1. FKKT
  2. Laboratoriji
  3. Laboratorij za analizno kemijo in industrijsko analizo
  4. Raziskovalni programi in projekti
  5. Raziskovalni projekti, financirani s strani ARIS
  6. J1-9169

J1-9169

Oznaka in naziv projekta

J1-9169 Večfunkcionalne bioaktivne prevleke na različnih substratih za biomedicinske aplikacije

Projektna skupina

Vodja projekta: izr. prof. dr. Matjaž Finšgar

Sodelujoče raziskovalne organizacije:

  1. Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru
  2. Medicinska fakulteta Univerze v Mariboru
  3. Fakulteta za strojništvo Univerze v Mariboru
  4. Univerza v Novi Gorici

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/17271

Vsebinski opis projekta

V okviru projekta z naslovom Večfunkcionalne bioaktivne prevleke na različnih substratih za biomedicinske aplikacije razvijamo nove analitske pristope za analizo na novo zasnovanih bioaktivnih prevlek iz različnih kombinacij naravno prisotnih polisaharidov in/ali sintetičnih polimerov na medicinskem nerjavnem jeklu in zlitini TiAlV, ki bodo izboljšale biokompatibilnost, bioaktivnost, trpežnost in korozijsko odpornost kovinskega materiala (substrata) ter bodo po svojih lastnostih boljše od najsodobnejših izdelkov, ki so trenutno prisotni na trgu.

Naš pristop omogoča zasnovo prevlek s prilagojeno hidrofilnostjo, protimikrobno in protivnetno aktivnostjo. S takšnimi lastnostmi spodbudimo sposobnost vezave materiala na okoliško kost in s tem vključitev vsadka (osteointegracijo). Gonilno silo za optimizacijo prevleke predstavlja podrobno razumevanje interakcij med kovino, polimeri, zdravilnimi učinkovinami, celicami in biološkim okoljem. Te interakcije so pogosto spregledane, vendar je njihova obsežna študija edini način za razumevanje obnašanja katerega koli umetnega materiala, ki je izpostavljen tako agresivnemu in zapletenemu okolju, kot je človeško telo. Oblikovanje in simulacija ciljne uporabe ter sistematično ocenjevanje učinkovitosti materialov v in vitro simuliranem okolju zato predstavlja sestavni del razvoja novih večfunkcionalnih bioaktivnih prevlek v tem projektu.

Informacije za poglobljeno razumevanje interakcij med funkcionaliziranim kovinskim materialom (substratom), večnamensko prevleko in biološkim okoljem (tkivom), ki je v stiku s funkcionaliziranim materialom, lahko pridobimo le z uporabo najsodobnejših interdisciplinarnih tehnik in pristopov za karakterizacijo. Zato pri našem delu uporabljamo kombinacijo metod z  različnih znanstvenih področij, kar nam daje veliko globlji vpogled v lastnosti novih materialov in njihove potencialne zmogljivosti. S tem razvijamo nove pristope za izboljšano vrednotenje rezultatov o varnosti in učinkovitosti kovinskih ortopedskih materialov na laboratorijski ravni.

Naše raziskave zajemajo naslednje stopnje:

  1. Pridobivanje podatkov o površinskih lastnostih novih večplastnih prevlek na kovinskem substratu s tehnikami AFM, FE-SEM, ToF-SIMS, XPS, EDX in meritvami omočitvenega kota. (Nabor naštetih tehnik prilagajamo glede na lastnosti posameznih materialov.)
  2. Ocenjevanje strukturnih značilnosti posameznih slojev z meritvami ATR-FTIR, pa tudi z BDS (angl. beam deflection spectrometry).
  3. Ocenjujevanje korozijske občutljivosti pripravljenih sistemov v simuliranem ciljnem okolju (NaCl, W= 0,9 %) z elektrokemijskimi meritvami, vključno z elektrokemijsko impedančno spektroskopija (EIS) in ciklično polarizacijo (CP).
  4. Ocenjevanje medsebojnega delovanja sistemov z relevantnimi človeškimi celicami (na osnovi MTT‑testa in angl. live/dead testa).
  5. Pridobivanje podatkov o sposobnosti sistemov za nadzorovano sproščanje zdravilne učinkovine z obsežnimi študijami in vitro sproščanja, pri čemer v vsakem koraku študije podatke temeljito statistično ovrednotimo.

Ugotovili smo, da predlagani pristop (kombinacija metod z različnih znanstvenih področij) daje veliko globlji vpogled v lastnosti novih materialov in njihove potencialne zmogljivosti. Čeprav bi seznam uporabljenih metod lahko še podaljšali, verjamemo, da je predstavljena kombinacija potrebna podlaga za analizo prevlek na kovinskih substratih za ortopedske vsadke, ki bi ga bilo v prihodnosti mogoče prenesti v klinično okolje. Pristopi, ki smo jih uporabljali za študij materialov, so temeljili na zgoraj opisanem, vendar smo jih smiselno prilagajali glede na značilnosti posameznih sistemov.

Menimo, da imajo večfunkcionalne bioaktivne prevleke, ki jih razvijamo v sklopu tega projekta, velik potencial za razvoj novih ortopedskih materialov, ki bodo imeli daljšo življenjsko dobo, boljšo sprejemljivost (zaradi zmanjšane možnosti okužb, stimulacije pritrditve celic in olajšane fiksacije vsadkov) in bodo z nadzorovanim sproščanjem zdravilnih učinkovin omogočali učinkovito farmakoterapijo. Vse našteto bi občutno znižalo stroške zdravljenja in bistveno povečalo kakovost življenja pacientov.

Faze projekta:

  1. formulacija in karakterizacija osnovnega materiala,
  2. priprava bioaktivnih prevlek,
  3. korozijski testi,
  4. študij interakcij med prevlečenim kovinskim materialom in celicami,
  5. študij biokompatibilnosti,
  6. predklinično preverjanje učinkovitosti.

Reference

  1. BRAČIČ, Matej, POTRČ, Sanja, FINŠGAR, Matjaž, GRADIŠNIK, Lidija, MAVER, Uroš, BUDASHEVA, Hanna, KORTE, Dorota, FRANKO, Mladen, FRAS ZEMLJIČ, Lidija. Amoxicillin doped hyaluronic acid/fucoidan multifunctional coatings for medical grade stainless steel orthopedic implants. Applied Surface Science. [Print ed.]. 2023, vol. 611, part a, str. 1-11, ilustr. ISSN 0169-4332. DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.155621. [COBISS.SI-ID 130119171], [JCR, SNIP]
  2. FINŠGAR, Matjaž. The interface characterization of 2-Mercapto-1-methylimidazole corrosion inhibitor on brass. Coatings. 4 March 2021, vol. 11, iss. 3, str. 1-18, ilustr. ISSN 2079-6412. https://www.mdpi.com/2079-6412/11/3/295, DOI: 10.3390/coatings11030295. [COBISS.SI-ID 53959171], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 2, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,00, Scopus do 24. 3. 2022: št. citatov (TC): 2, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,00]
  3. MAVER, Tina, MASTNAK, Tinkara, MIHELIČ, Mihela, MAVER, Uroš, FINŠGAR, Matjaž. Clindamycin-based 3D-printed and electrospun coatings for treatment of implant-related infections. Materials. 17 March 2021, vol. 14, iss. 6, str. 1-17. ISSN 1996-1944. https://www.mdpi.com/1996-1944/14/6/1464, DOI: 10.3390/ma14061464. [COBISS.SI-ID 55568899], [JCR, SNIP, WoS do 27. 11. 2022: št. citatov (TC): 14, čistih citatov (CI): 9, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,80, Scopus do 20. 10. 2022: št. citatov (TC): 15, čistih citatov (CI): 11, čistih citatov na avtorja (CIAu): 2,20]
  4. FINŠGAR, Matjaž, PERVA-UZUNALIĆ, Amra, BEHR, Heiko, LEDINEK, Nina, KNEZ, Željko, NOVAK, Zoran. An improved reversed-phase high-performance liquid chromatography method for the analysis of related substances of prednisolone in active ingredient. ACS omega. 2020, vol. 5, no. 14, str. 7987-8000, ilustr. ISSN 2470-1343. DOI: 10.1021/acsomega.0c00037. [COBISS.SI-ID 23091478], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 3, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,50, Scopus do 12. 8. 2022: št. citatov (TC): 3, čistih citatov (CI): 2, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,33]
  5. FINŠGAR, Matjaž. Surface analysis of the 2-mercaptobenzothiazole corrosion inhibitor on 6082 aluminum alloy using ToF-SIMS and XPS. Analytical methods. 2020, vol. 12, no. 4, str. 456-465. ISSN 1759-9660. DOI: 10.1039/C9AY02293G. [COBISS.SI-ID 22869526], [JCR, SNIP, WoS do 30. 11. 2022: št. citatov (TC): 10, čistih citatov (CI): 9, čistih citatov na avtorja (CIAu): 9,00, Scopus do 31. 10. 2022: št. citatov (TC): 10, čistih citatov (CI): 9, čistih citatov na avtorja (CIAu): 9,00]
  6. MAVER, Uroš, XHANARI, Klodian, ŽIŽEK, Marko, GRADIŠNIK, Lidija, REPNIK, Katja, POTOČNIK, Uroš, FINŠGAR, Matjaž. Carboxymethyl cellulose/diclofenac bioactive coatings on AISI 316LVM for controlled drug delivery, and improved osteogenic potential. Carbohydrate polymers. [Print ed.]. 15 Feb. 2020, vol. 230, str. 1-13. ISSN 0144-8617. DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.115612. [COBISS.SI-ID 22749718], [JCR, SNIP, WoS do 3. 11. 2022: št. citatov (TC): 17, čistih citatov (CI): 11, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,57, Scopus do 5. 12. 2022: št. citatov (TC): 22, čistih citatov (CI): 16, čistih citatov na avtorja (CIAu): 2,29]
  7. AJDNIK, Urban, FINŠGAR, Matjaž, FRAS ZEMLJIČ, Lidija. Characterization of chitosan-lysine surfactant bioactive coating on silicone substrate. Carbohydrate polymers. [Print ed.]. 15 March 2020, vol. 232, str. 1-10, ilustr. ISSN 0144-8617. DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.115817. [COBISS.SI-ID 22920470], [JCR, SNIP, WoS do 7. 11. 2022: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 5, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,67, Scopus do 26. 11. 2022: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 5, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,67]
  8. FINŠGAR, Matjaž. Electrochemical, 3D topography, XPS, and ToF-SIMS analyses of 4-methyl-2-phenylimidazole as a corrosion inhibitor for brass. Corrosion science. [Print ed.]. June 2020, vol. 169, str. 1-12. ISSN 0010-938X. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108632. [COBISS.SI-ID 23106582], [JCR, SNIP, WoS do 3. 11. 2022: št. citatov (TC): 26, čistih citatov (CI): 21, čistih citatov na avtorja (CIAu): 21,00, Scopus do 11. 11. 2022: št. citatov (TC): 33, čistih citatov (CI): 28, čistih citatov na avtorja (CIAu): 28,00]
  9. FINŠGAR, Matjaž, JEZERNIK, Klara. The use of factorial design and simplex optimization to improve analytical performance of in situ film electrodes. Sensors. 2020, vol. 20, iss. 14, str. 1-22. ISSN 1424-8220. DOI: 10.3390/s20143921. [COBISS.SI-ID 22572035], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 1, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,50, Scopus do 17. 4. 2022: št. citatov (TC): 1, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,50]
  10. MAVER, Tina, MOHAN, Tamilselvan, GRADIŠNIK, Lidija, FINŠGAR, Matjaž, STANA-KLEINSCHEK, Karin, MAVER, Uroš. Polysaccharide thin solid films for analgesic drug delivery and growth of human skin cells. Frontiers in chemistry. [Online ed.]. 9 April 2019, vol. 7, str. 1-13. ISSN 2296-2646. DOI: 10.3389/fchem.2019.00217. [COBISS.SI-ID 22236950], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 19, čistih citatov (CI): 8, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,33, Scopus do 6. 12. 2022: št. citatov (TC): 23, čistih citatov (CI): 12, čistih citatov na avtorja (CIAu): 2,00]
  11. FINŠGAR, Matjaž, XHANARI, Klodian, PETOVAR, Barbara. A comparison of hydrochloric acid and acetate buffer media for trace metal analysis using sb-film electrodes : a detailed electrochemical impedance spectroscopy study. Journal of the Electrochemical Society. [Online ed.]. 2019, vol. 166, iss. 4, str. h108-h118. ISSN 1945-7111. DOI: 10.1149/2.0191904jes. [COBISS.SI-ID 22142486], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,33, Scopus do 13. 7. 2022: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,33]
  12. FINŠGAR, Matjaž, PETOVAR, Barbara, VODOPIVEC, Katja. Bismuth-tin-film electrodes for Zn(II), Cd(II), and Pb(II) trace analysis. Microchemical journal. [Print ed.]. March 2019, vol. 145, str. 676-685. ISSN 0026-265X. DOI: 10.1016/j.microc.2018.11.036. [COBISS.SI-ID 21896982], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 20, čistih citatov (CI): 16, čistih citatov na avtorja (CIAu): 5,33, Scopus do 20. 11. 2022: št. citatov (TC): 21, čistih citatov (CI): 17, čistih citatov na avtorja (CIAu): 5,67]
  13. FINŠGAR, Matjaž, XHANARI, Klodian, PETOVAR, Barbara. Copper-film electrodes for Pb(II) trace analysis and a detailed electrochemical impedance spectroscopy study. Microchemical journal. [Print ed.]. June 2019, vol. 147, str. 863-871. ISSN 0026-265X. DOI: 10.1016/j.microc.2019.04.007. [COBISS.SI-ID 22244630], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 6, čistih citatov na avtorja (CIAu): 2,00, Scopus do 15. 10. 2021: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 6, čistih citatov na avtorja (CIAu): 2,00]
  14. FINŠGAR, Matjaž, RISTIĆ, Tijana, FARDIM, Pedro, FRAS ZEMLJIČ, Lidija. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry analysis of chitosan-treated viscose fibres. Analytical biochemistry. 15 Sept. 2018, vol. 557, str. 131-141, ilustr. ISSN 0003-2697. DOI: 10.1016/j.ab.2018.07.021. [COBISS.SI-ID 21593878], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 3, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,75, Scopus do 31. 3. 2021: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 3, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,75]
  15. FINŠGAR, Matjaž, PETOVAR, Barbara. Novel in situ Bi-Sb-film electrode for trace heavy metal analysis. Electroanalysis. [Online ed.]. Nov. 2018, vol. 30, iss. 11, str. 2781-2792. ISSN 1521-4109. DOI: 10.1002/elan.201800545. [COBISS.SI-ID 21692438], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,50, Scopus do 22. 9. 2020: št. citatov (TC): 5, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,50]
  16. KOVAČ, Janez, FINŠGAR, Matjaž. Analysis of the thermal stability of very thin surface layers of corrosion inhibitors by time-of-flight secondary ion mass spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. [Print ed.]. Dec. 2018, vol. 29, iss. 12, str. 2305-2316. ISSN 1044-0305. DOI: 10.1007/s13361-018-2048-1. [COBISS.SI-ID 21645334], [JCR, SNIP, WoS do 12. 11. 2022: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,50, Scopus do 12. 11. 2022: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 2, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,00]
  17. FINŠGAR, Matjaž, MAJER, David, MAVER, Uroš, MAVER, Tina. Reusability of SPE and Sb-modified SPE sensors for trace Pb(II) determination. Sensors. 2018, vol. 18, no. 11, str. 1-16, ilustr. ISSN 1424-8220. DOI: 10.3390/s18113976. [COBISS.SI-ID 21869334], [JCR, SNIP, WoS do 26. 10. 2022: št. citatov (TC): 8, čistih citatov (CI): 4, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,00, Scopus do 11. 10. 2021: št. citatov (TC): 9, čistih citatov (CI): 5, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,25]