Investigation of the adsorption of biological macromolecules on a-C and a-C:H thin films intended for stents and other biomedical applications by means of atomic force microscopy techniques

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2008 (EN)
Μελέτη προσρόφησης βιολογικών μακρομορίων επί υμενίων α-c και a-C:H προοριζόμενων για stents και άλλες βιοϊατρικές εφαρμογές με τεχνικές AFM
Investigation of the adsorption of biological macromolecules on a-C and a-C:H thin films intended for stents and other biomedical applications by means of atomic force microscopy techniques

Χαμπίδης, Βασίλειος-Κυριάκος Κωνσταντίνου

Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση του φαινομένου της προσρόφησης των πρωτεϊνών λευκωματίνης και ινωδογόνου στην επιφάνεια υμενίων αμόρφου άνθρακα μέσω μικροσκοπίας AFM. Η κατηγορία των υμενίων αμόρφου άνθρακα είναι μία από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες κατηγορίες επικαλύψεων σε βιοϊατρικά εμφυτεύματα και θεωρείται ότι συγκεντρώνει σειρά ευνοϊκών μηχανικών, χημικών και βιολογικών ιδιοτήτων που τα καθιστούν κατάλληλα για τέτοιου είδους συσκευές. Η λευκωματίνη και το ινωδογόνο εξάλλου είναι σημαντικές από ποσοτικής και λειτουργικής άποψης πρωτεΐνες του αίματος που θεωρείται ότι υπεισέρχονται στον μηχανισμό της πήξης. Η ικανότητα ενός βιοϋλικού να προσροφεί στην επιφάνειά του εκλεκτικά τη μία ή την άλλη από αυτές πιστεύεται ότι μπορεί να λειτουργεί ευοδωτικά ή αντίστοιχα κατασταλτικά για τη θρομβογονικότητα αυτού. Υμένια αμόρφου άνθρακα ανεπτυγμένα μέσω PVD μελετήθηκαν μέσω AFM πριν και μετά την επώασή τους επί 30’ με διαλύματα λευκωματίνης και ινωδογόνου συγκεντρώσεων 1 ng/ml έως 1 mg/ml. Εξετάστηκε η μορφολογία των υμενίων στις λαμβανόμενες απεικονίσεις και έγινε στατιστική επεξεργασία των παραμέτρων τραχύτητας του υλικού. Τα βασικά συμπεράσματα που προκύπτουν είναι: α) Η παρατηρούμενη μορφολογία και η υπολογιζόμενη τραχύτητα του εκάστοτε υμενίου δεν εμφανίζουν γενικώς ισχυρή συσχέτιση με την συγκέντρωση των πρωτεϊνικών διαλυμάτων β) τοπικοί φυσικοχημικοί παράγοντες είναι δυνατόν να τροποποιούν σημαντικά την εικόνα της επιφάνειας των υμενίων γ) η λευκωματίνη τείνει να εναποτίθεται σε αδρότερη διάταξη και να αυξάνει την τραχύτητα του υμενίου σε σημαντικό βαθμό σε σύγκριση με το ινωδογόνο και δ) υμένια με δομή πλούσια σε δεσμούς sp3 εμφανίζουν μεγαλύτερη αύξηση της τραχύτητάς τους κατά την προσρόφηση λευκωματίνης και ενδεχομένως προσροφούν μεγαλύτερη ποσότητα αυτής σε σχέση με υμένια στα οποία υπερτερούν οι δεσμοί sp2 . Είναι επομένως πιθανό ότι τα υμένια με υπεροχή sp3 δεσμών είναι καταλληλότερα για εφαρμογές όπου η αυξημένη προσρόφηση πρωτεϊνών και η προσκόλληση κυττάρων είναι επιθυμητή.
The aim of the present study is to investigate the adsorption behaviour of albumin and fibrinogen on amorphous carbon (a-C) and hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) thin films by means of atomic force microscopy (AFM) techniques. a-C and a-C:H thin films are currently among the most frequently employed coatings for biomedical implants, and they are considered to present a host of beneficial tribological, mechanical, chemical and biological properties that render them suitable for such applications. Albumin and fibrinogen are quantitatively as well as functionally significant proteins of human blood; the preferrential adsorption of one rather than the other on surfaces is thought to suppress or augment in situ blood clotting respectively. a-C and a-C:H thin films were developed by physical vapor deposition (PVD) and incubated with solutions of albumin or fibrinogen in phosphate buffer (PBS) for 30 minutes. Protein concentrations in the solutions ranged between 1 ng/ml and 1 mg/ml. Samples were visualised with the help of an AFM instrument operating in tapping (semi-contact) mode under ambient conditions. We examined the morphological characteristics of the protein adlayer and statistically compared the values of four roughness parameters measured for each sample. The main conclusions derived from this work are: i. The morphology and roughness of the protein adlayer formed on the films does not appear to correlate with the concentration of the corresponding protein in the incubation solution. ii. local physicochemical or rheological factors may introduce significant variations in the appearance of the protein adlayer in different areas of the same film. iii. Albumin generally tends to adsorb in the form of circular or ellipsoidal aggregates and forms rougher adlayers; by contrast fibrinogen tends to adsorb in ‘filament-like’ formations and attributes an overall ‘smoother’ appearance to the surface of the films. iv. sp3-rich carbon films tend to form significantly rougher albumin adlayers (and possibly accumulate greater quantities of albumin) compared to sp2-rich films. This observation may imply better suitability of sp3-rich films for applications where increased protein adsorption and cell integration are desirable.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Amorphous carbon
Thin films
Αμορφος Ανθρακας
Λεπτά Υμένια

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής
Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Χημείας
Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Επιστημών Υγείας, Τμήμα Ιατρικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)