Recubrimientos de zeína cargados con nanopartículas de vidrio bioactivo mesoporoso dopado con Zn-Mn para implantes ortopédicos bioactivos y antibacterianos
Autores: Batool, Syeda Ammara; Ahmad, Khalil; Irfan, Muhammad; Ur Rehman, Muhammad Atiq
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
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Citaciones: Sin citaciones
En los últimos años, los polímeros naturales han reemplazado a los polímeros sintéticos para aplicaciones ortopédicas antibacterianas debido a su excelente biocompatibilidad y biodegradabilidad. La zeína es un biopolímero que se encuentra en el maíz. La falta de estabilidad mecánica de la zeína se supera incorporando biocerámicas, por ejemplo, nanopartículas de vidrio bioactivo mesoporoso (MBGNs). En el presente estudio, se depositaron recubrimientos de zeína pura y compuestos de zeína/Zn-Mn MBGN mediante deposición electroforética (EPD) sobre acero inoxidable 316L (SS). El Zn y el Mn fueron co-drogados en los MBGNs para aprovechar su potencial antibacteriano y osteogénico, respectivamente. Se estableció un estudio de diseño de experimentos (DoE) de Taguchi para evaluar el efecto de varios parámetros de trabajo sobre la morfología de los recubrimientos. Se observó que los recubrimientos depositados a 20 V durante 5 minutos con una concentración (conc.) de 4 g/L de Zn-Mn MBGNs mostraron el mayor rendimiento de deposición. Se obtuvieron recubrimientos uniformes con MBGNs altamente dispersos adoptando estos parámetros optimizados. Se emplearon microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de energía dispersiva (EDS), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para investigar la morfología y la composición elemental de los recubrimientos compuestos de zeína/Zn-Mn MBGN. Las propiedades de superficie, es decir, el análisis de rugosidad del recubrimiento y la humectabilidad, concluyeron que los recubrimientos compuestos eran apropiados para la adhesión y proliferación celular. Para la resistencia a la adhesión, se realizaron varias técnicas, incluyendo una prueba de cinta, prueba de flexión, prueba de dureza de lápiz y prueba de tracción. El análisis de desgaste y corrosión destacó la estabilidad mecánica y química de los recubrimientos. La prueba de unidades formadoras de colonias (CFU) mostró que el recubrimiento compuesto de zeína/Zn-Mn era altamente efectivo contra () y () debido a la presencia de Zn. La formación de una estructura similar a la hidroxiapatita (HA) al sumergirse en el fluido corporal simulado (SBF) validó la bioactividad in vitro del recubrimiento. Además, un ensayo WST-8 mostró que las células MG-63 proliferan sobre el recubrimiento compuesto. Se concluyó que el recubrimiento de zeína/Zn-Mn MBGN sintetizado en este trabajo puede ser utilizado para aplicaciones ortopédicas bioactivas y antibacterianas.
Descripción
En los últimos años, los polímeros naturales han reemplazado a los polímeros sintéticos para aplicaciones ortopédicas antibacterianas debido a su excelente biocompatibilidad y biodegradabilidad. La zeína es un biopolímero que se encuentra en el maíz. La falta de estabilidad mecánica de la zeína se supera incorporando biocerámicas, por ejemplo, nanopartículas de vidrio bioactivo mesoporoso (MBGNs). En el presente estudio, se depositaron recubrimientos de zeína pura y compuestos de zeína/Zn-Mn MBGN mediante deposición electroforética (EPD) sobre acero inoxidable 316L (SS). El Zn y el Mn fueron co-drogados en los MBGNs para aprovechar su potencial antibacteriano y osteogénico, respectivamente. Se estableció un estudio de diseño de experimentos (DoE) de Taguchi para evaluar el efecto de varios parámetros de trabajo sobre la morfología de los recubrimientos. Se observó que los recubrimientos depositados a 20 V durante 5 minutos con una concentración (conc.) de 4 g/L de Zn-Mn MBGNs mostraron el mayor rendimiento de deposición. Se obtuvieron recubrimientos uniformes con MBGNs altamente dispersos adoptando estos parámetros optimizados. Se emplearon microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de energía dispersiva (EDS), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para investigar la morfología y la composición elemental de los recubrimientos compuestos de zeína/Zn-Mn MBGN. Las propiedades de superficie, es decir, el análisis de rugosidad del recubrimiento y la humectabilidad, concluyeron que los recubrimientos compuestos eran apropiados para la adhesión y proliferación celular. Para la resistencia a la adhesión, se realizaron varias técnicas, incluyendo una prueba de cinta, prueba de flexión, prueba de dureza de lápiz y prueba de tracción. El análisis de desgaste y corrosión destacó la estabilidad mecánica y química de los recubrimientos. La prueba de unidades formadoras de colonias (CFU) mostró que el recubrimiento compuesto de zeína/Zn-Mn era altamente efectivo contra () y () debido a la presencia de Zn. La formación de una estructura similar a la hidroxiapatita (HA) al sumergirse en el fluido corporal simulado (SBF) validó la bioactividad in vitro del recubrimiento. Además, un ensayo WST-8 mostró que las células MG-63 proliferan sobre el recubrimiento compuesto. Se concluyó que el recubrimiento de zeína/Zn-Mn MBGN sintetizado en este trabajo puede ser utilizado para aplicaciones ortopédicas bioactivas y antibacterianas.