Studies on Silver Ions Releasing Processes and Mechanical Properties of Surface-Modified Titanium Alloy Implants - Publikacja - MOST Wiedzy


Studies on Silver Ions Releasing Processes and Mechanical Properties of Surface-Modified Titanium Alloy Implants


Dispersed silver nanoparticles (AgNPs) on the surface of titanium alloy (Ti6Al4V) and titanium alloy modified by titania nanotube layer (Ti6Al4V/TNT) substrates were produced by the chemical vapor deposition method (CVD) using a novel precursor of the formula [Ag5(O2CC2F5)5(H2O)3]. The structure and volatile properties of this compound were determined using single crystal X-ray diffractometry, variable temperature IR spectrophotometry (VT IR), and electron inducted mass spectrometry (EI MS). The morphology and the structure of the produced Ti6Al4V/AgNPs and Ti6Al4V/TNT/AgNPs composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Moreover, measurements of hardness, Young’s modulus, adhesion, wettability, and surface free energy have been carried out. The ability to release silver ions from the surface of produced nanocomposite materials immersed in phosphate-buffered saline (PBS) solution has been estimated using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The results of our studies proved the usefulness of the CVD method to enrich of the Ti6Al4V/TNT system with silver nanoparticles. Among the studied surface-modified titanium alloy implants, the better nano-mechanical properties were noticed for the Ti6Al4V/TNT/AgNPs composite in comparison to systems non-enriched by AgNPs. The location of silver nanoparticles inside of titania nanotubes caused their lowest release rate, which may indicate suitable properties on the above-mentioned type of the composite for the construction of implants with a long term antimicrobial activity.


  • 7


  • 0

    Web of Science

  • 4


Autorzy (7)

Informacje szczegółowe

Publikacja w czasopiśmie
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
ISSN: 1422-0067
Rok wydania:
Opis bibliograficzny:
Radtke, A., Grodzicka, M., Ehlert, M., Muzioł, T., Szkodo M., Bartmański M., Piszczek, P.: Studies on Silver Ions Releasing Processes and Mechanical Properties of Surface-Modified Titanium Alloy Implants// INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES. -Vol. 19, (2018), s.1-20
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/ijms19123962
Bibliografia: test
  1. Vorndran, E.; Moseke, C.; Gbureck, U. 3D printing of ceramic implants. MRS Bull. 2015, 40, 127-136, doi:10.1557/mrs.2015.326. otwiera się w nowej karcie
  2. lmquist, A.; Omar, O.M.; Esposito, M.; Lausmaa, J.; Thomsen, P. Titanium oral implants: Surface characteristics, interface biology and clinical outcome. J. Roy. Soc. Interface 2010, 7, 515-527, doi:10.1098/rsif.2010.0118.focus. otwiera się w nowej karcie
  3. Streckbein, P.; Streckbein, R.G.; Wilbrand, J.F.; Malik, C.Y.; Schaaf, H.; Howaldt, H.P.; Flach, M. Non-linear 3D Evaluation of Different Oral Implant-Abutment Connections. J. Dent. Res. 2012, 91, 1184-1189, doi:10.1177/0022034512463396. otwiera się w nowej karcie
  4. Dekker, T.J.; Steele, J.R.; Federer, A.E.; Hamid, K.S.; Adams, S.B. Use of Patient-Specific 3D-Printed Titanium Implants for Complex Foot and Ankle Limb Salvage, Deformity Correction, and Arthrodesis Procedures. Foot Ankle Int. 2018, 36, 1-6, doi:10.1177/1071100718770133. otwiera się w nowej karcie
  5. Tedesco, J.; Lee, B.E.J.; Lin, A.Y.W.; Binkley, D.M.; Delaney, K.H.; Kwiecien, J.M.; Grandfield, K. Osseointegration of a 3D Printed Stemmed Titanium Dental Implant: A Pilot Study. Int. J. Dent. 2017, 2017, 1-11, doi:10.1155/2017/5920714. otwiera się w nowej karcie
  6. Shirazi, S.F.S.; Gharehkhani, S.; Mehrali, M.; Yarmand, H.; Metselaar, H.S.C.; Kadri, N.A.; Osman, N.A.A. A review on powder-based additive manufacturing for tissue engineering: Selective laser sintering and inkjet 3D printing. J. Sci. Technol. Adv. Mater. 2015, 16, 1-20, doi:10.1088/1468-6996/ 16/3/033502. otwiera się w nowej karcie
  7. Tran, Q.H.; Nguyen, V.Q.; Le, A.T. Silver nanoparticles: Synthesis, properties, toxicology, applications and perspectives. Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. 2013, 4, 1-20, doi:10.1088/2043-6262/4/3/033001. otwiera się w nowej karcie
  8. Kang, C.G.; Park, Y.B.; Choi, H.; Oh, S.; Lee, K.W.; Choi, S.H.; Shim, J.S. Osseointegration of Implants Surface-Treated with Various Diameters of TiO2 Nanotubes in Rabbit. J. Nanomater. 2015, 2015, 1-11, doi:10.1155/2015/634650. otwiera się w nowej karcie
  9. Piszczek, P.; Lewandowska, Ż.; Radtke, A.; Jedrzejewski, T.; Kozak, W.; Sadowska, B.; Szubka, M.; Talik, E.; Fiori, F. Biocompatibility of Titania Nanotube Coatings Enriched with Silver Nanograins by Chemical Vapor Deposition. Nanomaterials 2017, 7, 1-19, doi:10.3390/nano7090274. otwiera się w nowej karcie
  10. Radtke, A.; Topolski, A.; Jędrzejewski, T.; Kozak, W.; Sadowska, B.; Więckowska-Szakiel, M.; Szubka, M.; Talik, E.; Nielsen, L.P.; Piszczek, P. The Bioactivity and Photocatalytic Properties of Titania Nanotube Coatings Produced with the Use of the Low-Potential Anodization of Ti6Al4V Alloy Surface. Nanomaterials 2017, 7, 1-15, doi:10.3390/nano7080197. otwiera się w nowej karcie
  11. Zhao, L.; Chu, P.K.; Zhang, Y.; Wu, Z. Antibacterial Coatings on Titanium Implants. J. Biomed. Mater. Res. 2009, 91, 470-480, doi:10.1002/jbm.b.31463. otwiera się w nowej karcie
  12. Costerton, J.W.; Montanaro, L.; Arciola, C.R. Biofilm in implant infections: Its production and regulation. Int. J. Artif. Organs 2005, 28, 1062-1068, doi:10.1177/039139880502801103. otwiera się w nowej karcie
  13. Fürst, M.M.; Salvi, G.E.; Lang, N.P.; Persson, G.R. Bacterial colonization immediately after installation on oral titanium implants. Clin. Oral Implants Res. 2007, 18, 501-508, doi:10.1111/j.1600-0501.2007. 01381.x. otwiera się w nowej karcie
  14. Fielding, G.A.; Roy, M.; Bandyopadhyay, A.; Bose, S. Antibacterial and biological characteristics of silver containing and strontium doped plasma sprayed hydroxyapatite coatings. Acta Biomater. 2012, 8, 3144- 3152, doi:10.1016/j.actbio.2012.04.004. otwiera się w nowej karcie
  15. Milić, M.; Leitinger, G.; Pavičić, I.; Avdičević, M.Z.; Dobrović, S.; Goessler, W.; Vrček, I.V. Cellular uptake and toxicity effects of silver nanoparticles in mammalian kidney cells. J. Appl. Toxicol. 2015, 35, 581-592, doi:10.1002/jat.3081. otwiera się w nowej karcie
  16. Feng, Q.L.; Wu, J.; Chen, G.Q.; Cui, F.Z.; Kim, T.N.; Kim, J.O. A mechanistic study of the antibacterial effect of silver ions on Escherichia coli and Staphylococcus aureus. J. Biomed. Mater. Res. 2000, 52, 662-668, doi:10.1002/1097-4636(20001215). otwiera się w nowej karcie
  17. Marambio-Jones, C.; Hoek, E.M.V. A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. J. Nanopart. Res. 2010, 12, 1531-1551, doi:10.1007/s11051-010-9900-y. otwiera się w nowej karcie
  18. Dastjerdi, R.; Montazer, M. A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: Focus on antimicrobial properties. Colloids Surf B Biointerfaces 2010, 79, 5-18, doi:10.1016/j.colsurfb.2010.03.029. otwiera się w nowej karcie
  19. Rai, M.K.; Deshmukh, S.D.; Ingle, A.P.; Gade, A.K. Silver nanoparticles: The powerful nanoweapon against multidrug-resistant bacteria. J. Appl. Microbiol. 2012, 112, 841-852, doi:10.1111/j.1365-2672.2012.05253.x. otwiera się w nowej karcie
  20. Franci, G.; Falanga, A.; Galdiero, S.; Palomba, L.; Rai, M.; Morelli, G.; Galdiero, M. Silver nanoparticles as potential antibacterial agents. Molecules 2015, 20, 8856-8874, doi:10.3390/molecules20058856. otwiera się w nowej karcie
  21. Santillána, M.J.; Quarantab, N.E.; Boccaccinic, A.R. Titania and titania-silver nanocomposite coatings grown by electrophoretic deposition from aqueous suspensions. Surface Coat. Technol. 2010, 205, 2562-2571, doi:10.1016/j.surfcoat.2010.10.001. otwiera się w nowej karcie
  22. Akhavan, O.; Ghaderi, E. Self-accumulated Ag nanoparticles on mesoporous TiO2 thin film with high bactericidal activities. Surface Coat. Technol. 2010, 204, 3676-3683, doi:10.1016/j.surfcoat.2010.04.048. otwiera się w nowej karcie
  23. Yates, H.M.; Brook, L.A.; Sheel, D.W. Photoactive Thin Silver Films by Atmospheric Pressure CVD. Int. J. Photoenergy 2008, 1-8, doi:10.1155/2008/870392. otwiera się w nowej karcie
  24. Golrokhi, Z.; Chalker, S.; Sutcliffe, C.J.; Potter, R.J. Self-limiting atomic layer deposition of conformal nanostructured silver films. Appl. Surface Sci. 2016, 364, 789-797, doi:10.1016/j.apsusc.2015.12.127. otwiera się w nowej karcie
  25. Grodzicki, A.; Łakomska, I.; Piszczek, P.; Szymańska, I.; Szłyk, E. Copper(I), silver(I) and gold(I) carboxylate complexes as precursors in chemical vapour deposition of thin metallic films. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 2232-2258, doi:10.1016/j.ccr.2005.05.026. otwiera się w nowej karcie
  26. Dryden, N.H.; Vittal, J.J.; Puddephatt, R.J. New precursors for chemical vapor deposition of silver. Chem. Mater. 1993, 5, 765-766, doi:10.1021/cm00030a008. otwiera się w nowej karcie
  27. Piszczek, P.; Szłyk, E.; Chaberski, M.; Taeschner, C.; Leonhardt, A.; Bała, W.; Bartkiewicz, K. Characterization of Silver Trimethylacetate Complexes with Tertiary Phosphines as CVD Precursors of Thin Silver Films. Chem. Vap. Depos. 2005, 11, 53-59, doi:10.1002/cvde.200406323. otwiera się w nowej karcie
  28. Szłyk, E.; Piszczek, P.; Chaberski, M.; Goliński, A. Studies of thermal decomposition process of Ag(I) perfluorinated carboxylates with temperature variable IR and MS. Polyhedron 2001, 20, 2853-2861, doi:10.1016/S0277-5387(01)00898-1. otwiera się w nowej karcie
  29. Szłyk. E.; Piszczek, P.; Grodzicki, A.; Chaberski, M.; Goliński, A.; Szatkowski, J.; Błaszczyk, T., CVD of AgI Complexes with tertiary Phosphines and Perfluorinated Carboxylates-A New Class of Silver Precursors. Chem. Vap. Dep. 2001, 7, 1-6. otwiera się w nowej karcie
  30. Lutz H.D. Bonding and structure of water molecules in solid hydrates. Correlation of spectroscopic and structural data. In Solid Materials; Structure and Bonding; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 1988; Volume 69, pp. 97-125. otwiera się w nowej karcie
  31. Lewandowska, Ż.; Piszczek, P.; Radtke, A.; Jędrzejewski, T.; Kozak, W.; Sadowska, B., The evaluation of the impact of titania nanotube covers morphology and crystal phase on their biological properties. J. Mater. Sci. 2015, 26, 163, doi:10.1007/s10856-015-5495-2. otwiera się w nowej karcie
  32. Brammer, K.S.; Oh, S.; Cobb, C.J.; Bjursten, L.M.; van der Heyde H.; Jin S. Improved bone forming functionality on diameter-controlled TiO2 nanotube surface. Acta Biomater. 2009, 5, 215-3223, doi:10.1016/j.actbio.2009.05.008. otwiera się w nowej karcie
  33. Caihong, L.; Jiang, W.; Xiaoming, L. A visible-light-controlled platform for prolonged drug release based on Ag-doped TiO2 nanotubes with a hydrophobic layer. Beilstein J. Nanotechnol. 2018, 9, 1793-1801, doi:10.3762/bjnano.9.170. otwiera się w nowej karcie
  34. Piszczek, P.; Radtke, A. Silver Nanoparticles Fabricated Using Chemical Vapor Deposition and Atomic Layer Deposition Techniques: Properties. Applications and Perspectives: Review. In Noble and Precious Metals; otwiera się w nowej karcie
  35. Seehra, M.S., Bristow, A.D., Ed., IntechOpen: London, UK, 2018; Chapter 9, pp. 187-213, ISBN 978- 1-78923-292-9.
  36. Antoci, V., Jr.; Adams, C.S.; Parvizi, J.; Davidson, H.M.; Composto, R.J.; Freeman, T.A.; Wickstrom, E.; Ducheyne, P.; Jungkind, D.; Shapiro, I.M.; et al. The inhibition of Staphylococcus epidermidis biofilm formation by vancomycin-modified titanium alloy and implications for the treatment of periprosthetic infection. Biomaterials 2008, 29, 4684-4690, doi:10.1016/j.biomaterials.2008.08.016. otwiera się w nowej karcie
  37. Zaho, C.; Feng, B.; Li, Y.; Tan, J.; Lu, X.; Weng, J. Preparation and antibacterial activity of titanium nanotubes loaded with Ag Nanoparticles in the dark and under the UV light. Appl. Surface Sci. 2013, 280, 8-14, doi:10.1016/j.apsusc.2013.04.057. otwiera się w nowej karcie
  38. Von Wilmowsky, C.; Bauer, S.; Lutz, R.; Meisel, M.; Neukam, F.W.; Toyoshima, T.; Schmuki, P.; Nkenke E.,; otwiera się w nowej karcie
  39. Schlegel, K.A. In vivo evaluation of anodic TiO2 nanotubes: An experimental study in the pig. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 2008, 89B, 165-171, doi:10.1002/jbm.b.31201. otwiera się w nowej karcie
  40. Kim, D.; Lee, K.; Roy, P.; Birajdar, B.I.; Spiecker, E.; Schmuki P. Formation of a Non-Thickness-Limited Titanium Dioxide Mesosponge and its Use in Dye-Sensitized Solar Cells. Angew. Chem. 2009, 121, 9490- 9493, doi:10.1002/anie.200904455. otwiera się w nowej karcie
  41. Lee, K.; Kim, D.; Roy, P.; Paramasivam, I.; Birajdar, B.I.; Spiecker, E.; Schmuki, P. Anodic Formation of Thick Anatase TiO2 Mesosponge Layers for High-Efficiency Photocatalysis. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1478-1479, doi:10.1021/ja910045x. otwiera się w nowej karcie
  42. Regonini, D.; Satka, A.; Jaroenworaluck, A.; Allsopp, D.W.E.; Bowen, C.R.; Stevens, R. Factors influencing surface morphology of anodized TiO2 nanotubes. Electrochim. Acta 2012, 74, 244-253, doi:10.1016/j.electacta.2012.04.076. otwiera się w nowej karcie
  43. Macak, J.M.; Hildebrand, H.; Marten-Jahns, U.; Schmuki, P. Mechanistic aspects and growth of large diameter self-organized TiO2 nanotubes. J. Electroanal. Chem. 2008, 621 254-266, doi:10.1016/j.jelechem.2008.01.005. otwiera się w nowej karcie
  44. Bauer, S.; Kleber, S.; Schmuki, P. TiO2 nanotubes: Tailoring the geometry in H3PO4/HF electrolytes. Electrochem. Commun. 2006, 8, 1321-1325, doi:10.1016/j.elecom.2006.05.030. otwiera się w nowej karcie
  45. Kar, A.; Raja, K.S.; Misra, M., Electrodeposition of hydroxyapatite onto nanotubular TiO2 for implant applications. Surface Coatings Technol. 2006, 201, 3723-3731, doi:10.1016/j.surfcoat.2006.09.008. otwiera się w nowej karcie
  46. Xiong, J.; Wang, Y.; Li, Y.; Hodgson P. Phase transformation and thermal structure stability of titania nanotube films with different morphologies. Thin Solid Films 2012, 526, 116-119, doi:10.1016/j.tsf.2012.11.027. otwiera się w nowej karcie
  47. Yang, B.; Ng, C.K.; Fung, M.K.; Ling, C.C.; Djurišić, A.B.; Fung, S. Annealing study of titanium oxide nanotube arrays. Mater. Chem. Phys. 2011, 130, 1227-1231, doi:10.1016/j.matchemphys.2011.08.063. otwiera się w nowej karcie
  48. Kaczmarek, D.; Domaradzki, J.; Wojcieszak, D.; Prociow, E.; Mazur, M.; Placido, F.; Lapp, S. Hardness of Nanocrystalline TiO2 Thin Films. J. Nano Res. 2012, 18-19, 195-200, doi:10.4028/JNanoR.18-19.195. otwiera się w nowej karcie
  49. Wojcieszak, D.; Mazur, M.; Indyka, J.; Jurkowska, A.; Kalisz, M.; Domanowski, P.; Kaczmarek, D.; Domaradzki, J. Mechanical and structural properties of titanium dioxide deposited by innovative magnetron sputtering process. Mater. Sci.-Poland 2015, 33, 660-668, doi:10.1515/msp-2015-0084. otwiera się w nowej karcie
  50. Oh, K.; Lee, K.; Choi, J. Influence of geometry and crystal structures of TiO2 nanotubes on micro Vickers hardness. Mater. Lett. 2017, 192, 137-141, doi:10.1016/j.matlet.2016.12.040. otwiera się w nowej karcie
  51. Munirathinam, B.; Neelakantan, L. Role of crystallinity on the nanomechanical and electrochemical properties of TiO2 nanotubes. J. Electroanal. Chem. 2016, 770, 73-83, doi:10.1016/j.jelechem.2016.03.032. otwiera się w nowej karcie
  52. Sheldrick, G.M. Crystal structure refinement with SHELXL. Acta Cryst. 2015, C71, 3-8, doi:10.1107/S2053229614024218. otwiera się w nowej karcie
  53. Brandenburg, K. DIAMOND, Release 2.1e.; Crystal Impact GbR: Bonn, Germany, 2001.
  54. Farrugia, L.J.J. Appl. Crystallogr. 2012, 45, 849-854, doi:10.1107/S0021889812029111. otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
  • Działalność statusowa
Politechnika Gdańska

wyświetlono 23 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi