The study of physicochemical properties of silver-dopped bioactive glasses prepared by a sol-gel method

Przedstawiono wyniki badań fizykochemicznych otrzymanych w układzie SiO2–Al2O3 bioszkieł dotowanych srebrem. Omówiono także zastosowaną metodę zol-żel otrzymywania tych bioszkieł wraz z przedstawieniem korzystnych warunków syntezy. Przeprowadzone badania morfologii otrzymanych proszków pod mikroskopem skaningowym wyposażonym w mikroanalizator EDS wykazały, że proszki te zawierają sferyczne ziarna o średnicy od 100 nm do 600 nm lub tworzą aglomeraty drobnych, nieregularnych ziaren. Ponadto określono jakościowy skład chemiczny metodą spektrofotometryczną, wykonano rentgenograficzną analizę fazową oraz laserowo określono rozkład ziarnowy proszków. Wyniki badań rentgenograficznych wykazały, że uzyskane proszki są amorficzne, a w ich jakościowym składzie chemicznym występują pierwiastki wprowadzone do mieszaniny reakcyjnej.Physicochemical properties of aluminosilicate silver containing bioglasses were described. The sol-gel method applied and optimal parameters of the syntheses were also presented. The morphology of the nanopowder samples were determined using a high-resolution scanning electron microscope with the EDS system. It was determined that some of prepared bioglass samples were made up of spherical grains with diameters falling within the range of 100 nm to 600 nm and others contained small-size agglomerates and irregularly shaped particles. Qualitative chemical analysis based on EDS and XRF methods, phase analysis (XRD method) and grain size measurement (laser method) were also performed. The XRD test show amorphous character of bioglass samples and the XRF chemical composition of glass powders comply with the oxide composition elaborated for glass synthesis

In vitro biological evaluation of new dental biomaterials

Ponieważ znane jest działanie bakteriobójcze srebra i złota, podjęto próbę wytworzenia nowej grupy biomateriałów bakteriobójczych do stosowania w stomatologii odtwórczej, zawierających cząstki nanosrebra i nanozłota. Celem opisanych badań była ocena cytotoksyczności i aktywności przeciwbakteryjnej nowo wytworzonych biomateriałów. Do ich przygotowania zastosowano roztwory koloidalne srebra i złota, a także dodatek bioszkieł zawierających nanosrebro. Badania oparto na cemencie szkło-jonomerowym zarabianym wodą. Jako bioszkieł zawierających nanosrebro użyto dwóch rodzajów szkieł otrzymanych metodą zol-żel. Przeprowadzono badania podstawowych właściwości użytkowych wytworzonych cementów – czasu wiązania i wytrzymałości na ściskanie. Badania cytotoksyczności wykonano metodą bezpośredniego kontaktu zgodnie z normą ISO 10993-5. Badanie działania przeciwbakteryjnego przeprowadzono metodą rozcieńczeń z wykorzystaniem bakterii Pseudomonas aeruginosa oraz Staphylococcus aureus. Wyniki powyższych prac wykazały, że zastosowana metoda dotowania srebrem lub złotem cementów szkło-jonomerowych zarabianych wodą pozwala na otrzymanie materiałów wykazujących działanie przeciwbakteryjne w stosunku do pałeczki ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa oraz gronkowca złocistego Staphylococcus aureus. Wśród cementów najlepszymi właściwościami przeciwbakteryjnymi charakteryzowały się cementy GJ-S2/W-P0-Ag i GJ-S2/W-Ag, nieco gorsze działanie przeciwbakteryjne wykazywały materiały GJ-S2/W-Z8 i GJ-S2/W-Au, a najsłabsze - cement GJ-S2/W. Ponieważ badane materiały wykazywały cytotoksyczność w stopniu słabym lub umiarkowanym po 48 i 72 godzinach inkubacji, dlatego w dalszych badaniach należy wyjaśnić przyczyny cytotoksyczności tych materiałów. Chociaż otrzymane materiały wymagają udoskonalenia i optymalizacji, szczególnie w zakresie przygotowania proszków szkieł ze srebrem i właściwości użytkowych cementów, to otrzymane wyniki zachęcają do prowadzenia dalszych prac nad materiałami stomatologicznymi o działaniu przeciwbakteryjnym.Since the bactericidal effect of silver and gold is known, an attempt has been made to produce a new group of bactericidal biomaterials for use in restorative dentistry, containing nanoparticles of silver and gold. The aim of this research was to evaluate the cytotoxicity and antibacterial activity of newly produced biomaterials. Colloidal solutions of silver and gold, as well as the addition of nanosilver-containing bioglass were used for the preparation of these materials. The study was based on water-mixable glass-ionomer cement. Two types of glass, obtained by sol-gel method were used as nanosilver-containing bioglass. The basic performance properties of produced cements - setting time and compressive strength - were studied. Cytotoxicity assays were performed by a direct contact method, in accordance with ISO 10993-5 standard. The test of antimicrobial activity was performed using a dilution method, with Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. The results of the above work have shown that the method used to supplement water-mixable glass-ionomer cements with silver or gold allows to obtain materials with antibacterial properties against Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. Also, the addition of nanosilver and nanogold to cement did not cause significant changes in the level of cytotoxicity relative to the basic cement. The resulting materials, however, require improvement and optimization, particularly regarding the preparation of glass powders with silver and performance of cements. The obtained results encourage the further study of dental materials with antibacterial properties

The use of the sol-gel method in the modification of ceramic materials with silver nanoparticles

W niniejszej pracy zaprezentowano stan badań na podstawie przeglądu literatury dotyczącej właściwości nanocząstek srebra (nano-Ag). Szczegółowo opisano właściwości korzystne z punktu widzenia zakładanych zastosowań, a także niekorzystne, powodujące wzrost zagrożenia związanego z cytotoksycznością i ekotoksycznością nano-Ag. Zaprezentowano przegląd literatury dotyczącej modyfikacji nano-Ag tlenkami metali oraz w kompleksowy sposób opisano różne metody wytwarzania nanomateriałów z tej grupy oraz układy wieloskładnikowe bioszkieł. Potwierdzono, że metoda zol-żel jest nie tylko mało skomplikowana z technologicznego punktu widzenia, ale także bardzo elastyczna, poprzez możliwość zastosowania różnych rodzajów prekursorów ceramiki i szerokiego wachlarza warunków prowadzonych procesów. Dane wskazują, że modyfikacje nanocząstek Ag tlenkiem glinu z wykorzystaniem metody zol-żel prowadzą do otrzymania ciekawych właściwości biologicznych, często znacząco różnych w porównaniu do wolnych nanocząstek Ag. Wciąż jednak trudnością pozostaje kontrola morfologii produktu końcowego i powtarzalność procesów zol-żel, ze względu na występujące zjawisko dyfuzji i transportu masy, które powoduje często rozrost wielkości wytwarzanych cząstek, a także powstawanie aglomeratów.This paper presents a review of the literature on the properties of silver nanoparticles (nano-Ag). Properties that are beneficial from the point of view of the intended applications have been described in detail, as well as undesired properties that increase the risk associated with the cytotoxicity and ecotoxicity of nano-Ag. A review of the literature concerning the modification of nano-Ag with metal oxides was also presented. Various methods for the production of nanomaterials from this group, as well as multi-component systems of bioglass, have been described in a comprehensive way. It was shown that the sol-gel method is not only not very complicated from a technological point of view, but also very flexible, through the possibility of using different types of ceramic precursors and a wide range of conditions of the processes. Data indicate that modifications of Ag with alumina particles using the sol-gel method lead to the production of interesting biological properties, often significantly different compared to free Ag nanoparticles. However, it is still difficult to control the final product morphology and the repeatability of the sol-gel processes because of the phenomenon of diffusion and mass transport often results in the size increase of the produced particles as well as the formation of agglomerates

In vitro studies of antibacterial activity of sol-gel bioglasses containing Mg, Sr and Au

Celem prowadzonych badań było określenie aktywności przeciwbakteryjnej in vitro bioaktywnych szkieł dotowanych Mg, Sr i Au. Przedstawiono badania zmodyfikowanych bioszkieł zawierających wybrane pierwiastki wprowadzone dla podwyższenia bioaktywności, które mogą wspomagać przebieg procesów fizjologicznych kościotworzenia i wykazywać działanie przeciwbakteryjne. Obecność magnezu w składzie biomateriału zwiększa jego bioaktywność. Stront wpływa na lepszą proliferację komórek kostnych. Złoto należy do grupy „ultraelementów” działających przeciwbakteryjnie oraz aktywuje procesy metaboliczne poprzez oddziaływanie na enzymy. Silany użyte podczas syntezy bioszkieł metodą zol-żel, także mogą zwiększać ich bioaktywność. Materiał odniesienia stanowiło bioszkło P5-VS zawierające 70% mas. SiO2, 5% mas. P2O5 oraz 25% mas. CaO. Bioszkła P5-VS-1_Mg i P5-VS-1_Sr, o takim samym składzie jak P5-VS wytworzono zastępując 1% mas. CaO odpowiednio MgO lub SrO. W przypadku bioszkieł P5-VS-Au_r-r i P5-VS-Au_nzk nanocząsteczki złota były dodane w ilości 0,00065% mas. i 0,002% mas. odpowiednio jako: roztwór koloidalny lub niejonowe złoto koloidalne. Właściwości fizykochemiczne wytworzonych bioszkieł obejmujące morfologię powierzchni, a także ich bioaktywność po kontakcie z roztworem symulującym osocze oraz wyniki cytotoksyczności zostały przedstawione w innym artykule. Stwierdzono, że bioszkła w kontakcie z płynem symulującym osocze (SBF) są bioaktywne oraz nie oddziałują cytotoksycznie na komórki L929. Wyniki badań in vitro aktywności przeciwbakteryjnej wytworzonych bioszkieł wykazały ich wyższą aktywność w stosunku do szczepu Staphylococcus aureus niż Pseudomonas aeruginosa. Wzrost mikroorganizmów najbardziej hamowało bioszkło P5-VS-1_Sr. Bioszkło P5-VS bez udziału Mg, Sr lub Au wykazywało najsłabsze działanie przeciwbakteryjne.The aim of this study was to determine in vitro antibacterial activity of bioactive glasses doped with Mg, Sr and Au. Authors showed tests of modified bioglasses containing selected elements incorporated to the composition in order to increase bioactivity, which could contribute to physiological processes of osteogenesis and exhibit bactericidal activity. The presence of magnesium in the composition of the biomaterial enhances its bioactivity. Strontium improves the proliferation of bone cells. Gold belongs to the group of “ultra-elements” which show antibacterial activity and activate metabolism by acting on enzymes. The silane used for the synthesis of sol-gel bioglasses may also increase bioactivity. Bioglass P5-VS containing 70 wt% of SiO2 and 25 wt% of CaO and 5 wt% of P2O5 was a reference material. Bioglasses P5-VS-1_Mg and P5-VS-1_Sr with the same composition as P5-VS were obtained by substituting 1 wt% of CaO by MgO or SrO respectively. In the case of bioglasses P5-VS-Au_r-r and P5-VS- -Au_nzk nanoparticles of Au were added in the amount of 0.00065 wt% and 0.002 wt% as colloidal solution or nonionic colloidal gold respectively. Physical and chemical properties of sol-gel bioactive glasses including grain morphology and bioactivity in simulated body fluid and the results of cytotoxicity were presented in a previous publication. It was found that bioglasses were bioactive in contact with simulated body fluid (SBF) and were not toxic on L929 cells in vitro. The results of in vitro antibacterial activity studies of obtained bioglasses showed higher activity against strain of Staphylococcus aureus than Pseudomonas aeruginosa. The growth of microorganisms was inhibited in the most effective way by the bioglass P5-VS-1_Sr. The P5-VS bioglass without Mg, Sr or Au shows the weakest bactericidal effect

Study on physicochemical properties and in vitro cytotoxicity of bioglasses doped with Mg, Sr, Au

W artykule przedstawiono wyniki badań wytworzonych bioszkieł w układzie CaO-SiO2-P2O5 dotowanych Mg lub Sr, lub Au. W ramach przeprowadzonych badań określono morfologię otrzymanych bioszkieł, a także ich bioaktywność w warunkach in vitro oraz oddziaływanie cytotoksyczne na komórki L929. Ponadto, bioszkło dotowane Au poddano badaniu przy użyciu mikroskopu transmisyjnego z analizą EDS. Stwierdzono, że wytworzone bioszkła in vitro w kontakcie z symulowanym płynem fizjologicznym (SBF) są bioaktywne oraz nie oddziałują cytotoksycznie na komórki L929This paper presents the results of research on bioglasses in the system CaO-SiO2-P2O5 doped with Mg, Sr and Au. Within the study the morphology of the bioglasses and in vitro bioactivity and cytotoxic effect on L929 cells were determined. Au doped bioglass was examined using transmission electron microscopy with EDS analysis. It was found that the produced bioglasses were bioactive in contact with simulated body fluid (SBF) and were no toxic on L929 cells in vitro tests