначале при линейном изменении напряжения от 0 до 40 В со скоростью подъёма напряжения 0,2 Вс–1, а затем в воль- тастатическом режиме при 40 В в течение 15–20 мин до полного окисления металлического слоя. Полученные образцы тщательно промывали этиловым спиртом с последующим быстрым высушива- нием в потоке воздуха и термообработкой при 450С в течение 3 ч. После прогрева образцы обрабатывали в ультразвуковой ванне в те- чение 1–2 мин для удаления нарушенного тонкого поверхностного слоя. Спектры дифракции рентгеновских лучей регистрировали на дифрактометре Bruker Advanced D8 (CuK0,154 нм). Ãидрофиль- но-гидрофобные свойства покрытий изучали с помощью измерите- ля контактного угла Contact Angle Measuring System G10. Элек- тронно-микроскопические исследования выполняли с использова- нием сканирующего электронного микроскопа LEO-1420. Для оценки биосовместимости полученные покрытия засевали клетками остеобластов MC3T3-E1 при плотности 100 клеток на 1 см2 поверхности образца и культивировали в течение 3 дней в соот- ветствии с методикой, описанной в работе [9]. Цитоскелет живой клетки изучали на оптическом инверсионном микроскопе Nicon Eclipse TS-100-F. Оценку биоактивности образцов осуществляли по удельному клеточному приросту. Антибиотик в нанопоры TiO2 инкорпорировали путём погруже- ния образца в водные растворы тетрациклина и доксорубицина с концентрацией 0,5 мг/мл и выдерживания его в растворе в течение 3 ч. Выбор антибиотиков обусловлен их лекарственной значимо- стью и лёгкостью выполнения качественного и количественного анализа. Количество удерживаемого в порах антибиотика опреде- ляли фотометрически с помощью спектрофотометра UV-VIS Agilent 8453. Тетрациклин определяли на длине волны 375 нм, а доксору- бицин — 525 нм. Измерение выполняли каждые 10 мин в течение первых трёх часов, затем каждый час в течение первых суток и каждые 24 ч в течение всего последующего времени. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Установлено, что при анодном окислении титана в водно- этиленгликолевом растворе фторида аммония образуются покры- тия ТiО2 с вертикально расположенными нанотрубками, имеющи- ми внутренний диаметр 50–80 нм (рис. 1). Толщина покрытий TiO2 определяется толщиной напылённого титана и составляет 1,5 мкм, а внутренняя поверхность пор составляет 70–80 см 2 на 1 см 2 геомет- 184 С. А. УЛАСЕВИЧ, А. И. КУЛАК, О. Н. МУССКАЯ и др. рической площади полученного покрытия. Рентгенофазовым ана- лизом установлено, что TiO2-нанотрубки плохо закристаллизованы (рис. 2, а, кривая 1). Однако, их термическая обработка при 450С в течение 3 ч приводит к кристаллизации оксида со структурой ана- таза, при этом, не изменяя заметно морфологию поверхности (рис. 2, а, кривая 2) и значительно улучшая адгезию полученного покры- тия к подложке. Поверхность ТiО2-покрытий характеризуется высоким уровнем смачиваемости. Следует отметить, что при нанесении на поверх- ность образца капли наблюдается её впитывание в течение 10–30 с, что может быть обусловлено капиллярным эффектом нанотрубок (рис. 2, б, в). Максимальная величина контактного угла составляет 5,60,3, в то время как величина контактного угла ITO-стекла с напылённым на него слоем титана составляет 74,80,3. а б Рис. 1. Электронно-микроскопическое изображение TiO2-нанотрубок: а — вид сверху; б — поперечное сечение покрытия. а б в Рис. 2. (а) рентгенограммы покрытий TiO2-нанотрубок до (1) и после (2) термообработки при 450С в течение 3 ч, где А — анатаз, Ti — титан; фото- графия капли на поверхности ITO-подложки (б) и поверхности TiO2- нанотрубок (в) при измерении гидрофильно-гидрофобных свойств и вели- чина контактного угла. АНОДНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ДИОКСИД-ТИТАНОВЫХ НАНОТРУБОК 185 Выполнение биологических тестов с использованием остеобла- стов MC3T3-E1 подтвердило, что данные покрытия обладают более чем в два раза высокой биоактивностью, чем поверхность исходной подложки (рис. 3). Исследование цитоскелета живой клетки на оптическом инвер- сионном микроскопе показало, что клетка, прикрепляясь к по- верхности TiO2-нанотрубок, сохраняет способность делиться и обра- зовывать межклеточные контакты. Никакие повреждения или жизненно несовместимые деформации цитоскелета не выявлены. На 3 суток культивирования удельная клеточная плотность на по- крытиях TiO2 составляет в среднем 3910220 клеток/см2, что более чем в два раза выше удельной клеточной плотности на исходной подложке 1920120 клеток/см2. Высокая гидрофильность и развитая морфология поверхности полученных покрытий могут благоприятствовать их использова- нию в качестве носителя лекарственных веществ. Для изучения скорости высвобождения антибиотика из нанопор TiO2 использова- ли оптически прозрачные в области 340–1100 нм покрытия TiO2, полученные на основе проводящих ITO-стёкол. Следует отметить, что пропитка полученных покрытий водными растворами тетра- циклина и доксорубицина приводит к небольшому увеличению их оптической плотности в спектральной области, где поглощает анти- биотик. На дифференциальных спектрах оптического поглощения TiO2-нанотрубок, модифицированных тетрациклином и доксоруби- цином, видны пики при 368 нм и 521 нм, что соответствует полосам поглощения тетрациклина и доксорубицина в растворе, соответ- ственно (рис. 4, а). На основании спектрофотометрических данных установлено, что в нанопоры полученных покрытий загружается около 11,4 мкг/см2 тетрациклина и около 7,5 мкг/см2 доксоруби- а б Рис. 3. Изображения живых остеобластов MC3T3-E1 на 3 суток культиви- рования на ITO-стекле (а) и на поверхности нанотрубок TiO2 (б). 186 С. А. УЛАСЕВИЧ, А. И. КУЛАК, О. Н. МУССКАЯ и др. цина. В первые сутки высвобождается около 30% и 40% загруженного тетрациклина и доксорубицина, соответственно. Важно, что высо- кая начальная скорость высвобождения может способствовать быстрой доставке антибиотика в инфицированные области орга- низма. Затем каждые последующие сутки высвобождается около 2– 4% антибиотика, а скорость высвобождения доксорубицина и тет- рациклина снижается до уровня 0,6 и 0,3 мкг/(см2сут), соответ- ственно. Следует отметить, что по истечении 200 ч высвобождается примерно одинаковое количество тетрациклина и доксорубицина — до 80%, что может обеспечивать длительный антибактериаль- ный эффект. 4. ВЫВОДЫ Таким образом, анодное окисление титана в водно-этиленгликоле- вом растворе фторида аммония позволяет получить покрытия из структурно упорядоченных TiO2-нанотрубок с вертикальным рас- положением пор, имеющих внутренний диаметр 50–80 нм и внут- реннюю поверхность 70–80 см 2 на 1 см 2 геометрической поверхно- сти. Полученные покрытия обладают высокой гидрофильностью (контактный угол 5,63), высокой биосовместимостью и являются перспективными для использования в качестве нанорезервуаров с контролируемым высвобождением антибиотиков для лечения костных инфекций. а б Рис. 4. (а) Дифференциальные спектры оптического поглощения TiO2- нанотрубок, модифицированных тетрациклином (1) и доксорубицином (2) в количестве 7,5 и 11,4 мкг/см2; (б) зависимость поверхностной концен- трации удерживаемого в порах нанотрубок доксорубицина (1) и тетрацик- лина (2) от времени выдерживания в воде. АНОДНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ДИОКСИД-ТИТАНОВЫХ НАНОТРУБОК 187 БЛАГОДАРНОСТИ Работа выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х13К-057). ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА–REFERENCES 1. P. Roy, S. Berger, and P. Schmuki, Angew. Chem. Int. Ed., 50: 2904 (2011). 2. K. Niespodziana, K. Jurczyk, and M. Jurczyk, Rev. Adv. Mater. Sci., 18: 236 (2008). 3. A. Kar, K. S. Raja, and M. Misra, Surf. Coat. Technol., 201: 3723 (2006). 4. S. Minagar, C. Berndt, J. Wang, E. Ivanova, and C. Wen, Acta Biomater., 8: 2875 (2012). 5. A. Kodama, S. Bauer, A. Komatsu, H. Asoh, S. Ono, and P. Schmuki, Acta Bi- omater., 5: 2322 (2009). 6. K. Gulati, M. Sinn Aw, D. M. Findlay, and D. Losic, Therapeutic Delivery, 3: 857 (2012). 7. J. Yan and F. Zhou, J. Mater. Chem., 21: 9406 (2011). 8. S. A. Ulasevich, S. K. Poznyak, E. V. Skorb, and A. I. Kulak, Physics, Chemis- try and Application of Nanostructures, 4: 301 (2013). 9. C. M. Bidan, K. P. Kommareddy, M. Rumpler, P. Kollmannsberger, Y. J. M. Bréchet, P. Fratzl, and J. W. C. Dunlop, PLoS One, 7: e36336 (2012).

Схожі ресурси