Anticorrosion and Antimicrobial Tannic Acid-Functionalized Ti-Metallic Glass Ribbons for Dental Abutment

Abstract

Dans cette étude, un verre métallique (MG) à base de Ti récemment rapporté, sans aucun élément toxique, mais avec une quantité importante de métalloïde (Si-Ge-B, 18 atomes %) et d'élément mou mineur (Sn, 2 atomes %), a été produit sous forme de ruban en utilisant le filage à l'état fondu conventionnel à un seul rouleau. Les rubans Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 produits ont été étudiés par calorimétrie à balayage différentiel et diffraction des rayons X pour confirmer leur structure amorphe, et leurs propriétés de corrosion ont été étudiées plus en détail par des tests de potentiel en circuit ouvert et de polarisation cyclique. La surface du ruban a été fonctionnalisée par de l'acide tannique, un polyphénol naturel d'origine végétale, pour améliorer ses performances en termes de prévention de la corrosion et d'efficacité antimicrobienne. Ces propriétés peuvent potentiellement être exploitées dans les parties prémuqueuses des implants dentaires (piliers). Le test de Folin et Ciocalteu a été utilisé pour la quantification de l'acide tannique (AT) greffé sur la surface du ruban et de son activité redox. La microscopie fluorescente et les mesures de potentiel ζ ont été utilisées pour confirmer la présence d'AT sur les surfaces des rubans. L'évaluation de la cytocompatibilité (indirecte et directe) des rubans de MG Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 fonctionnalisés par TA vers les fibroblastes gingivaux humains primaires a démontré qu'aucune différence significative dans la viabilité cellulaire n'a été détectée entre les rubans de MG fonctionnalisés et tels que produits (témoins). Enfin, l'investigation antibactérienne d'échantillons fonctionnalisés par TA contre Staphylococcus aureus a démontré les propriétés antimicrobiennes des échantillons, montrées par des images de microscopie électronique à balayage après 24 h, présentant quelques colonies uniques restant sur leurs surfaces. L'épaisseur des agrégats bactériens (de type biofilm) qui se sont formés à la surface des échantillons tels que produits a été réduite de 3,5 à 1,5 μm.En este estudio, se produjo un vidrio metálico (MG) a base de Ti recientemente informado, sin ningún elemento tóxico, pero con una cantidad significativa de metaloide (Si-Ge-B, 18% de átomos) y elemento blando menor (Sn, 2% de átomos), en forma de cinta utilizando hilatura por fusión de un solo rodillo convencional. Las cintas de Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 producidas se investigaron mediante calorimetría diferencial de barrido y difracción de rayos X para confirmar su estructura amorfa, y sus propiedades de corrosión se investigaron adicionalmente mediante pruebas de polarización cíclica y potencial de circuito abierto. La superficie de la cinta se funcionalizó con ácido tánico, un polifenol natural de origen vegetal, para mejorar su rendimiento en términos de prevención de la corrosión y eficacia antimicrobiana. Estas propiedades pueden explotarse potencialmente en las partes premucosas de los implantes dentales (pilares). La prueba de Folin y Ciocalteu se utilizó para la cuantificación del ácido tánico (TA) injertado en la superficie de la cinta y de su actividad redox. Para confirmar la presencia de TA en las superficies de las cintas, se utilizó microscopía fluorescente y mediciones de potencial ζ. La evaluación de la citocompatibilidad (indirecta y directa) de las cintas MG Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 funcionalizadas con TA hacia los fibroblastos gingivales humanos primarios demostró que no se detectaron diferencias significativas en la viabilidad celular entre las cintas MG funcionalizadas y las producidas (control). Finalmente, la investigación antibacteriana de muestras funcionalizadas con TA contra Staphylococcus aureus demostró las propiedades antimicrobianas de las muestras, mostradas por imágenes de microscopía electrónica de barrido después de 24 h, presentando algunas colonias individuales restantes en sus superficies. El espesor de las agregaciones bacterianas (tipo biopelícula) que se formaron en la superficie de las muestras tal como se produjeron se redujo de 3,5 a 1,5 μm.In this study, a recently reported Ti-based metallic glass (MG), without any toxic element, but with a significant amount of metalloid (Si–Ge–B, 18 atom %) and minor soft element (Sn, 2 atom %), was produced in ribbon form using conventional single-roller melt-spinning. The produced Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 ribbons were investigated by differential scanning calorimetry and X-ray diffraction to confirm their amorphous structure, and their corrosion properties were further investigated by open-circuit potential and cyclic polarization tests. The ribbon's surface was functionalized by tannic acid, a natural plant-based polyphenol, to enhance its performance in terms of corrosion prevention and antimicrobial efficacy. These properties can potentially be exploited in the premucosal parts of dental implants (abutments). The Folin and Ciocalteu test was used for the quantification of tannic acid (TA) grafted on the ribbon surface and of its redox activity. Fluorescent microscopy and ζ-potential measurements were used to confirm the presence of TA on the surfaces of the ribbons. The cytocompatibility evaluation (indirect and direct) of TA-functionalized Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 MG ribbons toward primary human gingival fibroblast demonstrated that no significant differences in cell viability were detected between the functionalized and as-produced (control) MG ribbons. Finally, the antibacterial investigation of TA-functionalized samples against Staphylococcus aureus demonstrated the specimens' antimicrobial properties, shown by scanning electron microscopy images after 24 h, presenting a few single colonies remaining on their surfaces. The thickness of bacterial aggregations (biofilm-like) that were formed on the surface of the as-produced samples reduced from 3.5 to 1.5 μm.في هذه الدراسة، تم إنتاج زجاج معدني قائم على Ti (MG)، تم الإبلاغ عنه مؤخرًا، بدون أي عنصر سام، ولكن مع كمية كبيرة من المعادن (Si - Ge - B، 18 ٪ ذرة) وعنصر لين طفيف (Sn، 2 ٪ ذرة)، في شكل شريط باستخدام غزل ذوبان أحادي الأسطوانة تقليدي. تم فحص شرائط Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 المنتجة عن طريق المسح التفاضلي للسعرات الحرارية وانحراف الأشعة السينية للتأكد من بنيتها غير المتبلورة، وتم فحص خصائص التآكل الخاصة بها بشكل أكبر من خلال إمكانات الدائرة المفتوحة واختبارات الاستقطاب الدورية. تم تفعيل سطح الشريط بواسطة حمض التانيك، وهو بوليفينول نباتي طبيعي، لتعزيز أدائه من حيث منع التآكل وفعالية مضادات الميكروبات. يمكن استغلال هذه الخصائص في الأجزاء قبل المخاطية من زراعة الأسنان (الدعامات). تم استخدام اختبار Folin و Ciocalteu لتحديد كمية حمض التانيك (TA) المطعم على سطح الشريط ونشاط الأكسدة المختزلة. تم استخدام المجهر الفلوري والقياسات المحتملة لتأكيد وجود مادة TA على أسطح الأشرطة. أظهر تقييم التوافق الخلوي (غير المباشر والمباشر) لشرائط Ti60Zr20Si8Ge7B3Sn2 MG المنشطة بتقنية TA نحو الأرومة الليفية اللثوية البشرية الأولية أنه لم يتم الكشف عن اختلافات كبيرة في حيوية الخلية بين شرائط MG المنشطة والمنتجة (الضابطة). أخيرًا، أظهر الفحص المضاد للبكتيريا لعينات TA الوظيفية ضد المكورات العنقودية الذهبية خصائص العينات المضادة للميكروبات، والتي تظهر من خلال مسح الصور المجهرية الإلكترونية بعد 24 ساعة، وتقديم عدد قليل من المستعمرات الفردية المتبقية على أسطحها. انخفض سمك التجمعات البكتيرية (الشبيهة بالغشاء الحيوي) التي تشكلت على سطح العينات المنتجة من 3.5 إلى 1.5 ميكرومتر.