Grant NCN OPUS nr 2016/21/B/ST8/02099 (2017-2021)

Grant NCN OPUS nr 2016/21/B/ST8/02099 (2017-2021)

Tytuł projektu: Nowe materiały w postaci nanokrystalicznych cienkich warstw na bazie tytanu z różną zawartością miedzi, o kontrolowanych właściwościach bakteriobójczych i cytotoksycznych. Kierownik projektu: dr hab. Bogumiła Szponar

Projekt badawczy w partnerstwie z prof. Danutą Kaczmarek i dr hab. inż. Damianem Wojcieszakiem z Laboratorium Technologii Próżniowych i Diagnostyki Nanomateriałów Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów Politechniki Wrocławskiej

Nanomateriały w postaci nanokrystalicznych cienkich warstw zawierające tytan i miedź charakteryzują się wysoką aktywnością biologiczną, są bardzo trwałe i odporne na działanie warunków środowiska. Za pomocą innowacyjnych metod fizycznych oraz odpowiedniego doboru technik biologicznych opisaliśmy, w jaki sposób powierzchnia nanokrystalicznych powłok oddziałuje na żywe komórki prokariotyczne, czyli bakterie, i eukariotyczne, czyli komórki gospodarza.

O bioaktywności nanomateriałów decyduje ich niezwykły stopień rozwinięcia powierzchni. Nasze innowacyjne biomateriały – nanokrystaliczne cienkowarstwowe powłoki Cu-Ti o kontrolowanej zawartości i dystrybucji miedzi- wytworzyliśmy za pomocą procesu rozpylania magnetronowego o odpowiednio dobranych parametrach.

Wyniki naszych badań mają szczególne znaczenie dla rozwoju nauki o biomateriałach innowacyjnych z uwagi na unikalne właściwości struktury nanokrystalicznej na bazie Cu-Ti, która umożliwia przenikanie jonów miedzi z powierzchni warstw do środowiska, eliminując niepożądane drobnoustroje chorobotwórcze przy jednoczesnej ochronie komórek gospodarza, narażanych często na efekty cytotoksyczne.

Opublikowane wyniki współpracy interdyscyplinarnego zespołu z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda oraz z Politechniki Wrocławskiej wpisują się w dyscypliny naukowe związane z inżynierią materiałową, funkcjonalnymi biomateriałami, a także innowacyjnymi powłokami cienkowarstwowymi poprzez poznanie natury podstawowych zjawisk, które zachodzą na powierzchni nanomateriałów, i rejestrację dynamiki procesów komórkowych w kontakcie z takimi nanomateriałami.

Kompleksowa analiza właściwości nanokrystalicznych kompozytowych warstw Cu-Ti o kontrolowanej zawartości miedzi, a także powłok wielowarstwowych o skokowym rozkładzie miedzi przyczyniła się do przedstawienia: i. właściwości antybakteryjnych i cytotoksyczności nanokrystalicznych cienkich warstw na bazie tytanu i miedzi; ii. jednoznacznego powiązania składu materiałowego i mikrostruktury tych biomateriałów z poziomem ich bioaktywności; iii. opisu zjawisk związanych z kinetyką uwalniania jonów miedzi z powierzchni w zależności od rozkładu tego pierwiastka w objętości materiału, także dla powłok wielowarstwowych.

Powiązanie właściwości biologicznych powłok nanokrystalicznych o stałej zawartości miedzi w objętości warstwy z powłokami wielowarstwowymi o skokowym rozkładzie miedzi jest zagadnieniem unikatowym i nowatorskim, dlatego uważamy, że uzyskane w projekcie wyniki znajdą zastosowanie w opracowaniu nowych, bezpiecznych materiałów cienkowarstwowych o kontrolowanym poziomie oddziaływania na drobnoustroje patogenne, odpowiedzialne za infekcje szerzące się przez kontakt ze skażonymi powierzchniami urządzeń czy sprzętów m.in. w szpitalach i ośrodkach opieki zdrowotnej.