Polymers in Medicine

Polim. Med.
Index Copernicus (ICV 2021) – 120.65
MNiSW – 70
Average rejection rate – 27.13%
ISSN 0370-0747 (print)
ISSN 2451-2699 (online) 
Periodicity – biannual

Download PDF

Polymers in Medicine

2013, vol. 43, nr 3, July-September, p. 141–146

Publication type: original article

Language: Polish

Wpływ dodatków Cu i Nb na właściwości powierzchni właściwej oraz aktywność bakteriobójczą przezroczystych powłok cienkowarstwowych TiO2

Influence of Cu and Nb Additives on Specific Surface Properties and Biological Activity of Transparent TiO2 Thin-Film Coatings

Damian Wojcieszak1,B,C,D, Danuta Kaczmarek1,A,B,C,D,E,F, Bogdan Adamiak1,B,C, Jarosław Domaradzki1,B,C, Michał Mazur1,B,C, Dominika Jankowska1,B,C, Andrzej Gamian2,B,C, Aleksandra Antosiak2,B,C, Bogumiła Szponar2,B,C

1 Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Politechnika Wrocławska, Wrocław, Polska

2 Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej, Polska Akademia Nauk, Wrocław, Polska

Streszczenie

Wprowadzenie. Dwutlenek tytanu jest powszechnie stosowany jako materiał bakteriostatyczny i nietoksyczny. Dlatego bardzo ważne jest modyfikowanie jego właściwości, aby uzyskać większą aktywność biologiczną.
Cel pracy. Celem pracy było porównanie właściwości, powierzchni właściwej oraz aktywności biologicznej cienkich warstw TiO2 oraz TiO2 z dodatkiem niobu i miedzi – TiO2:(Nb,Cu).
Materiał i metody. Warstwy TiO2 i TiO2:(Nb,Cu) zostały wytworzone metodą wysokoenergetycznego rozpylania magnetronowego metalicznego targetu Ti–Nb–Cu w atmosferze tlenowej. Powłoki naniesione na podłoża szklane badano metodą transmisji światła oraz za pomocą profilometru optycznego. Wykonano także badania zwilżalności powierzchni i testy bakteriobójczości z udziałem bakterii typu Pseudomonas aeruginosa (PCM2058).
Wyniki. Na podstawie charakterystyk transmisji światła stwierdzono, że warstwa z dodatkiem niobu i miedzi miała mniejszą przezroczystość niż TiO2. Badania wykonane za pomocą profilometru optycznego pokazały, że powierzchnia wytworzonych powłok była jednorodna, a jej chropowatość wynosiła kilka nanometrów. Chropowatość TiO2:(Nb,Cu) była większa w porównaniu do TiO2. Z kolei pomiary zwilżalności pokazały, że dodatki (Nb,Cu) powodują znaczne zmniejszenie zwilżalności powierzchni w stosunku do TiO2 oraz zmianę właściwości hydrofilowych na hydrofobowe. Rezultaty badań mikrobiologicznych pokazały, że warstwa TiO2:(Nb,Cu) miała bardzo dobre właściwości bakteriobójcze, warstwa niedomieszkowanego TiO2 nie miała natomiast takich właściwości.
Wnioski. Analiza wszystkich wyników wykonanych badań świadczy o tym, że wytworzone cienkie warstwy TiO2:(Nb,Cu) z powodzeniem mogą znaleźć zastosowanie jako przezroczyste powłoki bakteriobójcze.

Abstract

Background. Titanium dioxide is widely used as a bacteriostatic and non-toxic material. It is important, therefore, to modify its properties, for greater biological activity.
Objectives. The aim of this study was comparison of the specific surface properties and the biological activity of TiO2 and TiO2 with niobium and copper additives – TiO2:(Nb,Cu) thin films. Materials and Methods. TiO2 and TiO2:(Nb,Cu) thin films were prepared by high-energy magnetron sputtering of metallic Ti-Nb-Cu target in oxygen atmosphere. Films that have been deposited on glass substrates were investigated by transmission method and with the aid of optical profiler transparent. Besides, wettability measurements and antibacterial testes with Pseudomonas aeruginosa (PCM2058) were performed.
Results. The light transmission characteristics have shown that the film with niobium and copper additives was less transparent than undoped titanium dioxide. Studies of surface geometric structure, performed with the aid of optical profilometer, have shown that coatings were uniform and the surface roughness had several nanometers. The roughness of TiO2:(Nb, Cu) was higher compared to the film of undoped TiO2. The wettability measurements have shown that (Nb, Cu) additives cause a significant reduction in the degree of surface wettability relative to TiO2 and the change of properties from hydrophilic to hydrophobic. The results of the microbiological tests have shown that the TiO2:(Nb, Cu) film had a very good antibacterial properties, while the undoped TiO2 did not exhibit such properties.
Conclusion. The analysis of all results of carried investigations has shown that manufactured TiO2:(Nb,Cu) thin films can be used as a transparent antibacterial coating.

Słowa kluczowe

cienka warstwa, dwutlenek tytanu, powłoka bakteriobójcza, zwilżalność powierzchni

Key words

thin film, titanium dioxide, antibacterial coating, surface wettability

References (13)

  1. Bieber H., Gilliot P., Gallart M., Keller N., Keller V., Begin-Colin S., Pighini C., Millot N.: Temperature dependent photoluminescence of photocatalytically active titania nanopowders. Catal. Today 2007, 122, 101–108.
  2. Chen L., Graham M.E., Li G., Gray K.A.: Fabricating highly active mixed phase TiO2 photocatalysts by reactive DC magnetron sputter deposition. Thin Solid Films 2006, 515, 1176–1181.
  3. Chen T.L., Furubayashi Y., Hirose Y., Hitosugi T., Shimada T., Hasegawa T.: Anatase phase stability and doping concentration dependent refractivity in codoped transparent conducting TiO2 films. J. Appl. Physics D 2007, 40, 5961–5964.
  4. Chiou C.H., Wu C.Y., Juang R.S.: Influence of operating parameters on photocatalytic degradation of phenol in UV/TiO2 process. Chem. Engineer. J. 2008, 139, 322–329.
  5. Domaradzki J.: Powłoki optyczne na bazie TiO2. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2010.
  6. Frindell K.L., Bartl M.H, Robinson M.R., Bazan G.C., Popitsch A., Stucky G.D.: Visible and near-IR luminescence via energy transfer in rare earth doped mesoporous titania thin films with nanocrystalline walls. J. Solid State Chem. 2003, 172, 81–88.
  7. Fujishima A., Rao T.N., Tryk D.A. Titanium dioxide photocatalysis. J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2000, 1, 1–21.
  8. Kawakami H., Yoshida K., Nishida Y., Kikuchi Y., Sato Y.: Antibacterial properties of metallic elements for alloying evaluated with application of JIS Z 2801:2000. ISIJ Int. 2008, 48, 9, 1299–1304.
  9. Ranella A., Barberoglou M., Bakogianni S., Fotakis C., Stratakis E.: Tuning cell adhesion by controlling the roughness and wettability of 3D micro/nano silicon structures. Acta Biomater. 2010, 6, 2711–2720.
  10. Wojcieszak D., Kaczmarek D., Domaradzki J., Prociów E., Morawski A.W., Janus M.: Photocatalytic properties of nanocrystalline TiO2 thin films doped with Tb. Central Eur. J. Physics 2011, 9, 2, 354–359.
  11. Kaczmarek D., Wojcieszak D., Domaradzki J., Prociów E., Placido F., Lapp S., Dylewicz R. Influence of nanocrystalline structure and composition on hardness of thin films based on TiO2. Central Eur. J. Physics 2011, 9, 2, 349–353.
  12. Borkow G., Gabbay J.: Copper as a biocidal tool. J. Cur. Med. Chem. 2005, 12, 2163–2175.
  13. Sreethawong T., Ngamsinlapasathian S., Lim S.H., Yoshikawa S.: Investigation of thermal treatment effect on physicochemical and photocatalytic H2 production properties of mesoporous-assembled Nb2O5 nanoparticles synthesized via a surfactantmodified sol–gel method. Chem. Engineer. J. 2013, 215–216, 322–330.