NATURE I Ni-Ti合金上氧化石墨烯/银涂层的耐蚀性及人成纤维细胞中IL-6和IL-8的表达

2021-05-28 10:33:03, Park原子力显微镜 Park帕克原子力显微镜

NATURE SCIENTIFIC REPORTS

Ni-Ti合金上氧化石墨烯/银涂层的耐蚀性及人成纤维细胞中IL-6和IL-8的表达

Corrosion Resistance of Graphene oxide/Silver Coatings on Ni–Ti alloy and Expression of IL-6 and IL-8 in Human Oral Fibroblasts

作者：Viritpon Srimaneepong, Dinesh Rokaya, Pasutha Thunyakitpisal, Jiaqian Qin & Kanokwan Saengkiettiyut

Scientific Reports volume 10, Article number : 3247 (2020)

镍钛（NiTi）合金由于超弹性和形状记忆的特殊性能而被广泛使用。NiTi合金的常见生物医学应用包括血管支架，U型钉，导管导丝，正畸丝和牙髓器械。但是，与不锈钢，钴铬合金或β-钛相比，NiTi合金会表现出腐蚀作用，并且会释放Ni和Ti离子。已经发现，尽管腐蚀的环境中Ni离子的释放量随时间的减少而减少，但在腐蚀环境中仍能从牙科合金中大量释放Ni和Ti离子。另一项研究发现，镍的浸出发生在放置正畸齿弓丝，齿带和托槽之后，并且与患者唾液中的镍离子浓度升高有关，持续了10周，然后缓慢下降。这些离子会在人体中引起异物反应，过敏和不良反应，例如口腔炎，灼热感，角性唇炎和味觉丧失。同样，Ni和Co和Cr仍然是由于金属敏化而导致手术植入失败的最常见金属。因此，表面改性或涂层在表面改善和减少腐蚀和身体反应方面具有重要作用。尽管已经在NiTi合金上尝试了各种聚合物涂层，但始终很难成功地制成涂层。石墨烯是sp 2碳原子的薄片，其产生2-D六角形蜂窝结构。石墨烯基材料（GBM）已用于制造各种纳米复合涂层，以改善表面和机械性能，例如强度，耐用性，耐腐蚀性，稳定性和耐磨性。重要的是，基于石墨烯的纳米复合材料的抗腐蚀性能可用于生物医学应用，例如金属丝，假体和支架。可以将石墨烯与各种元素和聚合物混合，以生产用于环境，抗菌，生物传感器和涂料应用的纳米复合材料。电泳沉积（EPD）是一种流行的技术，可生产出具有优异机械性能和表面性能的石墨烯复合材料薄均匀涂层，适用于各种应用。

就生物相容性而言，细胞因子与炎症过程和免疫系统的调节有关。免疫系统的重要组成部分之一是白介素（IL）-6和IL-8。IL-6是既有先天免疫又有后天免疫的细胞因子，其主要细胞作用是刺激B淋巴细胞的生长，从而分化为产生抗体的细胞。IL-8在炎性部位充当中性粒细胞的化学吸引剂。酶联免疫吸附测定（ELISA）是一种测量大分子蛋白质和多糖的特异性，精确和便捷的方法。这项研究的目的是通过电泳沉积研究氧化石墨烯（GO）和GO /银（GO / Ag）纳米复合涂层镍钛（NiTi）合金的耐蚀性并进行评估，以评估人类纸浆成纤维细胞的生存能力（ HPF）以及IL-6和IL-8表达水平。

NiTi合金在人体中会受到腐蚀，由于生理水环境而释放出Ni和Ti离子。GBM已被用作研究潜在的涂料材料，并通过多种技术对各种金属（例如Cu，Zn，Ti和NiTi）进行了研究，发现它们对于防止腐蚀具有重要的作用。在本研究中，将GO和GO / Ag用作NiTi合金上的薄的，具有生物相容性的抗菌涂层材料。原子级平滑的石墨烯和GO已被用作惰性和生物相容性表面涂层材料，并具有改善植入物特性的潜力，例如支架，假体植入物和正畸丝。研究概述如图1所示。NiTi合金基板上镀有GO涂层和GO / Ag涂层。通过原子力显微镜对涂层进行表征，结合各种实验测试其耐腐蚀性，生物相容性和免疫应答。

图1. 研究概述

在图2中显示了裸露的NiTi合金，GO涂层的NiTi和GO / Ag涂层的NiTi合金的扫描电子显微镜（SEM）图像，能量色散X射线光谱（EDS）分析和原子力显微镜（AFM）图像。GO涂层合金和GO / Ag涂层基材的SEM图像显示出光滑均匀的形态。镍离子在人体中引起DNA损伤和细胞毒性，钛离子对人原代羊膜细胞具有诱变作用。EDS分析的结果表明，与裸露的NiTi合金相比，GO涂层和GO/Ag涂层NiTi释放的Ni和Ti离子减少。这意味着GO涂层和GO/Ag涂层可以提高生物相容性，并减少这些金属离子从NiTi合金中的释放。由于单层石墨烯和GO的厚度可以在0.5到2nm之间变化，在我们的研究中，NiTi合金上的GO涂层和GO / Ag涂层是多层的，GO / Ag涂层由GO和Ag的混合物（纳米复合材料）组成。

图2.（a – c）SEM图像，（d – f）EDS分析和（g – |）AFM图像分别是裸露的NiTi，GO涂层的NiTi和GO / Ag涂层的NiTi合金

AFM测量的结果可以确定，表面粗糙度（Ra）对于裸露的NiTi为7.55±1.7，对于GO涂覆的NiTi为11.67±2.03，对于GO / Ag涂层NiTi合金为18.43±2.43nm。发现裸镍钛合金的Ra约为1.7±0.1 nm。

对GO涂层和GO / Ag涂层进行表征的工具是Park公司的NX10 原子力显微镜。

NX10型原子力显微镜简介：

NX10型原子力显微镜是Park原子力显微镜公司最经典的一款原子力显微镜，这是一款全自动的原子力显微镜系统，扫描分辨率达到了0.02nm，集成了PARK公司专利技术“非接触式工作模式”“智能扫描模式”“基于压电陶瓷堆积技术的平板扫描器”，并标配快速扫描模式，变速扫描模式，加上可选功能模块，使得NX10型原子力显微镜被广泛用于物理，化学，生物，医药学，细胞学，电学，力学，半导体，磁学等方向的研究。

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Srimaneepong, V., Rokaya, D., Thunyakitpisal, P. et al. Corrosion Resistance of Graphene oxide/Silver Coatings on Ni–Ti alloy and Expression of IL-6 and IL-8 in Human Oral Fibroblasts. Sci Rep 10,3247 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-60070-x