Forskere designer terapeutiske belægninger af sølv

(PhysOrg.com) - Schweiziske forskere har demonstreret, hvordan de kan justere procesbetingelser for at påvirke egenskaberne af nye plasmapolymerbelægninger, der indeholder sølvnanopartikler. Skræddersyede film kan genereres gennem en et-trins plasmaproces. Forskerne udviklede disse nye belægninger, som dræber bakterier uden at have nogen negativ effekt på menneskeligt væv, inden for rammerne af et EU-projekt.

Sølvioner er meget effektive til at dræbe bakterier, og i modsætning til antibiotika er de effektive mod hundredvis af forskellige bakteriestammer takket være forskellige angrebsmekanismer. Dette gør sølv ideelt som et antibakterielt tilsætningsstof til, f.eks., implantater og sårforbindinger. Tanken om, at "lidt er godt, mere er bedre" kan ikke anvendes til sølv i alle tilfælde, da højere ionkoncentrationer også kan skade menneskelige celler og væv. Derfor, overfladebelægninger skal laves med et terapeutisk anvendeligt udvalg af sølv.

En mulig løsning tilbydes af de nye nanostrukturerede polymerer med integrerede sølvnanopartikler, som et team af Empa-forskere ledet af Enrico Körner og Dirk Hegemann er ved at udvikle inden for rammerne af et EU-projekt kaldet EMBEK1 ("polymer-baseret, multifunktionel, bakteriedræbende materialer"). I forbindelse med dette forskningsarbejde undersøger de, hvordan varierende plasmaforhold under aflejring påvirker filmstrukturen og den tilhørende sølvionfrigivelse, der bestemmer den antibakterielle effektivitet. Forskerne har fastlagt det grundlæggende for "design" skræddersyede belægninger med ønskelige egenskaber. Resultaterne af dette arbejde er for nylig blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift "Plasma Processes and Polymers".

Sølv nanopartikler er fast inkorporeret i plasmalaget

Empa-holdet brugte en såkaldt RF Plasma Reactor, hvor kulbrintebelægninger kan afsættes på forskellige underlag. Som råmateriale en kulbrintegas såsom ethylen (C ₂ H ₄ ) er blandet med en reaktiv gas såsom kuldioxid (CO ₂ ) for at opnå en tværbundet plasmapolymermatrix indeholdende funktionelle grupper, der kræves til cellevækst. Den elektriske energi, der er nødvendig for at drive denne proces, leveres af elektroder. For at inkorporere sølvpartikler fast i plasmalaget, en af ​​elektroderne er lavet af rent sølv, hvor der skal påføres en høj spænding for sputterforhold. Alligevel, filmaflejringen sker nær stuetemperatur, hvilket tillader behandling af temperaturfølsomme materialer.

Empa-forskerne varierede forskellige procesparametre såsom forholdet mellem de to gasser og effekttilførslen. De opdagede, at hæve forholdet mellem CO ₂ til C ₂ H ₄ fører til en stigning af den inkorporerede mængde sølv i belægningen samt til mindre, mere homogent fordelte partikler. Nanometer-størrelse, velfordelte sølvpartikler har et væsentligt større overfladeareal end, for eksempel, et lag af rent sølv. Forøgelse af indgangseffekten resulterer også i en højere inkorporering af sølv og øger samtidig størrelsen af ​​de inkorporerede sølvpartikler. Endelig, forskerne undersøgte mængden af ​​frigivne sølvioner af forskellige belægninger over forskellige tidsperioder. De opnåede data blev evalueret i sammenhæng med de antibakterielle og celletestresultater. Et interval kunne således bestemmes for sølv nanokompositbelægningerne inden for de viste antibakterielle egenskaber og blev alligevel fundet at være cytokompatible (dvs. venlige over for celler).

Disse resultater kan bruges til at overføre deponeringsprocessen fra laboratorieskalaen til Empas interne pilotanlæg, det første skridt mod industriel produktion af de skræddersyede antibakterielle belægninger. Ud over, forskerholdet forsøger at skabe belægninger med gradienter i sølvkoncentrationen, der muliggør kontrolleret frigivelse af sølvioner over en vis tidsperiode. Et polymerdæklag vil derved hjælpe menneskeceller til at vokse optimalt på den antibakterielle belægning.