Materiale şi acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiană pentru aplicaţii medicale - INMATCO

Transcription

1 Materiale şi acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiană pentru aplicaţii medicale - INMATCO Cod proiect: PN-II-PT-PCCA Contract Nr. 215 / Finanţare: bugetul de stat Denumirea Programului din PN II: PARTENERIATE ÎN DOMENII PRIORITARE Domeniul prioritar de cercetare: 7 - Materiale, procese şi produse inovative/7.1 - Materiale avansate Aria tematică: Materiale avansate şi biomateriale pentru creşterea calităţii sănătăţii Tipul proiectului: Proiecte Colaborative de Cercetare Aplicativă (PCCA) Valoarea totală a contractului: lei din care pe surse de finanţare: Sursa 1 de la bugetul de stat: lei Sursa 2 din alte surse atrase (cofinanţare proprie): lei Durata contractului: 39 luni ( ) Autoritatea Contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI) Contractor: Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA Bucureşti (INCDIE ICPE-CA) Partener P1: UNIVERSITATEA BUCUREŞTI, Facultatea de Biologie Partener P2: MGM STAR CONSTRUCT S.R.L. Bucureşti Rezumat: Echipele de cercetare: Obiectivele proiectului: Etapele proiectului: Rezultate preconizate: Rapoarte de etapă: Date de contact: Etapa I Etapa II Etapa III Etapa IV

2 Rezumat: Proiectul își propune să dezvolte produse și cunoștințe noi în materialele și acoperirile nanostructurate antimicrobiene pentru aplicații medicale, cum ar fi instrumentele chirurgicale critice (bisturie, cuțite, pense și foarfece) pentru a reduce infecţiile chirurgicale locale superficiale și profunde și de a îmbunătăți calitatea vieții. Pentru obținerea și depunerea agenților bioactivi de tip MeNP/MeONP (MeNP = Ag, MeONP = TiO 2, ZnO) se vor folosi metode ecologice și eficiente de procesare. Scopul agenţilor antimicrobieni propuși este de a inhiba aderența microorganismelor pe suporturi de oțel inox, care nu prezintă proprietăți antibacteriene. Materialele și acoperirile nanostructurate vor fi obţinute prin diferite metode fizice de depunere în vid (evaporarea termică, EBPVD - depunerea fizică de vapori cu fascicul de electroni, pulverizarea cu magnetron în curent continuu (DC) şi în radiofrecvenţă (RF), Arc-PVD - depunerea cu arc catodic sau prin metode chimice de depunere din soluții (metoda sol-gel) pe substraturile de oțel inox selectate, cu o aderență bună, fără modificarea proprietăților inițiale ale substratului. Proiectul se adresează tematicii prioritare a programului PARTENERIATE PN-II-PT- PCCA , Domeniul 7. Materiale, procese şi produse inovative, Domeniul de cercetare 7.1 Materiale avansate, Aria tematică Materiale avansate şi biomateriale pentru creşterea calităţii sănătăţii, cu un impact direct în Domeniul 4. Sănătate și în Spaţiul European de Cercetare (ERA) - Nanomateriale. Proiectul este dezvoltat în parteneriat între două organizații de cercetare: un institut național - INCDIE ICPE-CA, care este coordonatorul proiectului (CO) și o universitate - UNIVERSITATEA BUCUREŞTI, care este Partenerul 1 (P1) și un IMM - SC MGM STAR CONSTRUCT SRL, care este partenerul 2 (P2). Proiectul are caracter interdisciplinar, multidisciplinar și transdisciplinar fiind realizat de către specialiști de înaltă calificare cu expertiză complementară. CO este responsabil cu sinteza chimică a materialelor nanostructurate antimicrobiene, realizarea ţintelor de pulverizare şi caracterizarea produselor din punct de vedere al caracteristicilor fizice, chimice, electrochimice, mecanice şi tribologice. P1 este responsabil cu efectuarea caracterizării biologice a nanomaterialelor dezvoltate prin efectuarea studiilor şi testelor de citotoxicitate şi genotoxicitate pentru evaluarea biocompatibilităţii, a activităţii antimicrobiene şi antibiofilm a materialelor şi acoperirilor nanostructurate. P2 este responsabil cu obţinerea acoperirilor nanostructurate pe substrat de oţel inox prin metodele fizice de depunere în vid menţionate mai sus. În urma activităţilor de dezvoltare experimentală vor fi obținute prototipuri certificate și produse finite de instrumente chirurgicale critice din oțel inox acoperite uniform și omogen, sub formă de mono/multistrat de materiale nanostructurate MeNP/MeONP antimicrobiene cu grosimea inclusă în intervalul 100 nm și 2 μm. Acoperirile preconizate vor avea rezistență ridicată la uzură mecanică, rezistenţă la stres termic, duritate mare, coeficient mic de frecare și aderență bună la substrat. Noile produse vor fi introduse pe piațǎ dupǎ ce vor fi avizate de către Ministerul Sănătății din România. Produsele finite acoperite vor fi la un cost competitiv cu cele neacoperite, contribuind la solicitările mediului socio-economic la nivel mondial și național în domeniul materialelor avansate și al sănătății, cu un impact major în reducerea infecţiilor chirurgicale locale. Protecția cunoștințelor se va face prin cereri de brevete naționale înregistrate la OSIM. Diseminarea rezultatelor se va face pe scară largă prin publicarea de lucrări științifice în jurnale cotate ISI, participarea la evenimente naționale și internaționale, crearea și actualizarea siteului web al proiectului și elaborarea de materiale de diseminare. Echipele de cercetare: Coordonator CO - INCDIE ICPE-CA Bucureşti 1) Lungu Magdalena-Valentina, Dr. Ing., CS I, Director de proiect 2) Enescu Elena, Dr. Ing., CS I, Persoană cheie 3) Pătroi Eros, Dr. Ing., CS I, Persoană cheie 4) Pătroi Delia, Dr. Fiz., CS II, Persoană cheie 5) Ion Ioana, Dr. Ing., CS III, Persoană cheie 6) Iordoc Mihai, Dr. Ing., CS III, Persoană cheie

3 7) Lucaci Mariana, Dr. Ing., CS I, Participant 8) Tsakiris Violeta, Dr. Ing., CS I, Participant 9) Bara Adela, Dr. Ing., IDT I, Participant 10) Leonat Lucia, Dr. Fiz., CS II, Participant 11) Marin Mihai, Drd. Ing., ACS, Participant 12) Grigore Florentina, Drd. Ing. Chim, IDT III, Participant 13) Mitrea Sorina, Ing., IDT I, Participant 14) Marinescu Virgil, Drd. Fiz, CS, Participant 15) Sbarcea Gabriela, Dr. Fiz., CS III, Participant 16) Cîrstea Diana, Dr. Fiz., CS, Participant 17) Brătulescu Alexandra, Ing. Chim., CS, Participant 18) Barbu Paula, Dr. Ing. Chim., CS III, Participant 19) Tălpeanu Dorinel, Dr. Ing., CS III, Participant 20) Radu Lacramioara Elena, Drd. Ing., ACS, Participant 21) Iordache Iulian, Drd. Ing. Fiz., IDT I, Participant 22) Teişanu Aristofan, Drd. Chim., CS III, Participant 23) Stancu Nicolae, Ing., IDT I, Participant 24) Caramitu Alina, Dr. Ing., IDT I, Participant 25) Chiţanu Elena, Dr. Ing., CS, Participant 26) Manta Eugen, Dr. Ing. Chim., CS III, Participant 27) Morari Cristian, Drd. Fiz., CS, Participant 28) Dobrin Silvia, Ec., Participant 29) Hajdu Carmen, Sing., Participant 30) Vlad Dorina, Tehn., Participant 31) Zoicaş Doina, Tehn., Participant 32) Matei Valeria, Tehn., Participant 33) Vicol Nicolae, Munc., Participant 34) Velea Constantin, Munc., Participant 35) Voicu Constantin, Munc., Participant Partener P1 - UNIVERSITATEA BUCUREŞTI, Facultatea de Biologie 1) Chifiriuc Mariana-Carmen, Prof. Dr., CS I, Responsabil de proiect 2) Mihăescu Grigore, Prof. Dr., CS I, Persoană cheie 3) Bleotu Coralia, Dr., CS II, Persoană cheie 4) Măruţescu Luminiţa Gabriela, Dr., Participant 5) Diţu Lia Mara, Dr., Participant 6) Stoica Maria, Participant 7) Gheorghe Irina, Drd., Participant 8) Barbu (Czobor) Ilda, Drd., Participant 9) Sârbu Ecaterina Monica, Participant 10) Curuţiu Carmen, Dr., Participant 11) Popa Marcela, Dr., Participant 12) Constantin Nicoleta, Participant Partener P2 - MGM STAR CONSTRUCT S.R.L. Bucureşti: 1) Sobetkii Arcadie, Drd. Fiz., CSIII, Responsabil de proiect 2) Căpăţînă Valentina, Fiz., CS III, Persoană cheie 3) Sobetkii A. Arcadii, Drd. Ing., CS, Persoană cheie 4) Vişan Mihai, Director General, Participant 5) Gritcu Corneliu, Ing., Participant 6) Stanciu Badea, Ing., Participant 7) Mărăcine Anişoara, Tehn. Proiectant, Participant

4 8) Sobetchi Valentina, Profesor fizică/matematică, Participant 9) Vişan Emilia Cristina, Director Comercial, Participant 10) Diaconu Corina Daniela, Director Economic, Participant 11) Sobetchi Mircea, Tehn., Participant 12) Marinescu Nicolae, Tehn., Participant 13) Ursache Gheorghe, Tehn., Participant 14) Ursache Nicolae, Tehn., Participant Obiectivele proiectului: Obiectivul principal al proiectului constă în cercetarea, dezvoltarea şi implementarea în producție a unor materiale şi acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiană pentru funcţionalizarea biocidă a unor instrumente chirurgicale critice în vederea reducerii infecțiilor chirurgicale locale şi îmbunătăţirii calităţii vieţii. Pentru a atinge obiectivul principal sunt necesare a fi realizate următoarele obiective tehnico-științifice derivate: - Efectuarea unui studiu documentar privind evaluarea metodelor de obținere a materialelor nanostructurate şi a tehnicilor de depunere pentru dezvoltarea acoperirilor nanostructurate. - Proiectarea şi executarea unor modele funcționale (MF) de matrițe de grafit pentru obținerea țintelor de pulverizare prin procedeul de sinterizare în plasmă de scânteie (SPS). - Achiziționarea logisticii de bază necesare pentru realizarea obiectivelor proiectului în timp util. - Realizarea şi caracterizarea modelelor experimentale (ME) de materiale nanostructurate, ţinte de pulverizare şi de acoperiri nanostructurate din punct de vedere al caracteristicilor fizice, chimice, electrochimice, structurale, mecanice, tribologice şi de adeziune, comparativ cu substratul metalic. - Evaluarea proprietăților critice ale acoperirii, cum ar fi stabilitatea, uniformitatea şi aderenţa filmului, coeficientul de frecare, rezistența la uzură şi rugozitatea pentru determinarea celor mai bune caracteristici ale materialelor nanostructurate; Selectarea materialelor şi acoperirilor nanostructurate optime; Demonstrarea funcționalității acoperirilor nanostructurate selectate. - Efectuarea unor studii de citotoxicitate şi genotoxicitate şi elaborarea rapoartelor biologice pentru materialele şi acoperirile nanostructurate testate; Efectuarea screening-ului calitativ şi analiza cantitativă a proprietăților antimicrobiene ale materialelor şi acoperirilor testate; Realizarea unui model experimental pentru studiul in vitro privind dezvoltarea biofilmelor pe substrat inert şi evaluarea influenței materialelor testate asupra creşterii celulelelor planctonice şi dezvoltării biofilmelor; Selectarea materialelor şi acoperirilor nanostructurate cu cele mai bune proprietăţi antimicrobiene pentru aplicaţii medicale, cum ar fi instrumentele chirurgicale critice. - Realizarea şi caracterizarea prototipurilor de materiale nanostructurate, ţinte de pulverizare şi de acoperiri nanostructurate; Certificarea prototipurilor şi elaborarea documentaţiilor tehnice necesare în vederea introducerii pe piață a noilor produse de către utilizatorul final; Realizarea unor produse finite cu acoperiri nanostructurate. - Diseminarea rezultatelor proiectului pe scară largă, pe parcursul şi după finalizarea proiectului, în conformitate cu normativele în vigoare, prin elaborarea, comunicarea şi publicarea de lucrări în jurnale cotate ISI; Creşterea vizibilității cercetării aplicative la nivel național şi internațional prin promovarea noilor produse la diferite evenimente tehnico-științifice; Consolidarea cunoștințelor științifice în domeniul materialelor şi acoperirilor nanostructurate; Configurarea şi actualizarea site-ului web al proiectului ca un sistem de informare accesibil pe internet care alcătuieşte platforma de comunicare şi diseminare pentru partenerii proiectui, cercetătorii interesați şi publicul larg. - Protejarea drepturilor de proprietate industrială în conformitate cu normativele în vigoare, prin elaborarea şi depunerea de cereri de brevet la Oficiul de Stat pentru Invenții şi Mărci (OSIM).

5 Etapele proiectului: Etapa I - Cercetare industrială: studiu documentar privind evaluarea tehnico-ştiințifică a metodelor cunoscute de realizare materiale şi acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiană Parteneri implicaţi: CO, P1, P2, Perioada de realizare a etapei I: Etapa II - Cercetare industrială: studii, realizarea şi caracterizarea modelelor experimentale de materiale nanostructurate, ținte de pulverizare şi acoperiri nanostructurate, demonstrarea funcționalităţii modelului ales, protejarea drepturilor de proprietate industrială Parteneri implicaţi: CO, P1, P2, Perioada de realizare a etapei II: Etapa III - Cercetare industrială şi dezvoltare experimentală parțială: realizarea şi caracterizarea modelelor de materiale şi acoperiri nanostructurate, elaborare specificații tehnice Parteneri implicaţi: CO, P1, P2, Perioada de realizare a etapei III: Etapa IV - Definitivare dezvoltare experimentală: realizarea, caracterizarea şi certificarea prototipurilor de materiale şi acoperiri nanostructurate, realizarea unor produse finite acoperite Parteneri implicaţi: CO, P1, P2, Perioada de realizare a etapei IV: Rezultate preconizate: Studiu documentar; Modele funcţionale (MF) de matriţe din grafit pentru realizarea unor ţinte de pulverizare: minim 3 seturi; Pagina web a proiectului, care se actualizează periodic; Modele experimentale (ME) de materiale nanostructurate: minim 12; Modele experimentale (ME) de ţinte de pulverizare: minim 6; Modele experimentale (ME) de acoperiri nanostructurate: minim 12; Studii citologice şi biochimice; Cereri de brevet de invenţie înregistrate la OSIM: 2; Specificații tehnice materiale nanostructurate: minim 1; Specificații tehnice ţinte de pulverizare: minim 1; Specificații tehnice acoperiri nanostructurate: minim 1; Prototipuri de materiale nanostructurate: minim 1; Prototipuri de ţinte de pulverizare : minim 1; Prototipuri de acoperiri nanostructurate: minim 1; Produse finite acoperite: minim 3; Documentaţie tehnică de certificare a materialelor nanostructurate, ţintelor de pulverizare şi a acoperirilor nanostructurate; Lucrări comunicate la manifestări tehnico-ştiintifice naţionale şi internaţionale: minim 4; Lucrări ISI transmise spre publicare în jurnale cotate ISI: minim 3; Lucrări publicate în jurnale cotate ISI: minim 2. Date de contact: CO: INCDIE ICPE-CA Bucureşti Director de proiect: Dr. Ing. LUNGU Magdalena-Valentina Telefon: , magdalena.lungu@icpe-ca.ro P1: UNIVERSITATEA BUCUREŞTI, Facultatea de Biologie Responsabil de proiect P1: Prof. Dr. CHIFIRIUC Mariana-Carmen Telefon: , carmen_balotescu@yahoo.com P2: MGM STAR CONSTRUCT S.R.L. Responsabil de proiect P2: Drd. Fiz. SOBETKII Arcadie Telefon: , sobetkii@yahoo.com

6 PROGRAMUL PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Finantare: buget Autoritate contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI) Programul: PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Contractor: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA (INCDIE ICPE-CA) Partener 1: UNIVERSITATEA BUCURESTI, Facultatea de Biologie Partener 2: MGM STAR CONSTRUCT SRL RAPORT STIINTIFIC SI TEHNIC - ETAPA I/2014 la Contract 215/ Materiale si acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiana pentru aplicatii medicale (Acronim proiect: INMATCO) Denumirea etapei: Cercetare industriala: studiu documentar privind evaluarea tehnico-stiintifica a metodelor cunoscute de realizare materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana Perioda de derulare a etapei: Activitati / Partenerii implicati in realizarea activitatii: A.I.1. Studiu documentar privind evaluarea tehnico-stiintifica a metodelor cunoscute de realizare materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana / CO, P1, P2 A.I.2. Proiectare si realizare modele functionale de matrite de grafit pentru obtinerea tintelor de pulverizare prin sinterizare in plasma de scanteie / CO A.I.3. Realizarea unor modele experimentale de tinte de pulverizare prin sinterizare in plasma de scanteie si caracterizarea mecanica a acestora / CO A.I.4. Selectarea substratului din otel inox pentru aplicatii medicale si caracterizarea mecanica a acestuia / CO A.I.5. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului / CO, P1, P2 A.I.6. Diseminarea rezultatelor proiectului prin crearea paginii web a proiectului / CO A.I.7. Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa / CO, P1, P2 Rezultate asteptate: Studiu documentar; Desene de executie matrite din grafit; Minim 3 seturi de modele functionale de matrite din grafit (1 set este compus din 2 poansoane, o oala si 2 piese de centrare); Minim 5 modele experimentale de tinte de pulverizare; Pagina web a proiectului; Raport de etapa Colectiv de lucru: CO: INCDIE ICPE-CA Director de proiect: Dr. Ing. Magdalena Lungu Membri CO: Dr. Ing. Ioana Ion Dr. Ing. Mariana Lucaci Dr. Ing. Violeta Tsakiris Ing. Alexandra Bratulescu Drd. Fiz. Diana Cirstea Drd. Ing. Dorinel Talpeanu Drd. Ing. Florentina Grigore Ing. Nicolae Stancu Dr. Ing. Delia Patroi Ec. Silvia Dobrin Sing. Carmen Hajdu Tehn. Dorina Vlad Tehn. Doina Zoicas Munc. Valerica Matei Munc. Nicolae Vicol Munc. Dan Neagu Munc. Voicu Constantin P1: UNIVERSITATEA BUCURESTI Responsabil de proiect: Prof. Dr. Chifiriuc Carmen Membri P1: Drd. Popa Marcela Drd. Barbu (Czobor) Ilda Dr. Ditu Lia-Mara Dr. Bleotu Coralia Stoica Maria Sarbu Ecaterina 1 P2: MGM STAR CONSTRUCT SRL Responsabil de proiect: Drd. Fiz. Sobetkii Arcadie Membri P2: Drd. Fiz. Sobetkii A. Arcadii Fiz. Capatana Valentina Ec. Diaconu Corina Daniela Ing. Gritcu Corneliu Visan Mihai Ec. Visan Emilia Cristina

7 Rezumatul etapei de executie In cadrul acestei etape au fost efectuate activitati de cercetare industriala, care corelate cu activitatile ulterioare de dezvoltare experimentala vor conduce la elaborarea de noi dispozitive medicale din categoria instrumentelor medicale chirurgicale critice invazive, din otel inox, cu suprafata modificata care sa reduca aderenta microbiana si capacitatea de a produce biofilme. Pentru aceasta se vor incorpora la nivel local diversi agenti antimicrobieni pentru prevenirea colonizarii. Capitolul 1 prezinta activitatea A.I.1-Studiu documentar privind evaluarea tehnico-stiintifica a metodelor cunoscute de realizare materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana. Toti partenerii au contribuit la intocmirea unui studiu documentar pe baza datelor din literatura de specialitate, constituit din peste 70 de referinte bibliografice. Prin trecerea in revista a celor mai noi si valoroase rezultate raportate in literatura, referitoare la metodele de obtinere materiale si acoperiri nanostructurate antimicrobiene de tip MeNPs/MeONPs (Me = Ag, Cu; MeO = ZnO, TiO 2, CaO, MgO) s-a urmarit stabilirea unei linii de referinta a proiectului in ceea ce priveste parametrii de sinteza si procesare a materialelor si acoperirilor nanostructurate antimicrobiene. Studiul a evidentiat aspectele tehnico-economice pentru diverse metode fizice (PVD) si chimice de depunere din vapori (CVD) sau din solutii, in special pentru tehnicile care se vor aborda in cadrul proiectului. Astfel au fost descrise succint urmatoarele metode: evaporarea termica, depunerea fizica de vapori cu fascicul de electroni (EBPVD), depunerea cu arc catodic (Arc-PVD), depunerea prin pulverizare cu magnetron in curent continuu (DC) si in radiofrecventa (RF), depunerea chimica de vapori asistata de plasma, metoda sol-gel organo-metalica cu alcoxizi metalici in solventi organici si metoda sol-gel anorganica cu saruri de metal in solutii apoase (cloruri, oxicloruri, azotati, etc.). Studiul a demonstrat particularitatile fiecarei metode, impreuna cu avantajele, cat si limitarile acestora, fiind identificati parametrii de lucru, precum si cerintele pe care trebuie sa le indeplineasca tintele de pulverizare metalice si ceramice. Capitolul 2 este destinat activitatii A.I.2-Proiectare si realizare modele functionale de matrite de grafit pentru obtinerea tintelor de pulverizare prin sinterizare in plasma de scanteie (SPS). Pentru aceasta, CO a proiectat o matrita de grafit pentru obtinerea de tinte de pulverizare de diametru 50,8 mm prin procedeul SPS, a elaborat desenele de executie a matritei si a realizat 3 seturi de modele functionale de matrite de grafit de inalta densitate pentru obtinerea de astfel de tinte de pulverizare prin SPS. Demonstrarea functionalitatii matritelor a fost efectuata prin realizarea de teste experimentale cu o instalatie SPS, la diverse programe de lucru. Capitolul 3 prezinta activitatea A.I.3-Realizarea unor modele experimentale de tinte de pulverizare prin sinterizare in plasma de scanteie si caracterizarea mecanica a acestora. Activitatea a fost indeplinita de CO, care a elaborat prin procedeul SPS 6 modele experimentale (ME1-ME6) de tinte de pulverizare de diametru 50,8 mm si inaltime 2-3 mm din Ag (ME1), Cu (ME2), ZnO (ME3, ME4) si TiO 2 (ME5, ME6) si le-a caracterizat mecanic prin nanoindentare. ME de tinte au prezentat valori ale duritatii Vickers de HV, ale modulului lui Young de GPa si ale rigiditatii de 0,35-0,68 mn/nm, valori care au depins de tipul de material si parametrii de procesare a tintelor. Capitolul 4 prezinta activitatea A.I.4- Selectarea substratului din otel inox pentru aplicatii medicale si caracterizarea mecanica a acestuia. Activitatea a fost indeplinita de CO, care a selectat pentru substratul din otel inox pentru aplicatii medicale doua marci de otel inox, si anume un otel inox austenitic marca 316L (1.4404) si un otel inox martensitic marca 420 (1.4021). Esantioanele de otel inox selectat testate mecanic au prezentat valori ale rezistentei la incovoiere de 1274 MPa, respectiv de 1712 MPa si ale duritatii Vickers de 495±69 HV, respectiv de 513±66 HV, valori ce indica o stare dura a otelurilor. Capitolele 5-7 prezinta activitatile A.I.5. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului (CO), P1, P2, A.I.6. Diseminarea rezultatelor proiectului prin crearea paginii web a proiectului (CO) si A.I.7. Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa (CO, P1, P2), in care partenerii proiectului printr-un management eficient au achizitionat o parte din logistica necesara si au elaborat raportul de etapa. In vederea diseminarii pe scara larga a rezultatelor proiectului si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului a fost creata si actualizata pagina web a proiectului: In urma indeplinirii activitatilor A.I.1-A.I.7 s-au obtinut urmatoarele rezultate: studiu documentar; desene de executie matrite din grafit; trei seturi de modele functionale de matrite din grafit; sase modele experimentale de tinte de pulverizare; pagina web a proiectului; raport de etapa. Avand in vedere cele de mai sus se considera oportuna continuarea lucrarilor de cercetare industriala din etapa urmatoare, cu activitati de studii, realizare si caracterizare modele experimentale de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare optimizate si acoperiri nanostructurate, demonstrarea functionalitatii modelului ales si protejarea drepturilor de proprietate industriala. 2

8 Descrierea stiintifica si tehnica Capitolul 1. Studiu documentar privind evaluarea tehnico-stiintifica a metodelor cunoscute de realizare materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana 1.1. Introducere Aderenta microbiana la un anumit substrat, urmata de colonizarea acestuia si formarea biofilmelor poate avea un impact negativ in nenumarate domenii, de la cel industrial la cel medical, iar intelegerea mecanismelor de aderenta si formare a biofilmelor este esentiala pentru instituirea unor masuri de prevenire si combatere eficiente [1]. Biofilmul este definit ca o comunitate de celule microbiene atasate ireversibil la un substrat, la o interfata sau unele de altele, inglobate intr-o matrice exopolizaharidica sau polimerica produsa de aceste celule [2, 3]. Cantitatea de matrice extracelulara creste o data cu varsta biofilmului si contribuie la rezistenta acestuia fata de agenti antimicrobieni, impiedicand acumularea antibioticelor in interiorul biofilmului. In unele cazuri rezistenta la antibiotice a microorganismelor incluse in biofilm poate fi chiar de 1000 de ori mai mare in comparatie cu cele planctonice, generand infectii cronice, greu de tratat [1], [4-8]. Biofilmele microbiene sunt implicate in generarea infectiilor cronice, persistente, greu de tratat, consecutiv formarii biofilmelor pe tesuturi sau pe dispozitive medicale [9]. Aderenta agentilor patogeni la suprafata dispozitivelor medicale este considerata o etapa esentiala a procesului infectios [10]. In prezent, se urmareste dezvoltarea de noi dispozitive medicale cu suprafata modificata care sa reduca aderenta microbiana si capacitatea de a produce biofilme, precum si incorporarea la nivel local a unor agenti antimicrobieni pentru prevenirea colonizarii. Una dintre directiile de cercetare privind aplicatiile biomedicale ale nanoparticulelor este obtinerea unor materiale si acoperiri nanostructurate care sa previna sau sa reduca aderenta si dezvoltarea biofilmelor microbiene, reducand astfel riscul aparitiei infectiilor asociate dispozitivelor medicale din categoria instrumentelor medicale chirurgicale critice, invazive, din otel inox si sa imbunatateasca calitatea vietii, fara alterarea proprietatilor otelului inox utilizat ca substrat. In plus, acoperirile antimicrobiene netoxice vor diminua problemele legate de coroziunea suprafetelor indusa de contactul cu diferite substante biocidale agresive si toxice utilizate la dezinfectarea si sterilizarea instrumentelor medicale, vor contribui la reducerea alergiilor cauzate de Cr si Ni din oteluri si vor preveni sau reduce infectiile chirurgicale locale superficiale si de adancime datorate utilizarii necorespunzatoare a instrumentelor medicale. Acoperirile antimicrobiene active de oxizi metalici (MeO) anorganici, cum ar fi ZnO, TiO 2, MgO, CaO, etc sunt foarte promitatoare in ceea ce priveste aplicatiile biomedicale, deoarece acesti oxizi contin elemente minerale esentiale pentru om [11]. Filmele nanocompozite de tip MeNPs/MeONPs constituite din nanoparticule metalice (MeNPs) inglobate in matrici de oxizi metalici (MeONPs) sau filme de MeNPs depuse pe filme de MeONPs, unde Me = Ag, Cu, etc., MeO = ZnO, TiO 2, MgO, CaO, etc. sunt de mare interes datorita proprietatilor functionale deosebite combinate cu cele antimicrobiene si antibiofilm [12], deoarece o suprafata functionalizata bacteriostatic impiedica si previne colonizarea si proliferarea bacteriana. In cazul produselor biomedicale supuse la uzura, incorporarea AgNPs in compusi de Ti poate modifica proprietatile acestora, actionand ca un lubrifiant solid [13]. Principalii factori care influenteaza activitatea antimicrobiana a MeNPs, etc sunt: dimensiunea, forma si concentratia particulelor. Pe langa acesti factori, la TiO 2 apare si influenta structurii cristaline (anatas, rutil, brookit, etc.). In plus, TiO 2 NPs si ZnONPs prezinta proprietati fotocatalitice excelente care imbunatatesc eficienta antimicrobiana si antibiofilm [14]. Scopul acestei etape a fost elaborarea unui studiu documentar privind evaluarea tehnico-stiintifica a metodelor cunoscute de realizare materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana, prezentarea metodelor de bioevaluare a activitatii antimicrobiene si a biocompatibilitatii materialelor si acoperirilor nanostructurate, proiectarea si realizarea unor modele functionale de matrite de grafit pentru obtinerea tintelor de pulverizare prin procedeul de sinterizare in plasma de scanteie (SPS), realizarea unor modele experimentale de tinte de pulverizare prin SPS si caracterizarea mecanica a acestora, selectarea substratului din otel inox pentru aplicatii medicale si caracterizarea mecanica a acestuia Metode de realizare materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana Materialele si acoperirile nanostructurate de tip MeNPs/MeONPs se pot obtine prin metode fizice si chimice. In general, metodele de acoperire pot fi impartite in metode uscate (vid) si umede (solutii) [15]. Metodele uscate sunt clasificate in doua subtipuri: metode fizice de depunere din vapori (PVD) in vid si in plasma si metode chimice de depunere din vapori (CVD), iar metodele umede sunt metode chimice de 3

9 depunere din solutii, cum ar fi sol-gel, auto-asamblare chimica sau polielectrolitica, depunerea electrochimica, etc. Procesele PVD functioneaza intr-un mediu cu vid inaintat, uzual la temperaturi cuprinse intre temperatura camerei si 600 C. Materialul extrem de pur de acoperire din tinta (metale, ca Ag, Cu, Zn, Ti, Mg, Ca, etc. sau oxizi metalici, ca ZnO, TiO 2, MgO, CaO, SiO 2, etc.) va fi dizolvat, fie sub influenta caldurii (evaporare), fie pulverizat prin bombardare cu ioni (sputtering) si transportat printr-un proces fizic (ablatie, pulverizare) pe un substrat, formand un film, fara a avea loc vreo reactie chimica. Compozitia poate fi usor mentinuta de la tinta la film, desi grosimea acoperirii poate varia de la nanometri la cativa milimetri. Depunere chimica din faza de vapori (CVD) este un proces chimic in care suportul este expus la unul sau mai multi precursori volatili care reactioneaza si/sau se descompun pe suprafata substratului pentru a produce depunerile dorite. Depunerea CVD se poate defini ca depunerea unui material solid din faza de vapori pe o suprafata incalzita. Aceste metode presupun formarea unui strat stabil pe un substrat prin reactia componentelor chimice in starea gazoasa, utilizand o energie de activare. Deoarece PVD cuprinde procese secventiale de coliziune, adsorbtie, precum si depunerea de particule si/sau clustere in linie, pot sa apara dificultati in cazul acoperirilor partii din spate a substratului sau in interiorul pieselor complexe prevazute cu gauri. In mod contrar, procesul CVD insoteste reactiile chimice ale gazelor sursa si are loc in locuri in care pot patrunde gazele. CVD nu este un proces liniar, are o aderenta buna si o acoperire conforme. Cu toate acestea, CVD este un proces activat termic, astfel incat este nevoie de o temperatura ridicata. Ca urmare, este dificil de utilizat procesul CVD pentru acoperirea pe substraturi nerefractare, cum ar fi metalele cu temperaturi mici de topire, dar poate fi utilizata pentru a prepara filme ceramice refractare stabile termic chiar pe suporturi cu forme complexe, dar pe suprafete relativ mici de depunere [16]. Un dezavantaj major al procesul CVD il constituie pericolele cauzate de gaze (toxice, explozibile, inflamabile sau corozive, care pot polua mediul). Tabelul 1.1. prezinta caracteristicile unor procese de depunere atomica [15]. Procesul de depunere Caracteristica Mecanismul de producere a speciilor de depunere Viteza de depunere Tabelul 1.1. Caracteristicile unor procese de depunere atomica [15]. Evaporare termica Pulverizare Depunere chimica din vapori Energie termica Transfer de moment cinetic Reactie chimica Inalta si foarte inalta: uzual 1-2 µm/min; max. 75 µm/min Joasa pana la medie foarte inalta: uzual 0,01 µm/min; cu exceptia metalelor pure (de ex. Cu - 1 µm/min) Medie: uzual 0,02-0,25 µm/min, mai mare in procesele asistate de plasma si fascicule de particule Specii de depunere Atomi si ioni Atomi si ioni Atomi Uniformitatea acoperirii substraturilor cu suprafete plane de dimensiuni mari Dependenta de geometria sistemului de evaporare Buna Puterea de patrundere pentru: - substraturi cu forme complexe - gauri mici, infundate Depunerea metalelor Depunerea aliajelor Depunerea compusilor refractari Energia speciilor de depunere Bombardamentul substratului/ stratului depus, cu ioni de gaz inert Slaba, din cauza umbririi geometrice Slaba Da Da Da Joasa: ~0,1-0,5 ev In mod normal, nu Buna, dar grosime neuniforma Slaba Da Da Da Poate fi inalta: ev Da sau nu, in functie de geometria siste-mului de pulverizare Dependenta de geometria reactorului, presiunea si temperatura de lucru Alegerea unei anumite metode depinde de: cerintele pentru proprietatile stratului subtire, temperatura maxima pe care o poate suporta substratul, compatibilitatea procedeului cu procesele aplicate substratului inainte si dupa depunere si nu in ultimul rand costurile de productie, eficienta si fabricarea pe scara larga a produselor [17]. In continuare se prezinta avantajele si dificultatile sau complexitatea unor metode de acoperire cum ar fi evaporarea termica, EBPVD - depunerea fizica de vapori cu fascicul de electroni, Arc-PVD - depunerea cu arc catodic (Plasmatron), depunerea prin pulverizare cu magnetron in curent continuu (DC) si in 4 Buna Limitata Da Da Da Poate fi inalta in procesele asistate de plasma si fascicule de particule Posibil Perturbarea interfetei de crestere In mod normal, nu Da Da Incalzirea externa a substratului in In mod normal, da In general, nu Da timpul depunerii

10 radiofrecventa (RF) si depuneri prin metoda sol-gel, care sunt luate in considerare de catre partenerii proiectului pentru a fi utilizate in realizarea obiectivelor proiectului Metode fizice de depunere din vapori in vid (PVD) Evaporarea termica in vid Evaporarea termica in vid este procedeul de depunere a straturilor subtiri in vid in care materialul, aflat in stare solida este adus in stare de vapori ca urmare a incalzirii in vid pana la temperatura de evaporare, urmat de recondensarea vaporilor pe substratul aflat la o temperatura mai scazuta. Pentru ca evaporarea termica sa aiba loc, materialul este incalzit prin efect Joule cu ajutorul unui curent electric sau curenti de inalta frecventa, bombardament cu fascicul ionic sau electronic de energie mare, de ordinul KeV (fascicol cu electroni), arc electric, etc. La incalzire, unele materiale, cum ar fi Mg, Mn, Ca, Cr, SiO, SnO 2, WO 3, In 2 O 3, etc., trec direct in faza de vapori, avand loc procesul de sublimare. Evaporarea termica poate fi realizata prin incalzirea materialului (topire sau sublimare) din evaporatoare cu rezistenta termica mare (W, Ta, Mo). Acest procedeu permite evaporarea materialelor cu temperaturi de evaporare sub temperatura de topire a materialului evaporatorului. Pentru materiale cu temperaturi de evaporare mai mare este folosita metoda de incalzire indirecta, preponderent metoda EBPVD - depunerea fizica de vapori cu fascicul de electroni, din creuzete de W, Ta, Mo, C, Al 2 O 3, ThO 2, ZrO 2, etc. cu racire fortata. Tipul si materialul evaporatoarelor si a creuzetelor este ales in functie de temperatura necesara si de conditia ca materialul evaporatorului sa nu intre in reactie cu materialul evaporat, care poate duce la impurificarea acoperirilor. Avantaje: metoda versatila; viteze mari de depunere (0,1-75 μm/min), la temperaturi relativ scazute ale substratului, cu randament foarte ridicat de utilizare a materialului; se pot obtine structuri mono/multistrat omogene, stabile, uniforme, cu o aderenta buna la substrat si cu geometria dorita. Dezavantaje: se pot obtine filme poroase, deoarece filmele depuse prin EBPVD cresc cu o microstructura columnara, de densitate mica si cu indice de refractie scazut; temperatura maxima de evaporare ~2000ºC; din cauza riscului descompunerii in timpul evaporarii, pentru aliaje si materiale compozite se folosesc metode speciale; posibilele fluctuatii ale parametrilor tehnologici conduc la neomogenitati in compozitia chimica si structura cristalina a filmului; neregularitatile suprafetei pot cauza efecte de umbrire. Prin evaporarea termica in vid se pot depune materiale antimicrobiene de tip Me (Ag, Cu, etc.) si prin EBPVD se pot depune MeO (ZnO, TiO 2, MgO, CaO) pe substraturi de sticla, otel, etc. (Tabelul 1.2) [20, 21]. Tabelul 1.2. Materiale de tip Me (Ag, Cu) si MeO (ZnO, TiO 2, MgO, CaO) care se depun prin evaporare termica in vid. Temperatura Densitatea Temperatura [ºC] la Material de [g/cm 3 ] presiunea de vapori [torr] topire [ºC] Ag ,49 574/ 685/ 832/ Cu , Metoda de evaporare EBPVD, 5 termica EBPVD, termica Material Material creuzet nacela Al 2 O 3, Mo Al 2 O 3, Mo, Ta Observatii Mo, Ta Se evapora bine din orice sursa W, Mo Se evapora bine din orice sursa; filmele au aderenta slaba; se poate folosi un strat intermediar, ca de ex. Cr ZnO , ~1800 EBPVD C W, Mo Se recoace in aer la 450ºC pentru a se reoxida TiO 2 (rutil) , ~1300 EBPVD C, VC W, Mo Se evapora in 10-4 torr in atmosfera de O 2 pe substrat incalzit la 350ºC MgO , EBPVD C, Al 2 O 3 W Formeaza oxizi volatili cu W CaO , ~1700 EBPVD ZrO 2 W, Mo Formeaza oxizi volatili cu W si Mo Depunerea in plasma cu arc catodic - Arc-PVD (Plasmatron) Depunerea cu arc catodic sau Arc-PVD este o metoda de depunere fizica in care un arc electric de joasa tensiune si curent mare este folosit pentru a vaporiza materiale de la o tinta catod. Materialul vaporizat condenseaza apoi pe substrat. Tehnica poate fi utilizata pentru a depune straturi metalice, ceramice si compozite. De asemenea metoda este folosita pentru a obtine depuneri de nitruri, carburi, oxizi din catozi metalici cu proprietati de durificare si coeficienti redusi de alunecare. Materialul ionizat este accelerat catre substrat de tensiunea bias negativa (potentialul dezvoltat pe tinta in timpul aprinderii plasmei), care este aplicat acestuia. Ionii de metal intra in reactie cu gazul reactiv (oxigen sau azot) introdus si bombardeaza cu o energie mare ( ev) piesele care urmeaza a fi acoperite si se depun sub forma unui strat de acoperire subtire, foarte aderent [23].

11 Avantaje: viteze ridicate de depunere (~ 0,02-0,05 µm/min); materialul vaporizat este ionizat in proportie de 30-90%, atomii materialului fiind ionizati de mai multe ori; se obtin acoperiri dense, uniforme, cu aderenta buna si rezistenta ridicata la uzura si coroziune; se pot obtine structuri mono/multistrat de o calitate foarte buna la temperaturi de procesare relativ scazute (<100ºC); se pot evapora mai multe compozitii de metale, fara a se schimba compozitia tintei solide ramase; catozii pot fi plasati in orice pozitie (orizontala, verticala, cu susul in jos), ceea ce face posibil un design flexibil al instalatiei de depunere [24]. Dezavantaje: se utilizeaza un numar limitat de materiale pentru tinte - numai metale (fara oxizi) - care nu au o temperatura prea scazuta de evaporare; datorita densitatilor de curent ridicate o anumita cantitate din materialul tintei este ejectat ca picaturi lichide mici [24]. Literatura mentioneaza acoperiri de TiO 2, ZnO, TiN, CrN, etc. obtinute cu succes prin Arc-PVD Metode si tinte de pulverizare Pulverizarea este fenomenul fizic de expulzare a atomilor de la suprafata unui material solid, ca urmare a bombardarii acestuia cu particule energetice. Ca particule energetice de bombardament se pot utiliza: atomi neutri, care poseda o energie intre 10 ev si 40 ev, electroni de foarte inalta energie, neutroni, ioni etc. De obicei se folosesc ioni de gaz inert (ioni pozitivi), cel mai adesea fiind folosit argonul [38] Pulverizarea catodica Metoda de depunere fizica prin pulverizare este un proces prin care atomii sunt ejectati dintr-un material solid, tinta, datorita bombardament cu particule energetice. Ca particule energetice de bombardament se pot utiliza atomi neutri, electroni de foarte inalta energie, neutroni si ioni. In cazul utilizarii ionilor pozitivi de gaz inert (de regula argon) ca particule de bombardament, sursa de generare a acestora este descarcarea luminiscenta, iar fenomenul fizic de pulverizare are denumirea de pulverizare catodica. Accelerarea si cresterea energiei ionilor pozitivi de bombardament se realizeaza prin polarizarea tintei la un potential negativ de pana la 5 kv [28]. Avantaje: procedeu utilizat pentru depunerea straturilor magnetice, realizarea peliculelor criogenice, depunerea materialelor greu fuzibile; depunerea aliajelor si a substantelor compuse; uniformitate de grosime foarte buna a stratului depus, datorita geometriei plan-paralele; acoperirea substraturilor cu neregularitati, mai ales daca acestea sunt polarizate cu potential negativ (de la -10 V la -100 V); aderenta mare a stratului depus, datorita curatirii substraturilor prin bombardament ionic. Dezavantaje: viteza de depunere redusa (0,001-0,01 µm/min) in conditiile unei tensiuni ridicate (de peste ~1000 V), respectiv la presiuni mari (de peste ~1 Pa) ale atmosferei gazului descarcarii; instalatii de depunere scumpe; material de depunere disponibil sub forma de placi Pulverizare in plasma - PAVD In cazul metodei de pulverizare asistata de plasma (PAVD), particulele energetice reprezinta ioni de gaz inert, de obicei de argon. Formarea si accelerarea fluxului de ioni pentru pulverizare se produce prin generarea unei plasme in descarcare luminiscenta intre tinta de pulverizare, ce constitue sursa de generare a materialului de depunere si piesa pe care se obtine depunerea. Avantaje: presiunea in incinta de 100 ori mai mica decat la pulverizarea catodica obisnuita, rezultand straturi curate, fara incluziuni de gaze; viteza ionilor incidenti de ori mai mare, rezultand o curatare foarte eficienta a substratului; se pot obtine straturi subtiri de mare calitate din materiale si combinatii de materiale care nu pot fi procesate decat cu mari dificultati prin alte metode, putand fi folosite mai multe tinte pentru obtinerea de straturi ale substantelor compuse, prin pulverizarea simultana a componentelor sau multistraturi ale substantelor elementare pulverizate succesiv, viteza de pulverizare a fiecareia fiind riguros controlata prin reglarea tensiunilor negative aplicate pe tinte; se pot obtine structuri mono/multistrat, cu grosime controlata a straturilor subtiri care pot prezenta caracteristici morfologice si structurale diverse. Dezavantaje: viteza mica de depunere (0,01-0,1 µm/min); calitatea acoperirilor depinde de marimea si forma spotului, energia speciilor continute in plasma si distanta de separare tinta-colector; daca distanta este prea mica, plasma devine prea energetica si produce o distributie mare de defecte si distrugerea structurii depuse; instalatii de depunere foarte scumpe; material de depunere disponibil sub forma de placi Pulverizare catodica cu magnetron Deoarece descarcarea luminiscenta anormala, utilizata la pulverizarea catodica constitue o sursa de ioni ineficienta (numai cateva procente din atomii de gaz se ionizeaza) s-a dezvoltat metoda de mentinere a descarcarii in camp magnetic axial - magnetron. Magnetii ce creaza campul magnetic din fata catodului sunt astfel pozitionati incat sa existe cel putin o regiune in fata catodului in care locul geometric al liniilor campului magnetic, paralel la suprafata tintei, este o curba inchisa [28]. 6

12 Pulverizarea in regim magnetron se poate face cu unul sau mai multe magnetroane si se realizeaza prin bombardarea intensa a catozilor magnetroanelor cu ioni proveniti dintr-o descarcare alimentata cu tensiune continua, de radiofrecventa (RF) sau in impulsuri bipolare, intr-un gaz nobil (argon). Particulele pulverizate din catodul magnetronului sunt atomi ai materialului, metal sau ceramica, din care este confectionat catodul magnetronului. In catod sunt incorporati magneti permanenti sau electromagneti, generatori ai unui camp magnetic perpendicular pe campul electric in apropierea catodului. Particulele pulverizate nu sunt influentate de campurile electric si magnetic din fata acestuia, deplasandu-se sub forma unui flux de vapori spre interiorul camerei de depunere, unde sunt amplasate substraturile pe care urmeaza sa creasca stratul subtire format din atomi ai materialului pulverizat din catod sau compusi ai acestuia, daca in camera de depunere se introduc si gaze reactive, cum ar fi azot pentru nitruri si oxigen pentru oxizi [30]. Parametrii de baza ai pulverizarii catodice cu magnetron sunt: tensiunea intre electrozi (tensiunea anod-catod), curentul (sau densitatea de curent) in descarcare, respectiv puterea medie disipata in descarcare, marimea inductiei campului magnetic si presiunea de lucru [38]. Sistemul magnetron alimentat DC permite depuneri de metale si unele materiale semiconductoare. Pentru depuneri de materiale dielectrice, ceramice si semiconductoare este folosita alimentarea in RF pentru eliminarea potentialului de suprafata ce apare la depunerile de materiale dielectrice. Marimi de proces: presiunea globala si partiala a gazelor din camera de pulverizare, debitele gazelor (inert si reactiv), distanta tinta-substrat, grosimea stratului depus pe substrat, gradul de acoperire a tintei si a substratului, parametrii plasmei (densitatea si temperatura ionilor si electronilor din plasma), intensitatea spectrala, intensitatea curentului/tensiunea/puterea de descarcare, debitul de evacuare, etc. Avantaje: tinta este racita cu apa si ca urmare se genereaza putina caldura prin radiatie; aproape orice material metalic din care este confectionata tinta poate fi pulverizat fara descompunerea acestuia; materialele neconductoare pot fi pulverizate prin utilizarea de putere de radio frecventa (RF) sau medie frecventa (MF); acoperirile de oxid pot fi pulverizate (pulverizare reactiva); acoperiri pulverizate foarte bune (fara picaturi); se obtin straturi subtiri uniforme si omogene la temperaturi scazute in conditii de procesare controlate; se pot realiza depuneri pe suprafete mari la temperaturi scazute ale substratului, care minimizeaza redistribuirea impuritatilor; catozii (de pana la 2 metri lungime) pot fi pusi in orice pozitie, rezultand flexibilitate in proiectarea instalatiilor de pulverizare; metoda este fezabila si se poate utiliza pe scara larga in productie [31]. Dezvantaje: viteza lenta de depunere si densitatea mica a plasmei (~ 5%) in comparatie cu procedeul Arc-PVD; aderenta acoperirii si densitatea straturilor pulverizate pot fi mai mici decat la cele obtinute prin Arc- PVD; gradul mic de ionizare a plasmei in zona substraturilor (uzual 5x10-6 ) poate duce uneori la aparitia unor defecte si tensiuni mecanice in strat, care influenteaza negativ proprietatile stratului; gradul scazut de utilizare a materialului tintei, datorita formarii unei zone de eroziune, unde se concentreaza plasma si este pulverizat mai mult material decat in restul zonelor de pe suprafata tintei. Prin alegerea corespunzatoare a parametrilor de proces se pot obtine structuri mono/multistrat de tip MeNPs/MeO omogene ca grosime si compozitie, cu dimensiunea, forma si distributia controlata a MeNPs pe filme de MeO stabile, uniforme, cu o aderenta buna la substrat si cu geometria dorita. Din cele prezentate anterior, se poate trage concluzia ca se pot obtine filmele subtiri calitative de MeNPs/MeO depuse pe diverse substraturi. Calitatea filmelor depinde puternic de metoda si conditiile de depunere, precum si de tratamentul termic post depunere. Proprietatile lor se pot schimba in functie de natura si cantitatea de MeNPs, absorbtia/pierderea de oxigen pe durata depunerii filmului, timpul si temperatura de depunere, realizarea tratamentului termic sau a depunerii intr-o atmosfera reducatoare. Varierea conditiilor de lucru influenteaza calitatea straturilor subtiri si proprietatile antibacteriene [40] Tinte de pulverizare [41] Tintele de pulverizare reprezinta placi sub forma de discuri, patrate sau drepunghiuri (in dependenta de forma sursei de pulverizare) cu grosimi cuprinse intre 2-10 mm (grosimea este dictata de transferul termic al materialului). Tintele necesita un contact termic foarte bun cu catodul si in majoritatea cazurilor (pe langa contact mecanic) necesita lipire cu indiu sau adeziv conductor termic pe baza de pulberi de argint, pentru a se realiza un sistem stabil mecanic (in cazul materialelor fragile) sau pentru a se reduce costurile materialelor scumpe din care este confectionata tinta. Un dezavantaj al tintelor ceramice il reprezinta faptul ca majoritatea materialelor ceramice nu sunt conductoare si nu pot fi folosite cu sursa de putere in DC. Folosirea cu sursa de putere in RF induce o viteza de pulverizare mica. Alt dezavantaj il reprezinta costul ridicat de productie al tintelor ceramice [42]. De exemplu, Kurt J. Lesker Company Ltd. (UK) comercializeaza tinte de diametru 2" (50,8 mm) si grosime 0,125" (3,175 mm) din ZnO (99,9 % si 99,999 %) la pretul de 450 si 480, din MgO (99,95 %) la pretul de 686, din TiO 2 (99,9 % si 99,99 %) la pretul de 303 si 488, fata de tintele metalice din Ag 7

13 (99,99 %) la pretul de 194 si de Cu (99,99 % si 99,999 %) la pretul de 75 si 120 [43]. Criteriile pentru alegerea metodei de depunere includ durata de viata si modul de utilizare a tintei, reciclarea materialelor si durata de depunere sau stabilitatea procesului de pulverizare in timpul folosirii tintei Metode chimice de obtinere materiale si acoperiri nanostructurate din solutie Metodele de sinteza chimica in solutii includ tehnici specifice chimiei coloidale, metodelor hidrotermale, sol-gel si alte metode de precipitare. Coloizii metalici nanostructurati se pot obtine prin metode abordate atat "de sus in jos", cat si "de jos in sus". Dintre metodele "de sus in jos" se pot mentiona procesele de depunere in vid, cum ar fi depunerea fizica (PVD) si chimica de vapori (CVD) [47]. Aceste metode sunt destinate in principal la obtinerea pe scara de laborator a straturilor si acoperirilor nanostructurate, dar pot fi folosite si la obtinerea nanoparticulelor prin desfacerea straturilor depuse din colector. Folosirea acestor metode este ineficienta datorita costurilor de productie si a dificultatii in obtinerea de nanoparticule cu o distributie granulometrica stransa. Metodele "de jos in sus" de preparare pe cale chimica umeda a nanoparticulelor se bazeaza pe reducerea chimica a sarurilor metalice, cai electrochimice sau descompunerea controlata de compusi organometalici metastabili [48]. Metodele chimice de depunere a materialelor nanostructurate pe cale umeda, din solutii, ofera alternative eficiente si competitive cu metodele traditionale de depunere din stare solida, cum ar fi evaporarea termica, pulverizarea, depuneri fizice si chimice din vapori si epitaxie cu fascicul molecular. Sinteza nanomaterialelor pe cale chimica prezinta urmatoarele avantaje: obtinerea directa a unor materiale noi sub forma de componente finale, extinderea la fabricatii pe scara mare si realizarea de randamente mari. Sintezele chimice permit manipularea si amestecarea materialelor la nivel molecular, ceea ce ar putea asigura grade foarte avansate de omogenitate. Dezavantajele metodelor chimice de sinteza a nanopulberilor metalice constau in faptul ca, pe parcursul procesarilor exista pericolele majore de impurificare, de formare a aglomeratelor de particule care altereaza calitatea produselor finale, si existenta reala a periculozitatii reactiilor si a toxicitatii reactivilor. Tabelul 1.3 prezinta metodele chimice uzuale de obtinere acoperiri nanostructurate si compararea caracteristicilor principale ale filmelor subtiri produse. Aceasta clasificare poate fi de ajutor in alegerea tehnicii de depunere potrivite pentru un anumit material si pentru o anume aplicatie, deoarece proprietatile materialelor nanostructurate, produse prin diferite metode chimice variaza foarte mult. Tabelul 1.3. Metodele chimice uzuale de obtinere acoperiri nanostructurate si compararea caracteristicilor principale ale filmelor subtiri produse [49]. Metoda Adeziune Stabilitate termica Proprietati mecanice Electrodepunere Buna Inalta, dependentade Rezonabila material Sol-gel Buna Inalta, dependenta de Buna material Auto-asamblare Puternica ~Slaba, dependenta de Rezonabila chimica materialele organice Electrostatica (sau Auto-asamblare polielectrolitica) Acoperire prin centrifugare Puternica folosite ~Slaba, dependentade polielectrolitul folosit Rezonabila Precizia grosimii ~Slaba (zeci de nm) ~Slaba (zeci de nm) Foarte inalta (zecimi de nm) Inalta (domeniu nanometric) Slaba Slaba Slaba ~Slaba (zeci de nm) Nivelul de ordonare Policristalin Amorf sau policristalin Foarte inalta - ordonare 2D Buna ordonare strat cu strat Amorf sau policristalin Compatibilitatea industriala Foarte buna Foarte buna Rezonabila Rezonabila Foarte buna Metoda sol-gel Prin metoda sol-gel se pot sintetiza atat nanoparticule pure, stoechiometrice si monodisperse de oxizi metalici, precum si filme subtiri. Metoda sol-gel este aplicata preferential la obtinerea pulberilor ceramice. La pulberile astfel sintetizate, functie de tehnica folosita, poate fi necesar un tratament termic ulterior de deshidratare, de indepartare a componentelor organice si o cristalizare controlata pentru a forma oxizii cu structura si dimensiunile cristalitelor dorite. Functie de natura precursorilor utilizati la obtinerea gelurilor, metoda sol-gel se clasifica in: metoda organo-metalica cu alcoxizi metalici in solventi organici; metoda anorganica cu saruri de metal in solutii apoase (cloruri, oxicloruri, azotati, etc.), care desi este mult mai ieftina si mai facila de manipulat decat cea cu alcoxizi, prezinta dezavantajul ca reactiile sunt mult mai greu de controlat. 8

14 Metoda organo-metalica Hidroliza alcoxizilor (metoda organo-metalica) reprezinta calea cea mai comuna pentru prepararea particulelor de oxizi metalici (MeO = TiO 2, ZnO, MgO, CaO, SiO 2, ZrO 2, etc.). Alcoxizii sunt compusi in care cationii metalici sunt legati de o unitate hidrocarbonat prin intermediul oxigenului. Formula generala a unui alcoxid este M(OR)z, unde M = orice cation metalic, OR este o grupare alcoxidica (R = metil, etil, propil, butil sau alte grupe alchil) si Z este valenta sau starea de oxidare a metalului. Reactia sol-gel incepe cu hidroliza alcoxizilor intr-o solutie de amestec de apa cu alcool, in prezenta unui catalizator, sub agitare, urmata de reactii de policondensare, asa cum se prezinta mai jos [49]: M O H + H 2 O M OH + R OH (hidroliza) M OH + HO M M O M + H 2 O (condensarea apei) M O R + HO M M O M + R OH (condensarea alcoolului) Succesiunea acestor reactii implica urmatoarele transformari ale precursorilor in mediu apos: hidroliza polimerizare nucleatie crestere Ca rezultat al condensarii speciilor partial hidrolizate intr-o retea polimerica tri-dimensionala se formeaza un gel, ale carui proprietati sunt influentate de urmatorii parametrii de proces: natura si puritatea precursorului, solventului si catalizatorului, concentratia reactantilor, continutul de apa si catalizator (acid sau baza), ph-ul solutiei, temperatura la care se desfasoara procesul de hidroliza si prezenta aditivilor (stabilizatorilor). Alti parametrii importanti care pot influenta materialul obtinut prin metoda sol-gel se refera la imbatranirea (maturarea, adica modificarile structurale in timp, functie de temperatura, solvent si ph-ul solului), precum si la durata si temperatura de uscare a gelului, cand se indeparteaza solventul. Pentru obtinerea de oxizi metalici se folosesc precursori organo-metalici traditionali. Etapele procesului de hidroliza a alcoxizilor in vederea obtinerii pulberilor de oxid metalic (MeO) sunt prezentate schematic in Fig H 2 O Catalizator Precursor M(OR) z Fig Fluxul tehnologic de obtinere a pulberilor de oxid metalic (MeO) prin hidroliza alcoxizilor. Fig. 1.2 prezinta fluxul tehnologic de obtinere filme subtiri prin metode chimice de depunere din solutie [55]. Precursori Soluţia de depunere Sol Agitare Gel Uscare/Calcinare Pulbere de MeO Centrifugare Pulverizare Imersare Film depus Multistrat Film gelifiat Film oxidic amorf Tratament termic Fig Fluxul tehnologic de obtinere filme subtiri prin metode chimice de depunere din solutie [55]. Film cristalizat Tratamentele termice post-procesare imbunatatesc ordinea moleculara si marimea cristalitelor din straturile subtiri. Avantajele metodei sol-gel constau in obtinerea de materiale mono/multi-componente si filme subtiri texturate de oxizi metalici; cu puritate mare, deoarece precursorii alcoxidici pot fi purificati prin distilare sau recristalizare; cu grad avansat de omogenitate; cu porozitate scazuta, prin folosirea unor tratamente si durate de calcinare potrivite. In cazul sistemelor multi-componente se pot introduce cativa componenti intr-o singura etapa, cu un control riguros al formei si al dimensiunii particulelor. Dezavantajele metodei sol-gel: pret de cost ridicat al majoritatii precursorilor alcoxidici; timpi lungi de procesare (>10 ore); emanatii de materiale volatile; contractii ale materialelor; aparitia de tensiuni care conduc la fragmentare; vitezele de uscare necesare pentru evitarea fracturilor limiteaza folosirea gelurilor la obtinerea acoperirilor la care este necesara o grosime mica. Prin hidroliza alcoxizilor, urmata de centrifugare se pot obtine filme de MeO pe diferite substraturi Metoda anorganica Prin metode chimice anorganice, solutiile cu ioni de substante solubile in mediul de reactie se amesteca in anumite conditii de concentratie, ph, temperatura, presiune, atmosfera de reactie, viteza si timp de amestecare etc. pentru obtinerea unui produs insolubil care se poate depune prin precipitare, se poate procesa prin filtrare sau uscare prin pulverizare, pana la pulberea finala. 9

15 Precipitarea unei faze solide din solutii apoase este o tehnica comuna pentru sinteza particulelor fine. In general, procedeul implica reactii in solutii apoase care contin saruri solubile sau suspensii. Sintezele de particule in solutii decurg prin reactii chimice care duc la formarea de nuclee si apoi la cresterea particulelor. Precipitarea include ambele etape care in timpul sintezei se pot suprapune mai mult sau mai putin. Prin aceasta metoda pot fi precipitate particule elementale sau multicomponente. In cazul multicomponentelor este necesar controlul conditiilor de coprecipitare in scopul asigurarii unei omogenitati compozitionale chimice a produsului final. Avantajele metodei sunt: metoda facila si versatila; se poate obtine o gama larga de nanoparticule cu proprietati preconizate si in cantitati mari; se folosesc echipamente simple. Dezavantaje: se pot forma compusi de reactie greu de separat de nanopulberi; pentru productia la scara mare sunt necesare cantitati mari de materii prime care pot fi scumpe. Sinteza unor nanoparticule metalice (Me = AgNPs, CuNPs, etc.) si nano-compozite de tip Me/MeO (MeO = ZnO, TiO 2, CaO, MgO, SiO 2, etc.) cu activitate antimicrobiana (sau bioactive) impune realizarea unor produse bine definite din punct de vedere al concentratiei, formei si dimensiunilor nanoparticulelor, stabilitatii, puritatii, biocompatibilitatii si functionalizarii prin modificarea chimiei suprafetei acestora. Sinteza chimica a MeNPs (Me = AgNPs, CuNPs, etc.) din solutii apoase consta in reducerea ionilor de Ag + sau de Cu + din saruri solubile de argint (azotatul, percloratul, iodura, etc.) sau saruri solubile de cupru (azotatul, clorura, sulfatul, etc.), cu diversi reducatori, si stabilizarea solutiilor obtinute cu anumiti agenti tensioactivi care protejeaza nanoparticulele de Me fata de floculare, prin efecte de chelatare sterica, electrostatica, sau simultan, sterica si electrostatica [60-62]. Capitolul 2. Proiectare si realizare modele functionale de matrite de grafit pentru obtinerea tintelor de pulverizare prin sinterizare in plasma de scanteie Proiectarea desenelor de executie a matritelor de grafit s-a realizat cu programul SolidWorks, tinand cont de faptul ca o matrita de grafit este compusa din urmatoarele subansamble: 1 - poanson (2 bucati identice, din care una este poansonul superior si cealalta este poansonul inferior); 2 - oala (1 bucata); 3 - piesa de centrare (2 bucati identice, din care una este piesa de centrare superioara si cealalta este piesa de centrare inferioara). Realizarea modelelor functionale de matrite de grafit Pe baza desenelor de executie elaborate s-au realizat prin strunjire 3 seturi de matrite de grafit (Fig. 2.1). a) b) c) d) Fig Modele functionale de matrite de grafit de inalta densitate: a) ansamblu matrita SPS, b) oala, c) poansoane, d) piese de centrare. Verificare functionalitatii matritelor de grafit a constat in realizarea prin procedeul SPS a unor modele experimentale de tinte de pulverizare din pulberi metalice (Ag, Cu) si ceramice (ZnO, TiO 2 ). In urma experimentarilor de verificare a functionalitatii matritelor de grafit s-a constatat faptul ca matritele au functionat corespunzator si nu au prezentat defecte sau urme de uzura dupa utilizarea in instalatia SPS, acestea putand fi refolosite pentru realizarea si altor probe sinterizate prin SPS. Capitolul 3. Realizarea unor modele experimentale (ME) de tinte de pulverizare prin sinterizare in plasma de scanteie (SPS) si caracterizarea mecanica a acestora 3.1. Realizarea unor modele experimentale (ME) de tinte de pulverizare prin SPS Modelele experimentale (ME) de tinte de pulverizare au fost realizate de CO sub forma de probe cilindrice de diametru 50,8 mm si inaltime 2-3 mm, utilizand o cantitate de pulberi care a fost introdusa intr-o matrita de grafit de inalta densitate, care a fost plasata intr-o instalatie SPS tip HP D25 (FCT Systeme GmbH, Germania) aflata in dotarea CO. 10

16 Prin procedeul SPS au fost realizate de catre CO sase modele experimentale de tinte de pulverizare de diametru 50,8 mm si inaltime 2-3 mm, notate ME1 tinta din Ag, ME2 tinta din Cu, ME3 tinta din ZnO, ME4 tinta din ZnO, ME5 tinta din TiO 2 si ME6 tinta din TiO 2. Fig prezinta aspectul ME de tinte de pulverizare obtinute prin SPS. a) b) c) d) e) f) Fig ME de tinte de pulverizare obtinute prin SPS: a) ME1 tinta din Ag, b) ME2 tinta din Cu, c) ME3 tinta din ZnO, d) ME4 tinta din ZnO, e) ME5 tinta din TiO 2, f) ME6 tinta din TiO Caracterizarea mecanica a ME de tinte de pulverizare Caracterizarea mecanica a probelor de ME de tinte de pulverizare s-a realizat prin teste de nanoindentare, in conformitate cu standardele ISO :2007, ISO :2007 si ASTM E Testele au constat in determinarea duritatii Vickers, a modulului lui Young si a rigiditatii de contact elastic (S) a probelor investigate, la temperatura camerei, din curbele de indentare prin metoda de calcul Oliver&Pharr, cu un echipament Micro-Combi Tester (CSM Instruments, Elvetia), dotat cu modul de nanoindentare (NHT) cu un indentor Berkovich de diamant ( = 65,3±0,3º). Tabelul 3.1 prezinta rezultatele obtinute in urma testelor de nanoindentare pentru probele de ME de tinte de pulverizare. Tabelul 3.1. Rezultatele obtinute in urma testelor de nanoindentare pentru probele de ME de tinte de pulverizare. Proba HV medie E ITmediu [GPa] h max medie [nm] S medie [mn/nm] ME1 tinta din Ag 163 ± ± ± 129 0,39 ± 0,13 ME2 tinta din Cu 190 ± ± ± 97 0,64 ± 0,04 ME3 tinta din ZnO 167 ± ± ± 68 0,37 ± 0,02 ME4 tinta din ZnO 240 ± ± ± 78 0,49 ± 0,04 ME5 tinta din TiO ± ± ± 236 0,59 ± 0,06 ME6 tinta din TiO ± ± ± 266 0,64 ± 0,04 Obs: HV medie este duritatea Vickers medie, E ITmediu este modulul lui Young mediu, h max medie este adancimea de penetrare a indentorului, S medie este rigiditatea de contact elastic medie. In Tabelul 3.1 se observa ca duritatea Vickers, modulul lui Young si rigiditatea probelor de ME de tinte de pulverizare au depins de tipul de material si parametrii de procesare a tintelor. Adancimile de penetrare a indentorului (h max ) cele mai mici au corespuns probelor ME4 si ME6 cu cele mai mari duritati. In cazul celorlate probe h max a crescut cu scaderea duritatii probelor, in seria: ME2, ME3, ME1 si ME5. Rigiditatea de contact elastic a probelor de ZnO si de TiO 2 a crescut cu cresterea modulului lui Young si a scazut cu cresterea adancimilor de penetrare a indentorului. In literatura se mentioneaza faptul ca tintele de ZnO cu o duritate Vickers > 150 HV vor avea o rezistenta mecanica mare. In cazul tintelor comerciale de Ag si Cu este indicata o duritate Vickers de 95 HV, respectiv de HV, iar pentru tintele de TiO 2 o duritate de HV (rutil) si de HV (anatas) [65-67]. Tintele de Ag (ME1), Cu (ME2) si ZnO (ME3, ME4) elaborate prin procedeul SPS prezinta valori ale duritatii Vickers care depasesc valorile mentionate in literatura, acest lucru confirmand faptul ca aceste tinte pot fi folosite in instalatii de pulverizare fara riscul de a se fisura in timpul procesului. In cazul tintelor de TiO 2 (ME5, ME6) care prezinta valori ale duritatii Vickers inferioare fata de cele din literatura sunt necesare cercetari suplimentare pentru stabilirea parametrilor optimi de procesare a tintelor. Capitolul 4. Selectarea substratului din otel inox pentru aplicatii medicale si caracterizarea mecanica a acestuia 4.1. Selectarea substratului din otel inox pentru aplicatii medicale De regula, dispozitivele medicale neimplantabile, cum ar fi instrumentele dentare si chirurgicale, tavite si cutii de depozitare a acestora, mese pentru instrumentar medical, etc. sunt fabricate din marci comerciale de otel inox, deoarece corespund cerintelor clinice in cazul in care contactul cu tesutul uman este tranzitoriu. 11

17 Pentru instrumentele dentare si chirurgicale, standardul american ASTM A240:2009 (Numar Werkstoff) indica marcile de otel martensitic 410/1.4006, 420/1.4021, 420/1.4028, 420/1.4031, 430/1.4016, 440/ si marcile de otel austenitic 304/1.4301, 303/1.4305, 301/1.4310, 302/1.4319, 316/1.4401, 316/1.4436, 316L/1.4404, 316L/1.4432, 316L/ si 316LVM/ [70, 71]. In cadrul cercetarilor din proiectul INMATCO s-a ales ca substrat un otel inox austenitic marca 316L/ si un otel inox martensitic marca 420/ (Tabelul 4.1). Tabelul 4.1. Compozitia chimica a otelurilor inox 316L si 420 selectate ca substrat. Marca de otel inox Compozitie chimica [% masice] (cf. ASTM A240:2009) C Si Mn Ni P S Cr N Altele Fe 316L - austenitic max. 0,03 max. 1 max max. 0,045 max. 0,015 16,5-18,5 max. 0,11 Mo: 2-2,5 rest martensitic 0,16-0,25 max. 1 max. 1,5 - max. 0,04 max. 0, rest 4.2. Caracterizarea mecanica a substratului din otel inox selectat Caracterizarea mecanica a esantioanelor de otel inox a constat in determinarea rezistentei la incovoiere la forfecare (R m ) prin metoda in trei puncte si a duritatii Vickers, modulului lui Young si rigiditatii de contact elastic (S) prin teste de nanoindentare. Rezistenta la incovoiere (R m ) a fost determinata din curbele caracteristice tensiune-deformatie, cu o masina universala pentru testarea mecanica in regim static a materialelor, model LFM 30 kn (Walter&Bai AG, Elvetia) dotata cu un modul de testare la incovoiere in trei puncte, conform standardelor ISO :2004 si SR ISO :2002. Fig prezinta curbele caracteristice tensiune-deformatie pentru probele de otel inox investigate mecanic la incovoiere. a) b) Fig Curba caracteristica tensiune - deformatie pentru o proba de otel inox: a) 316L si b) 420. Tabelul 4.2. Rezultatele obtinute in urma testelor mecanice pentru probele de otel inox 316L si 420 selectate ca substrat. Proba de otel inox R m [MPa] HV medie E Itmediu [GPa] h max medie [nm] S medie [mn/nm] 316L - austenitic ± ± ± 47 0,58 ± 0, martensitic ± ± ± 44 0,64 ± 0,03 Obs: R m este rezistenta la incovoiere la forfecare, HV medie este duritatea Vickers medie, E ITmediu este modulul lui Young mediu, h max medie este adancimea de penetrare a indentorului, S medie este rigiditatea de contact elastic medie. Se constata faptul ca valorile obtinute pentru rezistenta mecanica, R m, duritatea Vickers si modulul lui Young, E IT in Tabelul 4.2 sunt specifice valorilor indicate in literatura pentru otelurile dure, calite [72]. Capitolul 5. Achizitionarea partiala a logisticii necesare pentru realizarea obiectivelor proiectului Pentru indeplinirea obiectivelor proiectului si a activitatilor propuse in Planul de realizare a proiectului INMATCO partenerii proiectului au efectuat conform devizelor antecalcul diverse cheltuieli de materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti, etc. Aceste cheltuieli sunt prezentate in Fisa de evidenta a cheltuielilor, anexata acestei etape. Capitolul 6. Diseminarea rezultatelor proiectului prin crearea paginii web a proiectului In vederea diseminarii pe scara larga a rezultatelor proiectului si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului INMATCO, Directorul de proiect si Responsabilii de proiect au elaborat pagina web a proiectului, care se gaseste pe site-ul: De asemenea, site-ul proiectului a fost actualizat cu Raportul stiintifico-tehnic la Etapa I/2014, care cuprinde informatii pe scurt, neconfidentiale, despre activitatile si rezultatele proiectului. 12

18 Capitolul 7. Managementul si coordonarea proiectului Directorul de proiect si Responsabilii de proiect au urmarit permanent ca lucrarile de cercetaredezvoltare aferente proiectului sa se realizeze conform Planului de realizare, in vederea preintampinarii oricarei disfunctionalitati in activitati. Directorul de proiect si Responsabilii de proiect, impreuna cu Directorul economic/contabilul fiecarei organizatii participante la proiect au urmarit permanent ca alocarile financiare sa se realizeze la timp, in functie de destinatia prevazuta. Comunicarea intre parteneri s-a efectuat eficient prin , telefon si intalniri in cadrul proiectului. Elaborarea Raportului de etapa a fost realizata in comun de Directorul de proiect si Responsabilii de proiect, conform activitatilor prevazute in Planul de realizare a proiectului, astfel incat, rezultatele obtinute au fost in concordata cu cele planificate. Capitolul 8. Concluzii In urma unui studiu documentar, constituit din peste 70 de referinte bibliografice, studiu care a trecut in revista cele mai noi si valoroase rezultate raportate in literatura de specialitate, referitoare la metodele de obtinere materiale si acoperiri nanostructurate antimicrobiene de tip MeNPs/MeONPs (Me = Ag, Cu; MeO = ZnO, TiO 2, CaO, MgO), au rezultat urmatoarele concluzii: Materialele antimicrobiene nanostructurate se pot obtine in general prin metoda sol-gel organo-metalica cu alcoxizi metalici in solventi organici, metoda sol-gel anorganica cu saruri de metal in solutii apoase si mai rar, prin metode fizice (PVD) si chimice (CVD) de depunere in vid din vapori, cand nanoparticulele se obtin prin desfacerea straturilor depuse din colector, dar prezinta o repartitie granulometrica larga. Acoperirile nanostructurate antimicrobiene metalice Me (Ag, Cu, etc.) se obtin prin metode de depunere in vid prin: i) evaporarea termica sau ii) depunerea fizica de vapori cu fascicul de electroni (EBPVD) din comprimate de Me pur asezate in creuzeti de Al 2 O 3, C, Mo sau Ta sau nacele din Mo, Ta sau W, cu viteze de depunere de 0,1-75 μm/min; iii) pulverizare cu magnetron in DC din tinte de pulverizare metalice pure, cu viteze de depunere de 0,01-1 μm/min, la temperaturi relativ scazute ale substratului (<300 C), cu randament foarte ridicat de utilizare a materialului, grosimea variabila a acoperirii de la nanometri la cativa milimetri. Pentru prevenirea obtinerii de filme poroase, de densitate mica sau cu aderenta scazuta se pot realiza filme cu gradient functional sau acoperiri multistrat depuse pe substratul de otel. Acoperirile nanostructurate antimicrobiene ceramice MeO (ZnO, TiO 2, MgO, CaO) se obtin prin metode de depunere in vid prin: i) EBPVD, din comprimate de MeO asezate in creuzeti de C, VC, Al 2 O 3 sau ZrO 2 sau in nacele din Mo, W sau prin depunerea unui film de Me in atmosfera de H 2, Ar si O 2, care apoi se oxideaza la ºC; ii) pulverizare cu magnetron in RF din tinte de pulverizare ceramice sau metalice pure (Zn, Ti, Mg, Ca) cu gaz reactiv O 2, caz in care viteza de depunere poate fi sub 1 μm/min; iii) depunerea cu arc catodic); iv) metoda sol-gel organo-metalica cu alcoxizi metalici in solventi organici, cand se obtin grosimi de strat de zeci de nm. Reducerea porozitatii si recristalizarea filmelor se face prin tratamente termice in aer la C. Parametrii de lucru pentru fiecare metoda se aleg functie de tipul instalatiei de depunere, natura, forma si dimensiunile substratului, temperatura maxima pe care o poate suporta substratul, natura si caracteristicile materialelor utilizate la acoperire, costurile si randamentul de productie. Materiale pentru tintele de pulverizare trebuie sa indeplineasca cerinte specifice: puritate inalta, omogenitate chimica, structura omogena si cristalina. Tintele de pulverizare trebuie sa aiba densitate mare, rugozitate mica a suprafetei, fara impuritati, conductivitate electrica buna si rezistenta mecanica mare (duritatea Vickers >150 HV). Principalii factori care influenteaza activitatea antimicrobiana a MeNPs, MeONPs si MeNPs/MeONPs sunt: dimensiunea, forma, concentratia particulelor si structura cristalina (TiO 2 ). Proprietatile fotocatalitice (TiO 2 NPs, ZnONPs) imbunatatesc eficienta antimicrobiana si antibiofilm. Principalii factori care influenteaza activitatea antimicrobiana a acoperirilor nanostructurate sunt: natura si caracteristicile materialelor utilizate la acoperire, grosimea, omogenitatea, uniformitatea si aderenta stratului depus, precum si natura si rugozitatea substratului. Bioevaluarea activitatii antimicrobiene si a biocompatibilitatii materialelor si acoperirilor nanostructurate care vor fi abordate in cadrul proiectului se va face conform protocoalelor elaborate de partenerul P1. La nivel mondial, cercetarile privind obtinerea acoperirilor antimicrobiene pe substrat de otel inox pentru instrumente chirurgicale critice sunt inca in faza incipienta, in literatura fiind putine referinte in acest sens, majoritatea depunerilor fiind realizate pe substraturi plane de sticla, plastic, Si, Ti, etc. de dimensiuni mici. 13

19 Tinand cont de tipul si parametrii de proces ai instalatiei de sinterizare in plasma de scanteie (SPS) din dotarea CO, caracteristicile grafitului de inalta densitate utilizat la confectionarea matritelor si a diametrului impus tintelor de pulverizare de 50,8 mm s-a proiectat o matrita de grafit pentru obtinerea de astfel de tinte de pulverizare prin procedeul SPS. Ca rezultat, s-au elaborat desenele de executie a matritei (desen de ansamblu-cod MSPS si desene de executie oala-cod MSPS , poansoane-cod MSPS si piese de centrare-cod MSPS ). In baza desenelor de executie elaborate au fost executate prin strunjire 3 seturi de modele functionale de matrite de grafit de inalta densitate (1 set este compus din 2 poansoane, o oala si 2 piese de centrare) pentru obtinerea de tinte de pulverizare de diametru 50,8 mm prin SPS. Demonstrarea functionalitatii matritelor a fost efectuata prin realizarea de teste experimentale cu o instalatie SPS, la diverse programe de lucru. Prin procedeul SPS au fost realizate in vid 6 modele experimentale (ME1-ME6) de tinte de pulverizare de diametru 50,8 mm si inaltime 2-3 mm din Ag (ME1), Cu (ME2), ZnO (ME3, ME4) si TiO 2 (ME5, ME6). In urma caracterizarii mecanice prin nanoindentare a ME de tinte s-au obtinut valori ale duritatii Vickers de HV, ale modulului lui Young de GPa si ale rigiditatii de 0,35-0,68 mn/nm, valori care au depins de tipul de material si parametrii de procesare a tintelor. Tintele ME1-ME4 prezinta valori ale duritatii Vickers superioare valorilor mentionate in literatura pentru tintele comerciale de Ag, Cu si ZnO, fapt ce recomanda folosirea tintelor ME1-ME4 in instalatii de pulverizare fara riscul de a se fisura in timpul procesului. In cazul tintelor de TiO 2 (ME5, ME6) care prezinta valori ale duritatii Vickers inferioare fata de cele din literatura sunt necesare cercetari suplimentare pentru stabilirea parametrilor optimi de procesare a tintelor. In baza studiului din literatura si a indicatiilor specificate in standardele ASTM A240:2009 (Numar Werkstoff) pentru otelurile inox utilizate la fabricarea instrumentelor dentare si chirurgicale a fost selectat ca substrat un otel inox austenitic marca 316L (1.4404) si un otel inox martensitic marca 420 (1.4021). In urma testelor mecanice de nanoindentare si de incovoiere la forfecare prin metoda in trei puncte a esantioanelor de otel inox selectat s-au obtinut valori ale rezistentei la incovoiere de 1274 MPa, respectiv de 1712 MPa si ale duritatii Vickers de 495±69 HV, respectiv de 513±66 HV, valori ce indica o stare dura a otelurilor. In vederea diseminarii pe scara larga a rezultatelor proiectului si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului, a fost creata si actualizata pagina web a proiectului, care se poate accesa la adresa: In conformitate cu activitatile prevazute in Planul de realizare a proiectului, partenerii proiectului au indeplinit in totalitate aceste activitati, din care s-au obtinut urmatoarele rezultate: studiu documentar; desene de executie matrite din grafit; trei seturi de modele functionale de matrite din grafit; sase modele experimentale de tinte de pulverizare; pagina web a proiectului; raport de etapa. Avand in vedere cele de mai sus se considera oportuna continuarea lucrarilor de cercetare industriala din etapa urmatoare, cu activitati de studii, realizare si caracterizare modele experimentale de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare optimizate si acoperiri nanostructurate, demonstrarea functionalitatii modelului ales si protejarea drepturilor de proprietate industriala. Bibliografie [1]. P. Kaali, E. Strömberg, S. Karlsson, Prevention of Biofilm associated Infections and Degradation of Polymeric Materials used in Biomedical Applications, Pub. In Tech, 2011, pp [2]. V. Lazar, Aderenta microbiana, Ed. Academiei Romane, 2003, pp , 24-50, 88, 91, 92, 165. [3]. V. Lazar, M.C. Chifiriuc, Medical significances and new therapeutical strategies for biofilm associated infections, Romanian Archives of Microbiology and Immunology, vol. 69, issue 3 (2010), pp [4]. R.M. Donlan, J.W. Costerton, Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms, Clin Microbiol Rev, vol.15 (2002), pp [5]. R.M. Donlan, Biofilms and device-associated infections, Emerg Infect Dis, vol. 7 (2001), pp [6]. R.M. Donlan, Biofilms: microbial life on surfaces, Emerg Infect Dis., vol. 8 (2002), pp [7]. R.M. Donlan, Role of biofilms in antimicrobial resistance, ASAIO J., vol. 46 (2000), pp [8]. H. Ceri, M. Olson, et. al, The calgary biofilm device: new technology for rapid determination of antibiotic susceptibilities of bacterial biofilms, J Clin Microbiol, 37 (1999), pp [9]. M.C. Chifiriuc, G. Mihaescu, V. Lazar, Microbiologie si virologie medicala, Ed. Universitatii din Bucuresti, [10]. M. Katsikogianni, Y.F. Missirlis, Concise review of mechanisms of bacterial adhesion to biomaterials and of techniques used in estimating bacteria material interactions, European Cells and Materials, vol. 8 (2004), pp [11]. J. Panigrahi, D. Behera, I. Mohanty, U. Subudhi, B.B. Nayak, B.S. Acharya, Radio frequency plasma enhanced chemical vapor based ZnO thin film deposition on glass substrate: A novel approach towards antibacterial agent, Applied Surface Science, vol. 258 (2011), pp

20 [12]. D.H. Song, S.H. Uhm, S.B. Lee, J.G. Han, K.N. Kim, Antimicrobial silver-containing titanium oxide nanocomposite coatings by a reactive magnetron sputtering, Thin Solid Films, vol. 519 (2011), pp [13]. P.J. Kelly, H. Li, K.A. Whitehead, J. Verran, R. D. Arnell, I. Iordanova, A study of the antimicrobial and tribological properties of TiN/Ag nanocomposite coatings, Surface & Coatings Technology, vol. 204, no. 6 (2009), pp [14]. S.M. Dizaj, F. Lotfipour, M.B. Jalali, M.H. Zarrintan, K. Adibkia, Antimicrobial activity of the metals and metal oxide nanoparticles, Materials Science and Engineering C, vol. 44 (2014), pp [15]. G. Ionascu, Curs Tehnologii moderne pentru straturi protectoare [16]. W.A. Bryant, Review-the fundamentals of chemical vapour deposition, J. of Materials Science, vol. 12 (1977), pp [17]. G. Ionascu, Utilizarea tehnologiilor cu structuri de straturi subtiri in Mecanica fina si Mecatronica, Ed. Printech, Bucuresti, [18]. S.D. Anghel, Fizica plasmei si aplicatii, Capitolul VII - Aplicatii tehnologice ale plasmei, Universitatea Babes- Bolyai Cluj - Napoca, [19]. S. Pellicori, Coating Materials News, Common Deposition Techniques, Ed. Russ De Long, vol. 12, issue 1, March [20]. ***, Thin Film Evaporation Guide, Vacuum Engineering&Materials, USA [21]. [22]. O.A. Fouad, A.A. Ismail, Z.I. Zaki, R.M. Mohamed, Zinc oxide thin films prepared by thermal evaporation deposition and its photocatalytic activity, Applied Catalysis B: Environmental, vol. 62 (2006), pp [23]. D. Nistoran, V. Procese de depunere in plasma cu arc catodic (plasmatron) [24]. [25]. M. Lilja, Bioactive Surgical Implant Coatings with Optional Antibacterial Function, Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 1091 (2013), 60 pages, Uppsala: Acta Universitatis Upsaliensis. [26]. Y.G. Wang, S.P. Lau, H.W. Lee, S.F. Yu, B.K.Tay, X.H. Zhang, K.Y. Tse, H.H. Hng, Comprehensive study of ZnO films prepared by filtered cathodic vacuum arc at room temperature, Journal of Applied Physics, vol. 94, issue 3 (2003), pp [27]. S.A. Naghibi, K. Raeissi, M.H. Fathi, Corrosion and tribocorrosion behavior of Ti/TiN PVD coating on 316L stainless steel substrate in Ringer's solution, Materials Chemistry and Physics, vol. 148 (3) (2014), pp [28]. R.A. Pato, Teza de doctorat, Straturi subtiri multifunctionale de nitrura de titan, Universitatea Tehnica din Cluj- Napoca, Facultatea de Ingineria Materialelor si a Mediului, [29]. S. Papp, Rezumat teza de doctorat, Optimizarea controlului automat al pulverizarii catodice in procesul de obtinere a straturilor subtiri, Universitatea Transilvania din Brasov, [30]. M. Braic, V. Braic, M. Balaceanu, Suport de substraturi, pentru depunerea in camp magnetic a straturilor subtiri, prin pulverizare reactiva magnetron, brevet RO nr B1 din [31]. [32]. J. Zuo, Deposition of Ag nanostructures on TiO 2 thin films by RF magnetron sputtering, Applied Surface Science, vol. 256 (2010), pp [33]. D.S.R. Krishna, et. al., Magnetron sputtered TiO 2 films on a stainless steel substrate: Selective rutile phase formation and its tribological and anti-corrosion performance, Thin Solid Films, vol. 519 (2011), pp [34]. S. Cao, B. Liu, L. Fan, Z. Yue, B. Liu, B. Cao, Highly antibacterial activity of N-doped TiO 2 thin films coated on stainless steel brackets under visible light irradiation, Applied Surface Science, vol. 309 (2014), pp [35]. F. Meng, F. Lu, Pure and silver ( vol.%) modified TiO 2 thin films deposited by RF magnetron sputtering at room temperature: Surface topography, energy gap and photo-induced hydrophilicity, J Alloys and Compounds, vol. 501 (2010), pp [36]. R.C. Adochite, D. Munteanu, M. Torrell, L. Cunha, E. Alves, et.al., The influence of annealing treatments on the properties of Ag:TiO 2 nanocomposite films prepared by magnetron sputtering, Applied Surface Science, vol 258 (2012), pp [37]. D.S.R. Krishna, Y. Sun, Thermally oxidised rutile-tio 2 coating on stainless steel for tribological properties and corrosion resistance enhancement, Applied Surface Science, vol. 252 (2005), pp [38]. A.A. Marian, Rezumat teza doctorat, Corelatii intre structura, proprietatile fizice si efectul de rezonanta plasmonica de suprafata, in cazul straturilor subtiri dielectrice cu continut de nanoparticule de metal nobil, Universitatea Transilvania din Brasov, Scoala Doctorala Interdisciplinara, Brasov, [39]. D.H. Song, S.H. Uhm, S.E. Kim, J.S. Kwon, et.al., Synthesis of titanium oxide thin films containing antibacterial silver nanoparticles by a reactive magnetron co-sputtering system for application in biomedical implants, Materials Research Bulletin, vol. 47 (2012), pp [40]. N. Stefan, Teza de doctorat, Studii asupra straturilor subtiri obtinute si modificate prin tehnici laser pentru aplicatii medicale si metalurgice, Universitatea din Bucuresti, Institutul de Fizica Atomica, [41]. M. Friz, F. Waibel, Coating Materials, Cap. 2, Requirements for Coating Materials, pp [42]. L. Chiu, New applications in the photovoltaic, thermoelectric, storage, and semiconductor markets are spurring innovation in ceramic and semiconductor sputtering targets, [43]. 15

21 [44]. S.I. Vizireanu, Rezumat teza de doctorat, Materiale carbonice obtinute prin tehnici cu plasma, Universitatea Bucuresti, Institutul National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei, [45]. F. Jansen, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, AVS Monograph Series, M-17, Ed. American Vacuum Society, New York, 1997, 84 pages. [46]. J. Panigrahi, D. Behera, I. Mohanty, U. Subudhi, et. al., Radio frequency plasma enhanced chemical vapor based ZnO thin film deposition on glass substrate: A novel approach towards antibacterial agent, Applied Surface Science, vol. 258 (2011), pp [47]. J.R. Blackborrow, D. Young, Metal Vapor Synthesis, Springer-Verlag, New York, 1979 [48]. R. Richards, H. Bönnemann, Cap. 1. Synthetic Approaches to Metallic Nanomaterials, Nanofabrication Towards Biomedical Applications. C.S.S.R. Kumar, J. Hormes, C. Leuschner (Eds.), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, [49]. A. Naboc, Organic and Inorganic Nanostructures, Artech House, London, UK, 2005, 268 pages. [50]. J. Yu, J.C. Yu, B. Cheng, X. Zhao, Science in China (Series B), Vol. 46, No. 6, Dec. 2003, pp [51]. A.R. Liu, S.M. Wang, Y.R. Zhao, Z. Zheng, Low-temperature preparation of nanocrystalline TiO 2 photocatalyst with a very large specific surface area, Materials chemistry and physics, vol. 99, issue 1 (2006), pp [52]. Y.C. Lee, Y.J. Jung, P.Y. Park, K.H. Ko, Preparation of TiO 2 powder by modified two-stage hydrolysis, Journal of sol-gel science and technology, vol. 30, issue 1 (2004), pp [53]. C. Su, K.F. Lin, Y.H. Lin, B.H. You, Preparation and characterization of high-surface-area titanium dioxide by sol-gel process, Journal of Porous Materials, vol. 13, issues 3-4 (2006), pp [54]. K. Yu, J. Zhao, Y. Guo, X. Ding, Y. Liu, Z. Wang, Sol-gel synthesis and hydrothermal processing of anatase nanocrystals from titanium n-butoxide, Materials Letters, vol. 59, issue 19 (2005), pp [55]. R.W. Schwartz, et. al., Chemical solution deposition of electronic oxide films, Comptes Rendus Chimie, 2004, vol. 7, pp [56]. M. Andrisan (Socol), Rezumat teza de doctorat, Proprietati electrice si optice ale semiconductorilor organici, Universitatea din Bucuresti, Facultatea de Fizica, [57]. E. Traversa, M.L. di Vona, P. Nunziante, S. Licoccia, T. Sasaki, N. Koshizaki, Sol-gel preparation and characterization of Ag-TiO 2 nanocomposite thin films, Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 19 (2000), pp [58]. S.K. Sharma, M.Vishwas, K.N. Rao, S. Mohan, D.S. Reddy, K.V.A. Gowda, Structural and optical investigations of TiO 2 films deposited on transparent substrates by sol-gel technique, Journal of Alloys and Compounds, vol. 471 (2009), pp [59]. A. Tripathi, K.P. Misra, R.K. Shukla, UV enhancement in polycrystalline Ag-doped ZnO films deposited by the sol gel method, Journal of Luminescence, vol. 149 (2014), pp [60]. D. Donescu, R. Somoghi, M. Ghiurea, R. Ianchis, C. Petcu, S. Gavriliu, M. Lungu, et. al., Aqueous dispersions of silver nanoparticles in polyelectrolyte solutions, J. of Chemical Sciences, 2013, Vol. 125 (2), pp [61]. M. Lungu, E. Enescu, F. Grigore, N. Buruntia, M. Lucaci, et. al., Chemical Preparation and Properties of Some High Concentrated Colloidal Silver Solutions for Antimicrobial Applications, Revue Roumaine de Chimie, vol. 57, no (2012), pp [62]. M. Lungu, S. Gavriliu, E. Enescu, I. Ion, A. Bratulescu, G. Mihaescu, L. Marutescu, M.C. Chifiriuc, Silvertitanium dioxide nanocomposites as effective antimicrobial and antibiofilm agents, J Nanopart Research Vol. 16, Issue 1 (2014), article [63]. E. Kimmari, L. Kommel, Application of the continuous indentation test method for the characterization of mechanical properties of B 4 C/Al composites, Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 2006, Vol. 12 (4), pp [64]. M. Mesuda, H. Kuramochi, H. Iigusa, K. Omi, T. Shibutami, Zinc oxide sintered compact, sputtering target, and zinc oxide thin film, Patent Application US A1, Aug 22, [65]. ***, GoodFellow, Standard Price List for All Sputtering Targets, Oct [66]. T. Okabe, T. Otsuki, et. al., Patent Application EP A1, High-purity copper sputtering target, Oct [67]. P.D. Savio Amal Kennedy, Characterization Protocol for Titanium dioxide (Anatase: Rutile) Use in Photocatalytic Applications, Thesis, University of Houston, [68]. T. Newson, Stainless Steel - A Family of Medical Device Materials, Business Briefing: Medical Device Manufacturing & Technology 2002, World Markets Research Centre, London. [69]. G.L. Winters, et. al, Stainless Steels for Medical and Surgical Applications, Technol.&Eng., No (2003). [70]. Steel and special steel alloys [71]. [72]. 16

22 PROGRAMUL PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Finantare: buget Autoritate contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamântului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI) Programul: PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Contractor: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA (INCDIE ICPE-CA) Partener 1: UNIVERSITATEA BUCURESTI, Facultatea de Biologie Partener 2: MGM STAR CONSTRUCT SRL RAPORT STIINTIFIC SI TEHNIC - ETAPA II/2015 la C215/ Materiale si acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiana pentru aplicatii medicale (Acronim proiect: INMATCO) Denumirea etapei: Cercetare industriala: studii, realizarea si caracterizarea modelelor experimentale de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate, demonstrarea functionalitatii modelului ales, protejarea drepturilor de proprietate industriala Perioda de derulare a etapei: Activitati / Partenerii implicati in realizarea activitatii: A.II.1. Realizarea modelelor experimentale de materiale nanostructurate si tinte de pulverizare optimizate / CO A.II.2. Caracterizarea fizico-chimica si structurala a modelelor experimentale de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare obtinute din acestea si a substratului metalic utilizat pentru realizarea acoperirilor nanostructurate/co A.II.3. Studii preliminare de citotoxicitate si genotoxicitate pentru optimizarea protocoalelor de lucru / P1 A.II.4. Evaluarea activitatii antimicrobiene a materialelor nanostructurate si a substratului metalic / P1 A.II.5. Experimentari preliminare pentru realizarea unor modele experimentale de acoperiri nanostructurate / P2 A.II.6. Caracterizarea fizico-chimica si structurala a modelelor experimentale de acoperiri nanostructurate / CO, P2 A.II.7. Evaluarea activitatii antimicrobiene a modelelor experimentale de acoperiri nanostructurate / P1 A.II.8. Protejarea drepturilor de proprietate industriala (pentru cercetare industriala) prin elaborarea unei cereri de brevet si inregistrarea acesteia la OSIM / CO, P1, P2 A.II.9. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului / CO, P1, P2 A.II.10. Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului / CO, P1, P2 A.II.11. Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului /CO, P1, P2 A.II.12. Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa (RST si financiar)/co, P1, P2 Rezultate asteptate: Modele experimentale (ME) de materiale nanostructurate (min. 12), tinte de pulverizare optimizate (min. 4) si acoperiri nanostructurate (min. 9); Rapoarte de incercari; Fluxuri tehnologice de realizare materiale nanostructurate (min. 1), tinte de pulverizare (min. 1) si acoperiri nanostructurate (min. 1); Studii citologice si biochimice preliminare; O cerere de brevet de inventie inregistrata la OSIM; Comunicarea a min. 2 lucrari la manifestari tehnicostiintifice nationale si internationale; Transmiterea spre publicare a min. 2 lucrari ISI; Publicarea a min. 1 lucrare intr-un jurnal cotat ISI; Pagina web a proiectului actualizata; Rapoarte de deplasare; Raport de etapa. Colectiv de lucru: CO: INCDIE ICPE-CA Director de proiect: Dr. Ing. Lungu Magdalena Membri CO: Dr. Ing. Patroi Delia Dr. Ing. Lucaci Mariana Dr. Ing. Tsakiris Violeta Dr. Fiz. Cirstea Diana Dr. Fiz. Leonat Lucia Dr. Fiz. Sbarcea Gabriela Dr. Ing. Ion Ioana Ing. Bratulescu Alexandra Ing. Mitrea Sorina Ing. Stancu Nicolae Drd. Ing. Talpeanu Dorinel Drd. Ing. Grigore Florentina Drd. Marinescu Virgil Drd. Ing. Marin Mihai Sing. Hajdu Carmen Tehn. Vlad Dorina Munc. Matei Valeria Tehn. Zoicas Doina Munc. Vicol Nicolae Munc. Vicol Ana P1: UNIVERSITATEA BUCURESTI Responsabil de proiect: Prof. Dr. Chifiriuc Mariana-Carmen Membri P1: Drd. Popa Marcela Drd. Gheorghe Irina Dr. Curutiu Carmen Stoica Maria Sarbu Ecaterina Monica 1 P2: MGM STAR CONSTRUCT SRL Responsabil de proiect: Drd. Fiz. Sobetkii Arcadie, Director stiintific Membri P2: Director General Visan Mihai Drd. Fiz. Sobetkii A. Arcadii Fiz. Capatana Valentina Ec. Diaconu Corina Daniela Ing. Gritcu Corneliu Ec. Visan Emilia Cristina

23 REZUMATUL ETAPEI DE EXECUTIE In cadrul acestei etape au fost efectuate activitati de cercetare industriala pentru obtinerea de noi agenti antimicrobieni pe baza de Ag-ZnO si Ag-TiO 2 si depunerea acestora pe esantioane de otel inox pentru prevenirea colonizarii acestora cu diversi agenti patogeni, in vederea reducerii infectiilor chirurgicale locale datorate instrumentelor medicale chirurgicale critice invazive, din otel inox care nu prezinta activitate antimicrobiana si antibiofilm. Capitolele 1 si 2 sunt destinate activitatilor A.II.1-Realizarea ME de materiale nanostructurate si tinte de pulverizare optimizate si A.II.2-Caracterizarea fizico-chimica si structurala a ME de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare obtinute din acestea si a substratului metalic utilizat pentru realizarea acoperirilor nanostructurate. Aceste activitati au fost indeplinite de CO, care a elaborat 17 ME de suspensii coloidale de Ag-MeO (ME-S1...ME-S17), din care a realizat 15 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite (ME-P1...ME-P15), 14 ME de tinte de pulverizare (ME-T1...ME-T14) obtinute prin procedeul SPS si 16 ME de comprimate de pulberi compozite pentru evaporare termica. Pulberile au fost caracterizate din punct de vedere al morfologiei si marimii particulelor, a compozitiei chimice, densitatii liber varsate prin analize XRF, XRD, SEM si metoda Hall. Tintele de pulverizare au fost caracterizate din punct de vedere al compozitiei chimice prin analize XRF, densitatii cu balanta hidrostatica, duritatii Vickers si modulului lui Young prin teste mecanice. Prin spectrometrie de absorptie a luminii in UV-Vis a fost identificat AgNp in pulberile compozite si in tintele de pulverizare realizate din Ag-MeO. Capitolele 3 si 4 prezinta activitatile A.II.3-Studii preliminare de citotoxicitate si genotoxicitate pentru optimizarea protocoalelor de lucru si A.II.4-Evaluarea activitatii antimicrobiene a materialelor nanostructurate si a substratului metalic, care au fost realizate de Partenerul P1. A fost efectuat un studiu privind investigarea citotoxicitatii a 12 probe de acoperiri de Ag-ZnO si ZnO si unei probe de otel inox, in scopul optimizarii metodologiei de testare a biocompatibilitatii in raport cu celulele mamaliane in vederea obtinerii unor noi generatii de materiale de acoperire a suprafetelor metalice. Materiale testate prezinta grade diferite de citotoxicitate asupra celulelor MG-63, ce conditioneaza utilizarea lor pentru aplicatii in vivo. A fost realizat un studiu de testare preliminara prin expunere pe termen scurt a genotoxicitatii a 3 probe de pulberi de Ag-ZnONp cu 0-2,64% AgNp, in scopul optimizarii metodologiei de testare in vivo a genotoxicitatii materialelor obtinute in cadrul proiectului, dar semnificatia statistica nu este deocamdata relevanta, fiind necesare teste suplimentare. Activitatea antimicrobiana a materialelor nanostructurate obtinute a fost evaluata impotriva unui spectru larg de bacterii si fungi. In acest scop s-a efectuat screening-ul calitativ al sensibilitatii acestor tulpini microbiene fata de materialele elaborate, a fost studiata influenta compusilor testati asupra dezvoltarii de biofilme microbiene pe substrat inert si s-a determinat concentratia minima inhibitorie (CMI) si concentratia minima de eradicare a biofilmului (CMEB) a materialelor nanostructurate fata de tulpinile bacteriene de testat. Capitolul 5 descrie activitatea A.II.5-Experimentari preliminare pentru realizarea unor ME de acoperiri nanostructurate. Partenerul P2 a efectuat depunerile de straturi subtiri de materiale nanostructurate pe substrat de otel inox pe 2 echipamente de vid prin 2 metode de evaporare: (1) termic cu fascicol de electroni si (2) pulverizare cu magnetron in RF. Prin primul procedeu au fost obtinute 8 ME a cate 3-6 bucati de acoperiri nanostructurate de Ag-ZnO, ZnO si Ag, de grosime nm, depuse pe otel inox. Prin al doilea procedeu au fost obtinute 4 ME a cate bucati de acoperiri nanostructurate de Ag-ZnO, ZnO si Ag depuse pe otel inox. Prin realizarea acestor acoperiri s-a demonstrat functionalitatea comprimatelor de pulberi utilizate la depunerile prin evaporare termica si a unor tinte de pulverizare utilizate la depunerile prin pulverizare cu magnetron in RF elaborate in cadrul acestei etape. Capitolul 6 prezinta activitatea A.II.6-Caracterizarea fizico-chimica si structurala a ME de acoperiri nanostructurate realizata in comun de CO si P2. Probele de acoperiri au fost investigate din punct de vedere al uniformitatii, morfologiei, compozitiei chimice si dimensiunii de cristalit prin analize SEM cu EDX si XRD. Acoperirile au fost uniforme si omogene, cu o buna aderenta a filmelor depuse pe substratul metalic. Capitolul 7 prezinta activitatea A.II.7-Evaluarea activitatii antimicrobiene a ME de acoperiri nanostructurate, indeplinita de P1, care a evaluat activitatea antimicrobiana pe 7 probe de ME de acoperiri nanostructurate si pe substratul din otel inox, utilizand tulpinile S. aureus si P. aeruginosa. Pe placutele din otel inox acoperite cu materiale nanostructurate nu s-au dezvoltat bacteriile, dar pe proba de substrat din otel inox au fost determinate 26x10 6 UFC/ml. Capitolele 8-12 prezinta activitatile A.II.8-Protejarea drepturilor de proprietate industriala (pentru cercetare industriala) prin elaborarea unei cereri de brevet si inregistrarea acesteia la OSIM, A.II.9-Achizitionarea partiala a logisticii necesare pentru realizarea obiectivelor proiectului, A.II.10-Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului, A.II.11-Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului si A.II.12-Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa, in care partenerii proiectului (CO, P1, P2) printr-un management eficient au elaborat si inregistrat la OSIM o cerere de brevet de inventie, au achizitionat o parte din logistica necesara si au elaborat raportul de etapa, a fost actualizata pagina web a proiectului, a fost elaborat si trimis spre publicare un articol intr-un jurnal ISI cu factor mare de impact, au fost realizate 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale din domenii specifice proiectului (conferinta NANOTEXNOLOGY 2015, Salonic, Grecia; congresul ECCMID 2015, Copenhaga, Danemarca, Salonul Cercetarii 2015 organizat in cadrul Târgului Tehnic International Bucuresti-TTIB, România), au fost comunicate 2 lucrari sub forma de postere si o prezentare orala la o conferinta si un congres international, au fost intocmite 3 fise de produs (in româna si engleza) si prezentate produse (materiale nanostructurate, comprimate de pulberi compozite pentru evaporare termica si tinte de pulverizare) la Salonul Cercetarii 2015-TTIB, România. In urma indeplinirii activitatilor A.II.1-A.II.12 s-au obtinut urmatoarele rezultate: 17 ME de suspensii coloidale de Ag-MeO; 15 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite Ag-MeO; un flux tehnologic de realizare materiale nanostructurate; 14 ME de tinte de pulverizare; un flux tehnologic de realizare tinte de pulverizare; 16 ME de comprimate de pulberi compozite Ag-MeO pentru evaporare termica; 12 ME de acoperiri nanostructurate din Ag-ZnO; 2 fluxuri tehnologice de realizare acoperiri nanostructurate; un studiu preliminar de citotoxicitate; un studiu preliminar de genotoxicitate; o cerere de brevet de inventie inregistrata la OSIM; pagina web a proiectului actualizata; 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale si nationale din domenii specifice proiectului; 3 lucrari (2 postere si o prezentare orala) comunicate; un articol elaborat pentru publicare intr-un jurnal ISI cu factor mare de impact; 3 fise de produs (in româna si engleza); 2 rapoarte de deplasare; raportul de etapa. Avand in vedere cele de mai sus se considera oportuna continuarea lucrarilor de definitivare cercetare industriala si dezvoltare experimentala din etapa urmatoare, cu activitati de realizare, caracterizare si certificare prototipuri de materiale si acoperiri nanostructurate, realizarea unor produse finite acoperite, protejarea drepturilor de proprietate industriala, diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului. 2

24 DESCRIEREA STIINTIFICA SI TEHNICA Scopul Etapei II/2015 a C215/2014 a fost elaborarea de modele experimentale (ME) de materiale nanostructurate, de tinte de pulverizare optimizate si de acoperiri nanostructurate si caracterizarea fizicochimica, structurala si biologica a acestora si a substratului din otel inox utilizat pentru realizarea acoperirilor nanostructurate, stabilirea fluxurilor tehnologice de realizare materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate, realizarea unor studii citologice si biochimice preliminare, elaborarea unei cereri de brevet de inventie inregistrat la OSIM si diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului. Capitolul 1. Realizarea ME de materiale nanostructurate si tinte de pulverizare optimizate 1.1. Realizarea ME de materiale nanostructurate Materii prime folosite: nanopulbere de ZnO (ZnONp, Metall Rare Earth Ltd.), pulbere microcristalina de ZnO (ZnOMp, Fluka), nanopulbere de TiO 2 (Metall Rare Earth Ltd.), pulbere microcristalina de TiO 2 (TiO 2 Mp, Fluka), azotat de argint (AgNO 3 p.a., cristalizat, Safina), polielectrolit (PE) anionic (Sigma- Aldrich, Merck), borohidrura de sodiu (NaBH 4, Merck), apa bidistilata si alcool etilic p.a. (Chimopar) Echipamente folosite: instalatie de sinteza chimica in mediu apos alcatuita dintr-un vas de reactie, agitator mecanic tip RZR 2021 (Heidolph), plita de incalzire si palnie de alimentare cu reactivi; bidistilor tip 2102 (GFL); balanta analitica tip XT 220 A (Precisa); etuva de vid tip Vaciotem-T (Selecta); baie ultrasonica tip LBS2 (Falc); centrifuga tip Universal 320 (Hettich), sticlarie de laborator, pipeta automata, mecanica, unicanal, de volum l (Hirschmann), etc Mod de lucru: ME de materiale nanostructurate pe baza de Ag-MeO (MeO = ZnO, TiO 2 ) s-au obtinut prin sinteza chimica in situ a nanoparticulelor de Ag (AgNp) prin reducerea cationilor de argint (Ag + ) din solutii apoase de AgNO 3 cu un reducator slab de tip polielectrolit (PE) anionic care are rol si de stabilizator electrostatic, in care se afla dispersate MeONp, urmata de reducerea finala a Ag + cu un reducator puternic (NaBH 4 ). Comparativ s-au realizat si amestecuri mecanice (AM) de pulberi de MeO cu solutii coloidale de Ag Rezultate obtinute: Prin amestec chimic (AC) sau mecanic (AM) au fost elaborate 17 ME de suspensii coloidale de Ag-MeO (ME-S1...ME-S17) cu un continut de ppm AgNp si % masice MeO. In Tabelul 1 si Fig. 1 se prezinta 15 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite (ME-P1...ME-P15) realizate din ME de suspensii coloidale de Ag-MeO. Tabelul 1. ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite realizate din ME de suspensii de Ag-MeO. Cod ME Cod proba pulbere ME-P1 P1.1. Ag-ZnONp (AM-C) ME-P2 P1.2. Ag-ZnONp (AC-A) ME-P3 P1.3. Ag-ZnONp (AM-A) ME-P4 P1.4. Ag-TiO 2 Mp (AM-C) ME-P5 P1.5. Ag-ZnONp (AC-C) ME-P6 P1.6. Ag-TiO 2 Mp (AM-A) ME-P7 P1.7. Ag-TiO 2 Mp (AC-A) ME-P8 P1.8. Ag-TiO 2 Mp (AC-C) ME-P9 P1.9. Ag-ZnONp (AM-T) ME-P10 P2.1. Ag-ZnONp (AM-A) ME-P11 P2.2. Ag-ZnONp (AC-A) ME-P12 P2.3. Ag-ZnOMp (AC-A) ME-P13 P2.4. Ag-TiO 2 Mp (AM-A) ME-P14 P2.5. Ag-TiO 2 Np (AC-A) ME-P15 P2.6. Ag-TiO 2 Mp (AC-A) 3 a) b) c) d) e) f) Fig. 1. Imagini digitale ale pulberilor compozite (a) ME-P10, (b) ME-P11, (c) ME-P12, (d) ME-P13, (e) ME-P14, (f) ME-P15.

25 1.2. Realizarea ME de tinte de pulverizare optimizate Materii prime folosite: ME de pulberi nanostructurate de Ag-MeO cu 0...2,64 % AgNp si pulberi comerciale (PC) de AgMp, ZnONp, ZnOMp, TiO 2 Mp Echipamente folosite: instalatie de sinterizare in plasma de scânteie (SPS) tip HP D25 (FCT Systeme GmbH), matrite de grafit de inalta densitate, cu sectiunea cerc de diametru 50,8 mm (cod MSPS 50,8, modele functionale realizate de CO in Etapa I/2014 a proiectului) Mod de lucru: ME de tinte de pulverizare optimizate pe baza de Ag-ZnO au fost realizate sub forma de probe cilindrice de Ø50,8 mm si h1,9-3 mm, utilizând ME de pulberi sintetizate sau pulberi comerciale, prin procedeul SPS, la parametrii precizati in cererea de brevet de inventie cu nr. de inregistrare la OSIM A/00605/ , mentionata la Cap Rezultate obtinute In Tabelul 2 si Fig. 2 se prezinta ME de tinte de pulverizare (ME-T1...ME-T14) realizate prin procedeul SPS din ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite Ag-MeO. Se observa aspectul uniform si omogen (fara fisuri) al tintelor elaborate. Culoarea tintelor (culoare galbena (ZnO), crem/maro (Ag/ZnO), gri inchis (TiO 2 ), gri inchis/maro (Ag/TiO 2 )) a fost determinata de continutul de Ag din pulberile Ag-MeO si de parametrii de procesare prin SPS a tintelor. Tabelul 2. ME de tinte de pulverizare realizate din ME de materiale nanostructurate de pulberi. Cod ME tinta ME de pulbere sintetizata / pulbere comerciala din care s-a realizat tinta ME-T1 P1.11 ZnONp ME-T2 ME-P9 ME-T3 ME-P5 ME-T4 ME-P2 ME-T5 ME-P1 ME-T6 ME-P2 ME-T7 ME-P10 ME-T8 P1.10 AgMp ME-T9 P1.11 ZnONp ME-T10 ME-P11 ME-T11 ME-P15 ME-T12 ME-P8 ME-T13 ME-P7 ME-T14 P1.14 TiO 2 Mp a) b) c) d) e) f) Fig. 2. ME de tinte de pulverizare realizate prin SPS: (a) ME-T3, (b) ME-T6, (c) ME-T7, (d) ME-T10, (e) ME-T12, (f) ME-T13. Capitolul 2. Caracterizarea fizico-chimica si structurala a ME de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare obtinute din acestea si a substratului metalic utilizat pentru realizarea acoperirilor nanostructurate 2.1. Materiale folosite: ME de pulberi nanostructurate, ME de tinte de pulverizare din Ag-MeO cu 0...2,64% AgNp si pulberi comerciale (PC) de AgMp, ZnONp, ZnOMp, TiO 2 Mp Mod de lucru si echipamente folosite: Pulberile au fost caracterizate din punct de vedere al morfologiei si marimii particulelor, a compozitiei chimice si densitatii liber varsate prin analize XRF, 4

26 difractometrie de raze X, microscopie electronica SEM, metoda Hall si spectrometrie in UV-Vis. Tintele de pulverizare au fost caracterizate din punct de vedere al compozitiei chimice, densitatii, duritatii Vickers (HV), modulului lui Young prin analize XRF, metoda hidrostatica si teste mecanice. Prin spectrometrie de absorptie a luminii in UV-Vis a fost identificat AgNp in pulberile compozite si in tintele de pulverizare din Ag-MeO. Caracterizarea compozitionala a probelor de pulberi, tinte de pulverizare si substrat din otel inox a fost realizata cu un spectrometru de fluorescenta de raze X (XRF) de tip S8 Tiger (Bruker). Densitatea liber varsata a pulberilor a fost determinata prin metoda Hall. Marimea medie a cristalitelor din structura particulelor s-a determinat din ecuatia lui Schrerrer [1] prin difractometrie de raze X cu un difractometru de raze X Bruker tip D8 ADVANCE echipat cu tub de raze X, anod de Cu Kα (λ= Å), oglinda Gobell, detector LynxEye 1D, inregistrarea spectrelor XRD in domeniul unghiular de masura 2 de o si viteza de scanare de 0.04 /s. Spectrele de reflectanta ale pulberilor si tintelor au fost inregistrate in domeniul de lungimi de unda de nm cu un spectrofotometru UV-Vis-NIR Jasco V-570 echipat cu sfera integratoare pentru masuratori probe solide, folosind ca etalon BaSO 4. Analiza SEM s-a efectuat cu un microscop electronic de baleiaj cu sursa de emisie de camp si cu fascicul focalizat de ioni (FESEM-FIB) de tip Auriga Zeiss, la magnificatie de X si tensiune de accelerare de 5 kv. Densitatea tintelor de pulverizare s-a determinat cu balanta hidrostatica, folosind ca lichid de imersie apa distilata. Duritatea Vickers (HV) si modulul lui Young al tintelor si substratului din otel inox s-au determinat prin microindentare, cu un echipament de caracterizare mecanica dotat cu modul de microindentare cu indentor Vickers din diamant (CSM Instruments) cu metoda de calcul Oliver&Pharr, in urmatoarele conditii: forta de amprentare de 20 N, durata de 15 s; viteza de apropiere a indentorului de proba de 2 m/min; viteza de incarcare/descarcare a sarcinii de 40 N/min. Pe fiecare proba s-au efectuat câte 10 masuratori, fiind prezentate valorile medii cu deviatia standard aferenta Rezultate obtinute In Fig. 3...Fig. 7 se prezinta rezultatele analizelor efectuate pentru probele de pulberi si de tinte de pulverizare Ag-MeO investigate. Nanopulberile compozite Ag-MeO au un continut de 0...2,64 masice % AgNp, densitatea liber varsata de 0,33...1,08 g/cm 3 si dimensiunea de cristalit medie de 18, ,74 nm. Din nanopulberile selectate s-au realizat tinte de pulverizare Ag-MeO si Ag cu un continut de 0...2,74 masice % AgNp, respectiv 99,9 % Ag, densitatea de maxim 5,44 g/cm 3 (Ag-ZnO), maxim 3,97 g/cm 3 (Ag-TiO 2 ) si 10,5 g/cm 3 (Ag), dimensiunea de cristalit medie de 35, ,49 nm, duritate Vickers (HV2/15) medie de maxim 298 (Ag-ZnO), 721 (Ag-TiO 2 ) si 88 (Ag), modulul lui Young mediu de 79 GPa (Ag-ZnO), 165 GPa (Ag-TiO 2 ) si 69 GPa (Ag). a) b) Fig. 3. Difractogramele probelor de ME de pulberi compozite de (a) Ag-ZnO si a pulberilor PC de Ag si ZnO, (b) Ag-TiO 2 5

27 a) b) Fig. 4. Difractogramele probelor de tinte de pulverizare din pulberi compozite de (a) Ag-ZnO, (b) Ag-TiO 2. Liniile de difractie ale compozitelor Ag-MeO corespund liniilor MeO, fara evidentierea liniilor specifice Ag. Acest lucru semnifica faptul ca Ag a fost incorporat in reteaua MeO ca substituent pentru Zn 2+ si Ti 4+ sau ca atom interstitial [2]. Liniile de difractie indexate (Fig. 3 (a) si Fig. 4 (a) corespund ZnO (zincita) cu structura cristalina hexagonala de wurtzita tip B4 cu grup spatial P6 3 mc (fise etalon PDF si PDF ). Liniile de difractie indexate (Fig. 3 (b) si Fig. 4 (b) corespund TiO 2 (anatas la pulberi si rutil la tinte) cu structura cristalina tetragonala tip B4 cu grup spatial P6 3 mc (fise etalon PDF la pulberi si PDF la tinte). Comparativ cu MeO, dimensiunea de cristalit a Ag-MeO scade cu cresterea continutului de Ag cand AgNp au fost depuse pe particulele de MeO, datorita incorporarii unor atomi de Ag in pozitiile de substitutie ale Zn (II) si Ti (IV) [3]. Ca rezultat, marimea particulelor de MeO dopate cu Ag este mai mica decat cea a particulelor de MeO nedopate. a) b) c) d) Fig. 5. Imagini SEM ale pulberilor compozite din Ag-ZnO: (a) ME-P1, (b) ME-P2, (c) ME-P11, (d) ME-P12. a) b) c) d) Fig. 6. Imagini SEM ale pulberilor compozite din Ag-TiO 2 : (a) ME-P7, (b) ME-P8, (c) ME-P14, (d) ME-P15. Imaginile SEM (Fig. 5) confirma forma de prisma hexagonala caracteristica particulelor de ZnO si forma sferica a AgNp. Particulele de Ag-TiO 2 au o forma aproape sferica. Aceste observatii sunt in concordanta cu concluziile din analiza XRD si spectroscopia in UV-Vis (Fig. 7). Ambele tipuri de pulberi compozite prezinta o tendinta de aglomerare a particulelor. Elementele grele, ca Ag, pot fi identificate in imaginile SEM ale 6

28 pulberilor compozite Ag-MeO datorita aspectului luminos, deoarece Ag are abilitatea de a reflecta sau imprastia puternic electroni datorita numarului atomic mare (Z = 47) [4]. a) b) Fig. 7. Spectrele de reflectanta in UV-Vis ale pulberilor de (a) Ag-ZnO, Ag si ZnO, (b) Ag-TiO 2 si TiO 2 Formarea AgNp pe particulele de ZnO si TiO 2 a fost dovedita in spectrele UV-Vis prin aparitia benzii de absorptie maxima (minima de reflectanta) a rezonantei plasmonului de suprafata (RPS) la lungimi de unda cuprinse in intervalul nm (Fig. 7, Fig. 8), datorita interactiunii puternice a AgNp cu lumina. Aceasta se produce deoarece electronii de conductie de pe suprafata Ag sunt supusi unei oscilatii colective atunci când sunt excitati de lumina la lungimi de unda specifice [5-8]. Varfurile RPS ale AgNp sunt conforme teoriei lui Mie, in care nanocristalele mici sferice sau cvasi-sferice ar trebui sa prezinte o singura banda RPS de absorptie, in functie de forma lor [9]. Forma sferica a AgNp este confirmata de imaginile SEM (Fig. 5, Fig. 6). Benzile de absorptie din domeniul UV, centrate la lungimi de unda cuprinse in intervalul nm sunt atribuite ZnONp si TiO 2 Np cu dimensiuni mai mici decât cele ale particulelor de ZnO si de TiO 2 bulk, care au valori ale benzii de absorptie de 373 nm, respectiv de 388 nm (Fig. 7, Fig. 8). Aceste lungimi de unda reprezinta pragul de absorptie in care oxizii metalici prezinta activitatea fotocatalitica [10]. Deplasarea varfurilor de RPS spre lungimi de unda mai mari, corelata cu benzile mai late indica o crestere a distributiei granulometrice a Ag-MeO [11]. Compozitia chimica a otelului inox austenitic 316L selectat ca substrat este: max. 0,03 % C, max. 1 % Si, max. 2 % Mn, % Ni, max. 0,045 % P, max. 0,015 % S, 16,5-18,5 % Cr, max. 0,11 % N, 2-2,5 % Mo, rest % Fe [12]. Densitatea otelului este de 7,98 g/cm 3, iar prin microindentare a rezultat duritatea Vickers medie de 495±69 si modulul lui Young mediu de 171±19 GPa. 7

29 a) b) Fig. 8. Spectrele de reflectanta in UV-Vis ale tintelor de pulverizare din pulberi de (a) Ag-ZnO, Ag si ZnO, (b) Ag-TiO 2 si TiO 2 Capitolul 3. Studii preliminare de citotoxicitate si genotoxicitate pentru optimizarea protocoalelor de lucru 3.1. Studiu preliminar de citotoxicitate Obiectiv: Investigarea citotoxicitatii unor probe de acoperiri (realizate cf. A.2.5) si de otel inox (13 probe) in scopul optimizarii metodologiei de testare a biocompatibilitatii in raport cu celulele mamaliane in vederea obtinerii unor noi generatii de materiale de acoperire a suprafetelor metalice Metodologie: Analiza biocompatibilitatii esantioanelor de acoperiri nanostructurate (12 probe) s-a efectuat prin studiul in vitro al interactiunii esantioanelor cu celulele MG-63 cultivate timp de 24 de ore pe substraturile acoperite si analizate din punct de vedere morfologic. Determinarea citotoxicitatii s-a realizat prin metoda calitativa de examinare microscopica a morfologiei celulelor aderate pe suprafetele obtinute, fara utilizarea coloratiilor citochimice. Probele codificate 1-13 au fost plasate in placi cu 24 godeuri si ulterior au fost adaugate celule MG-63 [13], [14]. Dupa 24 de ore, celulele MG-63 au fost fotografiate in contrast de faza, la microscopul Zeiss Observer D1. Parametrii morfologici urmariti (morfologia generala, desprinderea de substrat, liza celulara, vacuolizarea) au fost inregistrati descriptiv [15]. 8

30 Rezultate obtinute: Examinarea microscopica a monostratului celular dupa 24 de ore obtinut pe probele analizate a permis evidentierea unor detalii de morfologie ale celulelor aderate (Fig. 9). Tabelul 3 prezinta clasificarea parametrilor morfologici urmariti și stabilirea gradului de citotoxicitate C Fig. 9. Imagini de microscopie inversata, in contrast de faza, ale celulelor MG-63 crescute timp de 24 de ore pe esantioanele analizate (selectie probele 1, 6, 12, 13) si C - Control (x100). Tabelul 3. Clasificarea parametrilor morfologici urmariti si stabilirea gradului de citotoxicitate. Gradul de Materiale testate Modificari morfologice citotoxicitate Proba 13 - substrat din otel inox 316L Prezenta granulatiilor citoplasmatice, Absent Control absenta lizei celulare, a reducerii cresterii 10 - Acoperire din ZnO/500 nm/otel (EG) < 20% celule rotunjite, desprinse, fara granulatii citoplasmatice, sau cu modificari Slab citotoxic ale morfologiei Proba 4 - Acoperire din Ag-ZnO /200 nm/otel (EG) 50-70% celule rotunjite, desprinse, fara Moderat Proba 9 - Acoperire din ZnO/200 nm/otel (EG) granulatii citoplasmatice sau cu modificari citotoxic Proba 12 - Acoperire din ZnO/1000 nm/otel (EG) ale morfologiei Proba 1 - Acoperire din Ag-ZnO/otel (MS) Proba 2 - Acoperire din Ag-ZnO/otel (MS) Proba 3 - Acoperire din Ag-ZnO/200 nm/otel (EG) Proba 5 - Acoperire din Ag-ZnO/500 nm/otel (EG) Proba 6 - Acoperire din Ag-ZnO/500 nm/otel (EG) Proba 7 - Acoperire din Ag-ZnO/500 nm/otel (EG) Proba 8 - Acoperire din ZnO/200 nm/otel (EG) Proba 11 - Acoperire din ZnO/1000 nm/otel (EG) Monostrat complet sau aproape complet distrus Inalt citotoxic Se confirma aspectul normal al celulelor MG-63 in cazul probelor 13 si Controlului, prezenta unui efect citotoxic slab in cazul probei 10, efect citotoxic moderat in cazul probelor 4, 9 si 12 (evidentiat prin prezenta celulelor cu morfologie normala, dar si a celor cu morfologie modificata (celule picnotice, rotunjite, desprinse de substrat) si respectiv prezenta unui efect citotoxic accentuat pentru restul probelor analizate (Fig. 9, Tabelul 3) Concluzii: In concluzie, rezultatele preliminare de evaluare in vitro a biocompatibilitatii materialelor analizate, au relevat faptul ca materiale testate prezinta grade diferite de citotoxicitate asupra celulelor MG-63, ce conditioneaza utilizarea lor pentru aplicatii in vivo Studiu preliminar de genotoxicitate Obiectiv: Acest studiu reprezinta o testare preliminara prin expunere pe termen scurt a genotoxicitatii probelor de pulberi: P2.2 Ag-ZnONp (AC-A); P1.11 ZnONp; P1.2 Ag-ZnONp (AC-A), in scopul optimizarii metodologiei de testare in vivo a genotoxicitatii materialelor obtinute in cadrul proiectului Introducere: Testul de micronucleatie in vivo pe model mamalian este un test standardizat utilizat pentru detectarea leziunilor cromozomale, precum si a perturbarilor in desfasurarea ciclulul celular, in special a fazei mitotice, produse de un compus chimic (care este testat). Aceste modificari sunt studiate prin analiza celulelor hematopoetice prelevate din maduva osoasa si/sau sange periferic prelevat de la animale, in special rozatoare [16]. Alterari ale integritatii ADN pot fi determinate de o serie de compusi chimici care pot afecta procesele celulare normale prin interactiune directa sau indirecta cu ADN, determinand instabilitate genetica. Testul de micronucleatie in vivo este relevant pentru evaluarea potentialului mutagen al unor substante, deoarece sunt luati in considerare si factorii metabolici, farmacokinetici, precum si repararea ADN. Micronucleii sunt fragmente cromozomale, acentice, care apar din aberatii structural cromozomale asimetrice. Testul de micronucleatie pe model mamalian: Testul de micronucleatie (MMT assay) a fost realizat in concordanta cu recomandarile OECD referitoare la testarea substantelor chimice [17]. 9

31 Design-ul experimentelor Animalele au fost expuse la suspensiile de testat prin injectie intraperitoneala 100 µl/g greutate corporala (din solutia stoc 125 µg/ml in DMSO) in trei doze la interval de 72 ore. Prelevarea probelor biologice s-a facut conform recomandarilor Consiliului European (86/609/CEE/ ) [18]. Loturile de animale au fost codificate astfel: Grup Control - Animale din grupul injectat cu DMSO; Grup P1 - animale injectate cu P2.2. Ag-ZnONp (AC-A) dizolvat in DMSO; Grup P2 - animale injectate cu P1.11 ZnONp dizolvat in DMSO; Grup P3 - animale injectate cu P1.2 Ag-ZnONp (AC-A) dizolvat in DMSO Rezultate obtinute: Pentru a detecta posibilele efecte citotoxice a fost calculat raportul PCE/NCE (polychromatic erythrocytes/normochromatic erythrocytes) in 1000 eritrocite/animal. Analiza s-a realizat la microscopul Olympus BX40 cu sursa de fluorescenta. Abundenta reticulocitelor a fost similara la grupurile analizate, respectiv: 46,4±3, 47,0±3,4, 47±1,6. De asemenea, reticulocitele fragmentate au prezentat o frecventa de 2,0 ±1 in raport cu martorul, indicand faptul ca nu exista fragmentari substantiale ale ADN pe parcursul ciclului celular la 24 h dupa primul tratament. Coloratia cu acridine orange poate diferentia cu usurinta reticulocitele fragmentate de cele normale [19]. Reticulocitele fragmentate sunt colorate cu AO in verde galbui, in timp ce reticulocitele normale sunt colorate in orange-rosu (Fig. 10). a) b) c) d) Fig. 10. Imagini de microscopie de fluorescenta pe frotiuri obtinute din sange periferic - coloratia cu orange (X 120) - reticulocitele fragmentate sunt evidentiate in coloratia cu AO prin culoarea verde. (a) Martor (DMSO), (b) Proba 1 (cod P2.2), (c) Proba 2 (cod P1.11), (d) Proba 3 (cod P1.2). Parametrul denumit frecventa eritrocitelor policromatice micronucleate (MNPCE - micronucleated polychromatic erythrocytes) de la un singur individ a fost utilizat ca unitate experimentala, variatia standard reprezentand diferentele intre animalele din acelasi grup (Fig. 11, Tabelul 4). Tabelul 4. Frecventa MN/1000 nuclei pentru probele analizate. Frecventa MN/1000 nuclei Control P1 P2 P Media Std. Dev Fig. 11. Frecventa eritrocitelor policromatice micronucleate (Pair t Test) Concluzii: Aceste rezultate sunt rezultatul unor studii preliminare de optimizare a metodologiei de testare in vivo a genotoxicitatii, iar semnificatia statistica nu este deocamdata relevanta. Nu au fost identificate modificari majore in frecventa micronucleilor pentru cele trei probe raportate la control (p > 0,05). Capitolul 4. Evaluarea activitatii antimicrobiene a materialelor nanostructurate si a substratului metalic 4.1. Partea experimentala Activitatea antimicrobiana a ME de materiale nanostructurate obtinute a fost evaluata impotriva tulpinilor bacteriene Gram-negative (Klebsiella pneumoniae 40, Acinetobacter baumannii complex 230, Enterobacter cloacae 56, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Escherichia coli ATCC 8739) si Gram-pozitive (Staphylococcus aureus ATCC 6538, S. aureus meticilina rezistent - MRSA, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Enterococcus faecium 17, Bacillus subtilis ATCC 6633) si tulpinei fungice Candida albicans ATCC Activitatea antimicrobiana a substratului metalic si a unor acoperiri din Ag-ZnO este prezentata la Cap. 7, cf. A

32 Au fost efectuate urmatoarele teste: - screening-ul calitativ al sensibilitatii tulpinilor microbiene de testat fata de materialele elaborate (esantioane de comprimate de pulberi de Ø8 mm si h1-2 mm) printr-o metoda adaptata difuziei de disc. Citirea rezultatelor s-a efectuat prin masurarea diametrelor zonelor de inhibitie generate de prezenta comprimatelor in mediu, cu ajutorul unei rigle gradate. Efectul bactericid al materialelor nanostructurate (inhibarea cresterii microbiene) a fost cuantificat prin aparitia unei zone de inhibitie (zona clara) in jurul esantionului analizat. - determinarea concentratiei minime inhibitorie (CMI) (mg/ml) a materialelor nanostructurate fata de tulpinile bacteriene de testat s-a realizat prin metoda microdilutiilor seriale in mediu lichid (Mueller Hinton) repartizat in placi cu 96 de godeuri, ca fiind cantitatea minima de compus chimic capabila sa inhibe cresterea celulelor microbiene [20]. - studiul influentei compusilor testati asupra dezvoltarii de biofilme microbiene pe substrat inert s-a realizat conform referintei [21], iar valoarea concentratiei minime de eradicare a biofilmului (CMEB) (mg/ml) a fost considerata ca fiind cea mai mica concentratie a compusului testat care a inhibat dezvoltarea biofilmului pe godeurile placii Rezultate obtinute Realizarea screening-ului calitativ (Fig. 12) a avut ca scop determinarea activitatii antimicrobiene a compusilor luati in studiu. a) b) c) d) Fig. 12. Actiunea inhibitorie a materialelor testate asupra tulpinii de (a) S. aureus, (b) S. aureus meticilina rezistent, (c) K. pneumoniae, (d) B. subtilis. Majoritatea compusilor (Fig. 12) au exercitat o actiune antimicrobiana crescuta fata de unele tulpini microbiene Gram-pozitive (S. aureus, S. aureus meticilina rezistent, E. faecium, B. subtilis) si Gram-negative (K. pneumoniae, A. baumannii, E. cloacae, E. coli) supuse testarii, evidentiata prin aparitia unor zone de inhibitie a cresterii, cu diametru cuprins in intervalul 9-50 mm. Valorile CMI si CMEB au variat de la 0,002 mg/ml la >1 mg/ml, functie de compusii si tulpinile testate. Compusii din Ag-ZnO cu 0...2,64 % AgNp au fost mai eficienti din punct de vedere al bioactivitatii comparativ cu cei din Ag-TiO 2. In plus, activitatea antimicrobiana a fost mai buna asupra tulpinilor Gram-pozitive testate fata de cele Gram-negative, probabil datorita diferentelor dintre structura celulara a bacteriilor Gram-pozitive si cele Gram-negative, care prezinta grosimi diferite ale straturilor de peptidoglican care inconjoara membrana plasmatica. Bacteriile Gram-pozitive au mai multe straturi de peptidoglican de grosime nm, care constituie in jur de 50% din materialul peretelui celular, in timp ce bacteriile Gramnegative au doar cateva straturi subtiri de peptidoglican de circa 10 nm grosime, care constituie 5-10% din materialul peretelui celular. Cu toate acestea, membrana exterioara a bacteriilor Gram-negative bogata in fosfolipide, proteine, lipoproteine si lipopolizaharide ar putea reprezenta o bariera suplimentara impotriva particulelor testate [22]. Totusi, in anumite cazuri, atunci cand membrana exterioara este strapunsa, peretii celulari ai bacteriilor Gram-negative sunt mai predispusi la rupere mecanica datorita cantitatii reduse de peptidoglican [23], [24]. Avand in vedere rezultatele testelor biologice, partenerii proiectului au selectat pentru realizarea depunerilor materiale nanostructurate pe baza de Ag-ZnO. 11

33 Capitolul 5. Experimentari preliminare pentru realizarea unor ME de acoperiri nanostructurate Pentru realizarea activitatii A.2.5. Partenerul P2 - SC MGM Star Construct SRL a efectuat probele experimentale de depuneri straturi subtiri de materiale nanostructurate pe substrat de otel inox pe 2 echipamente de vid prin 2 metode de evaporare: (1) termic cu fascicol de electroni si (2) pulverizare cu magnetron in RF Realizare ME de acoperiri nanostructurate prin evaporare termica cu fascicol de electroni Materiale folosite: - materiale pentru evaporare in forma de comprimate de pulberi metalice (Ag) si Ag-MeO (MeO = ZnO, TiO 2 ) cu 0...2,64 % MeO cu dimensiunile Ø8 mm x h2-3,5 mm. Modelele functionale (MF) de comprimate de pulberi nanostructurate au fost realizate de CO in cadrul acestei etape si predate Partenerului P2 (16 MF de comprimate de pulberi: P1.2, P1.5, P1.7...P1.13, P1.14, P2.1...P2.6 (Fig. 13). - substrat din otel inox marca 316L (Fig. 14). a) b) c) d) Fig. 13. Comprimate din pulberi: (a) P1.7, (b) P1.14, (c) P2.2, (d) P2.6. Fig. 14. Substrat din otel inox Partea experimentala: Depunerile de grosime nm au fost realizate cu o instalatie de vid Balzers BAK-600 (Fig. 15), echipata cu sursa e-gun, sistem dozare gaz tehnologic, sistem de monitorizare rata de depunere si grosime strat depus cu cuart XTC INFICON, etc. a) b) c) Fig. 15. Instalatie de vid Balzers BAK-600: (a) vedere generala, (b) sursa e-gun, (c) panou comanda vid, rotatie, descarcare luminoasa, sistem XTC INFICON. a) b) Fig. 16. Pozitionare fascicol (a) si evaporare (b) Rezultate obtinute Prin procedeul de evaporare termica cu fascicol de electroni (Fig. 16) Partenerul P2 a procesat 8 tipuri de materiale de evaporat (P.1.5. Ag-ZnONp (AC-C), P.1.11 ZnONp, P.1.2. Ag-ZnONp (AC-A), P ZnOMp, P.2.1. Ag-ZnONp (AM-A), P.2.2. Ag-ZnONp (AC-C), P.2.3. Ag-ZnOMp (AC-C), P.1.10 AgMp), astfel incat au fost obtinute 8 ME a cate 3-6 bucati de acoperiri nanostructurate (notate EG) de Ag-ZnO, ZnO si Ag de grosime 100 nm, 200 nm, 500 nm si 1000 nm, depuse pe substrat de otel inox 316L (Fig. 17). Prin realizarea acestor acoperiri s-a demonstrat functionalitatea comprimatelor de pulberi pentru evaporare elaborate in cadrul acestei etape. Fig. 17. Probe de acoperiri depuse/otel inox (EG) si livrate de P2 la CO pentru caracterizari. 12

34 5.2. Realizare ME de acoperiri nanostructurate prin pulverizare cu magnetron in RF Materiale folosite: - tinte de pulverizare pe baza de Ag-ZnO, ZnO, Ag, Ag-TiO 2 si TiO 2 elaborate in cadrul proiectului; - substrat din otel inox marca 316L; Partea experimentala: Depunerile au fost realizate cu o instalatie de vid VUP-5 (Fig. 18, Fig. 19) echipata cu sursa evaporare - pulverizare TORUS 2 HV (Kurt J. Lesker); sistem dozare gaz tehnologic; sistem alimentare RF (Kurt J. Lesker), continand R301 MKII radio frecventa (RF) 15 MHz si putere 300 W, EJAT3 retea cuplare automata si EJMC2 controler cuplare automata, etc. a) b) Fig. 18. Instalatie de depunere in vid VUP-5 (a), incinta vid (b). a) b) c) Fig. 19. Realizare depuneri: (a) initiere plasma, (b) proces depunere, (c) demontare suport cu probe acoperite depuse Rezultate obtinute Prin pulverizare cu magnetron in RF Partenerul P2 a procesat 4 tipuri de tinte de pulverizare (ME-T1, ME-T5, ME-T6, ME-T8), astfel incat au fost obtinute 4 ME a cate bucati de acoperiri nanostructurate de Ag-ZnO, ZnO si Ag depuse pe substrat de otel inox 316L (ex. Fig. 20). Probele au fost predate pentru caracterizari Coordonatorului CO de catre Partenerul P2. Prin realizarea acestor acoperiri s-a demonstrat functionalitatea unor tinte de pulverizare din Ag-ZnO, ZnO si Ag elaborate in cadrul acestei etape. Fig. 20. Acoperiri depuse pe otel inox (MS) din tinta (a) ME-T5, (b) ME-T6, (c) ME-T8. a) b) c) Capitolul 6. Caracterizarea fizico-chimica si structurala a ME de acoperiri nanostructurate 6.1. Materiale folosite: ME de acoperiri (EG si MS) realizate cf. Capitolului Mod de lucru si echipamente folosite: Probele de acoperiri au fost caracterizate pe directia longitudinala a acoperirilor, din punct de vedere al morfologiei si marimii particulelor de pulbere si a compozitiei chimice prin analize XRD cu un difractometru de raze X Bruker tip D8 ADVANCE si analize SEM cu EDX cu un microscop electronic de baleiaj cu sursa de emisie de camp si cu fascicul focalizat de ioni (FESEM-FIB) de tip Auriga Zeiss Rezultate obtinute In Fig. 21 se prezinta difractogramele de acoperiri din pulberi compozite Ag-ZnO depuse pe otel inox prin cele 2 metode de evaporare abordate in cadrul cercetarilor experimentale. a) 13

35 b) Fig. 21. Difractogramele probelor de acoperiri din pulberi compozite Ag-ZnO depuse pe otel inox prin: (a) evaporare termica cu fascicol de electroni, (b) pulverizare cu magnetron in RF. Dupa depunerea prin evaporare termica (EG) materialele nanostructurate de acoperiri din Ag-ZnO au o dimensiune medie de cristalit de 7,92-18,23 nm. Fig. 22 prezinta rezultate analizelor EDX ale unor probe de acoperiri (EG si MG) elaborate cf. Cap. 5. a) b) c) d) e) f) Fig. 22. Rezultate analize EDX ale probelor de acoperiri din (a) P1.5/1000 nm (EG), (b) P2.1/1000 nm (EG), (c) P1.2/500 nm (EG), (d) P1.2/1000 nm (EG), (e) P1.1 (MS), (f) P1.10 (MS). Acoperirile au un aspect omogen (Fig. 22), cu distributia uniforma a AgNp in matricea de ZnO. Se remarca o scadere in jur de 5-15 % a continutului de AgNp in materialul depus, comparativ cu materialul de depunere, dar acest lucru nu a dus la scaderea activitatii antimicrobiene (cf. Rezultatelor din Cap. 6). 14

36 Capitolul 7. Evaluarea activitatii antimicrobiene a ME de acoperiri nanostructurate 7.1. Materiale de analizat: (probe de acoperiri de grosime 200 nm, 500 nm, 1000 nm din pulbere P1.5/Ag-ZnONp pe otel inox 316 L (e-gun) (probe notate 1-3), acoperiri de 200 nm, 500 nm, 1000 nm din pulbere P1.11/ZnONp pe otel inox 316 L (e-gun) (probe notate 4-6), substrat de otel inox 316 L (proba 7)) Tulpini utilizate: Staphylococcus aureus ATCC 6538 si Pseudomonas aeruginosa ATCC Mod de lucru: Peste esantioanele de placute de analizat sterilizate prin radiatii UV s-au adaugat 20 l de suspensie bacteriana 0,5 McFarland si s-a lasat la incubat 6 ore, dupa care placutele au fost puse in 1 ml ser fiziologic, au fost vortexate, iar din suspensia rezultata s-au realizat dilutii binare care s-au insamantat pentru determinarea UFC Rezultate obtinute Pe placutele din otel inox acoperite cu Ag-ZnO si ZnO (probele 1-6) nu s-au dezvoltat bacteriile. Pe substratul din otel inox (proba 7) s-au determinat 26x10 6 UFC/ml. Rezultatele obtinute in cazul celor doua tulpini bacteriene testate sunt asemanatoare. Fig. 23 prezinta rezultatele obtinute in cazul testelor cu P. aeruginosa. Fig.23. Aspectul probelor analizate (1-7 de la stanga la dreapta) impotriva bacteriei Gram negative P. aeruginosa. Capitolul 8. Protejarea drepturilor de proprietate industriala (pentru cercetare industriala) prin elaborarea unei cereri de brevet si inregistrarea acesteia la OSIM In cadrul Etapei 2/2015 a fost elaborata in comun de catre partenerii proiectului (CO, P1, P2) o cerere de brevet de inventie cu nr. de inregistrare la OSIM A/00605 din , cu titlul Tinte de pulverizare si straturi subtiri din nanopulberi antimicrobiene din oxid de zinc dopate cu argint si procedeu de obtinere, autori: M.V. Lungu a, D. Patroi a, F. Grigore a, M. Lucaci a, D. Talpeanu a, V. Tsakiris a, S. Mitrea a, A. Bratulescu a, C.D. Cirstea a, N. Stancu a, V. Marinescu a, A. Sobetkii b, A.A. Sobetkii b, M.-C. Chifiriuc c, M. Popa c ( a CO / INCDIE ICPE-CA, b P2 / MGM STAR CONSTRUCT S.R.L., c P1 / Universitatea din Bucuresti). Capitolul 9. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului Pentru indeplinirea obiectivelor proiectului si a activitatilor propuse in Planul de realizare a proiectului INMATCO partenerii proiectului au efectuat conform devizelor antecalcul diverse cheltuieli de materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, terti, etc. Aceste cheltuieli sunt prezentate in Fisa de evidenta a cheltuielilor (FEC) pentru Etapa II/2015. Capitolul 10. Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului In vederea diseminarii pe scara larga a rezultatelor obtinute in cadrul contractului PNII nr. 215/2014 in domeniul nanomaterialelor si acoperirilor nanostructurate pentru aplicatii medicale si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului INMATCO, partenerii proiectului (CO, P1, P2) au realizat urmatoarele: comunicari: (1) prezentare sub forma de poster a lucrarii stiintifice: Synthesis, processing and characterisation of Ag-ZnO nanostructured materials and coatings for medical applications, autori: M.V. Lungu a, I. Ion a, D. Talpeanu a, F. Grigore a, D. Patroi a, S. Mitrea a, V. Marinescu a, M.C. Chifiriuc b, M. Popa b, A. Sobetkii c, A.A. Sobetkii c, V. Tsakiris a, M. Lucaci a, A. Bratulescu a, C.D. Cirstea a ( a CO/INCDIE ICPE-CA, b P1/Universitatea din Bucuresti, c P2/MGM STAR CONSTRUCT S.R.L.), sustinuta de Dr. Ing. M. Lungu (CO/INCDIE ICPE-CA) la conferinta 12 th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN15-NANOTEXNOLOGY 2015), Thessaloniki, Greece ; (2) prezentare sub forma de poster a lucrarii stiintifice High prevalence of OXA-48 carbapenemase amongst ESBLproducing but carbapenem-susceptible Enterobacteriaceae strains isolated from the intensive care units of a Romanian hospital, sustinuta de Drd. I. Gheorghe (P1/Universitatea din Bucuresti): (3) comunicare 15

37 orala a lucrarii stiintifice Epidemiology of Pseudomonas aeruginosa from regions with extraordinary high prevalence of antimicrobial drug resistance: Eastern Europe, autori: I. Gheorghe, M.C. Chifiriuc, I. Czobor (P1/Universitatea din Bucuresti) sustinuta de Drd. Irina Gheorghe, in data de , la Bella Center (locul desfasurarii Congresului ECCMID 2015, Copenhagen Denmark), in cadrul unei intalniri cu partenerii unei propuneri de proiect Horizon 2020, intitulata Bacteria Early Warning System for Antibiotic Resistance in Europe, acronim BEWARE. articole publicate: abstractul lucrarii Synthesis, processing and characterisation of Ag-ZnO nanostructured materials and coatings for medical applications, autori: M.V. Lungu a et. al. a fost publicat in Book of Abstracts a conferintei 12 th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN15-NANOTEXNOLOGY 2015), Thessaloniki, Greece, la pag. 121 si un articol elaborat si trimis spre publicare intr-un jurnal ISI cu factor mare de impact. actualizarea paginii web a proiectului ( cu Raportul stiintificotehnic la Etapa II/2015 care cuprinde informatii neconfidentiale despre activitatile si rezultatele proiectului. fise de produs (redactate in limba româna si engleza): (i) Nanopulberi antimicrobiene de oxid de zinc si dioxid de titan dopate cu argint, (ii) Comprimate pentru evaporare termica si acoperiri din nanopulberi antimicrobiene de oxid de zinc si dioxid de titan dopate cu argint si (iii) Tinte de pulverizare si acoperiri din nanopulberi antimicrobiene de oxid de zinc si dioxid de titan dopate cu argint. Capitolul 11. Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului In cadrul activitatii A2.11. privind participarea la diferite evenimente stiintifice din domenii specifice proiectului au fost realizate urmatoarele: participarea in perioada a Dr. Magdalena V. Lungu (CO), conform Mandatului nr din , la conferinta: 12 th International Conference on Nanosciences&Nanotechnologies (NN15- NANOTEXNOLOGY 2015), Thessaloniki, Greece cu o lucrare poster (cf. Cap. 10); participarea in data de a Dr. M.V. Lungu (CO), conform Mandatului nr din , la evenimentul Matchmaking Event (B2B) organizat in cadrul NANOTEXNOLOGY 2015 Expo, Salonic, Grecia ( si stabilirea de contacte cu personalitati stiintifice din domeniu care pot fi cooptate in parteneriate internationale. Au avut loc intalniri bilaterale cu durata de min cu urmatorii specialisti: (1) Eng. Mark Güenter (Melec GmbH, Germany), (2) Prof. Sandra Carvalho (University of Minho, Portugal), (3) Dipl. Eng. Andrew Carroll (EU-Japan Centre for Industrial Cooperation, Belgium), (4) MSc.Dipl.Eng. Fotini Pappa (BL NANOBIOMED, Greece), (5) Prof. Albano Cavaleiro (University of Coimbra, Portugal), (6) Dr. Valery Serbezov (Nanotechplasma Ltd., Bulgaria). participarea in perioada a Drd. Irina Gheorghe (P1), conform Mandatului nr. 46 din , la congresul The 25 th European Congress of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ECCMID), Copenhaga, Danemarca cu o lucrare poster si o prezentare orala (cf. Cap. 10); participarea CO in calitate de expozant la Salonul Cercetarii 2015 organizat in cadrul Târgului Tehnic International Bucuresti in perioada Din partea CO, Dr. M.V. Lungu, Dr. L. Leonat si Dr. V. Tsakiris au participat si prezentat urmatoarele produse si fise de produs (cf. Cap. 10). Capitolul 12. Managementul si coordonarea proiectului Directorul de proiect si Responsabilii de proiect au urmarit permanent ca lucrarile de cercetare-dezvoltare aferente proiectului sa se realizeze conform Planului de realizare a proiectului, in vederea preintampinarii oricarei disfunctionalitati in activitati. Directorul de proiect si Responsabilii de proiect, impreuna cu Directorul economic/contabilul fiecarei organizatii participante la proiect au urmarit permanent ca alocarile financiare sa se faca in functie de destinatia prevazuta. Comunicarea intre parteneri s-a efectuat eficient prin , telefon si intalniri in cadrul proiectului. Elaborarea Raportului de etapa a fost realizata in comun de Directorul de proiect si Responsabilii de proiect, conform activitatilor prevazute in Planul de realizare a proiectului, astfel incat, rezultatele obtinute au fost in concordata cu cele planificate. Capitolul 13. Concluzii In Etapa II/2015 a proiectului au fost realizate urmatoarele activitati de cercetare industriala: Au fost elaborate 17 ME de suspensii coloidale de Ag-MeO (ME-S1...ME-S17), din care au fost realizate 15 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite (ME-P1...ME-P15), 14 ME de tinte de pulverizare (ME-T1...ME-T14) si 16 ME de comprimate de pulberi compozite pentru evaporare termica; 16

38 A fost intocmit un flux tehnologic de realizare materiale nanostructurate si un flux tehnologic de realizare tinte de pulverizare; Pulberile au fost caracterizate din punct de vedere al morfologiei si marimii particulelor, a compozitiei chimice, densitatii liber varsate prin analize XRF, XRD, SEM si metoda Hall; Tintele de pulverizare au fost caracterizate din punct de vedere al compozitiei chimice prin analize XRF, densitatii cu balanta hidrostatica, duritatii Vickers (HV) si modulului lui Young prin teste mecanice; Formarea AgNp pe pulberile de ZnO si TiO 2 a fost dovedita prin aparitia rezonantei plasmonului de suprafata a Ag in spectrele de reflectanta in UV-Vis ale pulberilor compozite Ag-MeO; A fost efectuat un studiu privind investigarea citotoxicitatii a 12 probe de acoperiri de Ag-ZnO si unei probe de otel inox, in scopul optimizarii metodologiei de testare a biocompatibilitatii in raport cu celulele mamaliane in vederea obtinerii unor noi generatii de materiale de acoperire a suprafetelor metalice. Materiale testate prezinta grade diferite de citotoxicitate asupra celulelor MG-63, ce conditioneaza utilizarea lor pentru aplicatii in vivo; A fost realizat un studiu de testare preliminara prin expunere pe termen scurt a genotoxicitatii a 3 probe de pulberi de Ag-ZnONp cu 0...2,64 % AgNp, in scopul optimizarii metodologiei de testare in vivo a genotoxicitatii materialelor obtinute in cadrul proiectului, dar semnificatia statistica nu este deocamdata relevanta, fiind necesare teste suplimentare; Activitatea antimicrobiana a materialelor nanostructurate obtinute a fost evaluata impotriva unui spectru larg de bacterii si fungi prin teste calitative si cantitative pentru determinarea concentratiei minime inhibitorie (CMI) si a concentratiei minime de eradicare a biofilmului (CMEB) a materialelor nanostructurate fata de tulpinile bacteriene de testat; Compusii din Ag-ZnO cu 0...2,64 % AgNp au fost mai eficienti din punct de vedere al bioactivitatii comparativ cu cei din Ag-TiO 2, iar activitatea antimicrobiana a fost mai buna asupra tulpinilor Grampozitive testate fata de cele Gram-negative; Au fost efectuate depuneri de straturi subtiri de materiale nanostructurate pe substrat de otel inox pe 2 echipamente de vid prin 2 metode de evaporare: (1) termic cu fascicol de electroni si (2) pulverizare cu magnetron in RF, din care au rezultat 12 ME de acoperiri nanostructurate de Ag-ZnO, ZnO si Ag de grosime nm, depuse pe otel inox; Au fost intocmite 2 fluxuri tehnologice de realizare acoperiri nanostructurate; Prin realizarea acoperirilor s-a demonstrat functionalitatea comprimatelor de pulberi utilizate la depunerile prin evaporare termica si a unor tinte de pulverizare utilizate la depunerile prin pulverizare cu magnetron in RF; Probele de acoperiri au fost investigate din punct de vedere al uniformitatii, morfologiei, compozitiei chimice si dimensiunii de cristalit medie prin analize SEM cu EDX si XRD. Acoperirile au fost uniforme si omogene, cu o buna aderenta a filmelor depuse pe substratul metalic; A fost evaluata activitatea antimicrobiana pe ME de acoperiri nanostructurate din Ag-ZnO si ZnO si pe substratul din otel inox, utilizand tulpinile S. aureus si P. aeruginosa. Bacteriile nu s-au dezvoltat pe placutele din otel inox acoperite, ci doar pe substratul din otel inox, care a prezentat 26x10 6 UFC/ml; A fost elaborata si inregistrata la OSIM o cerere de brevet de inventie; A fost achizitionata partial logistica necesara (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului. A fost elaborat si trimis spre publicare un articol intr-un jurnal ISI cu factor mare de impact; Au fost realizate 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale si nationale din domenii specifice proiectului (conferinta NANOTEXNOLOGY 2015, Salonic, Grecia; congresul ECCMID 2015, Copenhaga, Danemarca, Salonul Cercetarii 2015 din cadrul Târgului Tehnic International Bucuresti, România); Au fost comunicate 2 lucrari sub forma de postere si o prezentare orala la o conferinta si un congres international, au fost intocmite 2 rapoarte de deplasare si 3 fise de produs (in româna si engleza) si prezentate produse (materiale nanostructurate, comprimate de pulberi compozite pentru evaporare termica si tinte de pulverizare) la Salonul Cercetarii 2015-TTIB, România. A fost actualizata pagina web a proiectului ( A fost elaborat raportul de etapa nr. II/2015, in comun de catre partenerii proiectului. A fost realizat eficient managementul si coordonarea proiectului, astfel incat au fost indeplinite activitatile propuse cu rezultatele preconizate in Planul de realizare a proiectului. Avand in vedere cele de mai sus se considera oportuna continuarea lucrarilor de definitivare cercetare industriala si dezvoltare experimentala din etapa urmatoare, cu activitati de realizare, caracterizare si certificare prototipuri de materiale si acoperiri nanostructurate, realizarea unor produse finite acoperite, protejarea drepturilor de proprietate industriala, diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului. 17

39 Bibliografie [1]. M. Asghar, H. Noor, M.S. Awan, S. Naseem, M.A. Hasan, Post-annealing modification in structural properties of ZnO thin films on p-type Si substrate deposited by evaporation, Mater. Sci. Semicond. Process., 2008, Vol. 11, pp [2]. C. Karunakaran, V. Rajeswari, P. Gomathisankar, Optical, electrical, photocatalytic, and bactericidal properties of microwave synthesized nanocrystalline Ag-ZnO and ZnO, Solid State Sciences, Superlattices Microstruct., Vol. 13, No. 5, (2011), pp [3]. I.S. Kim, E.K. Jeong, D.Y. Kim, M. Kumar, S.-Y. Choi, Investigation of p-type behavior in Ag-doped ZnO thin films by E-beam evaporation, Appl. Surf. Sci., 2009, Vol. 255, pp [4]. A. Schinwald and K. Donaldson, Use of back-scatter electron signals to visualise cell/nanowires interactions in vitro and in vivo; frustrated phagocytosis of long fibres in macrophages and compartmentalisation in mesothelial cells in vivo, Part. Fibre Toxicol., 2012, Vol. 9, 34. [5]. S. Link, M.A. El-Sayed (2003) Optical properties and ultrafast dynamics of metallic nanocrystals, Annu Rev Phys. Chem, Vol. 54, pp , doi: /annurev.physchem [6]. F.S. Rosarin, S. Mirunalini (2011) Noble metallic nanoparticles with novel biomedical properties, J. Bioanal. Biomed Vol. 3, No. 4, pp , doi: / X [7]. D.D. Evanoff Jr, G. Chumanov (2005) Synthesis and optical properties of silver nanoparticles and arrays. ChemPhysChem 6(7): , doi: /cphc [8]. M.A. Noginov, G. Zhu, M. Bahoura, J. Adegoke, C. Small, et. al. (2007) The effect of gain and absorption on surface plasmons in metal nanoparticles. Appl Phys B: Lasers Opt 86(3): , doi: /s [9]. Mie, G. (1908), Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen. Ann. Phys., Vol. 330, pp , doi: /andp [10]. W.H. Cho, D.J. Kang, S.G. Kim (2003) Intraparticle structures of composite TiO 2 /SiO 2 nanoparticles prepared by varying precursor mixing modes in vapor phase, J. Mater Sci., Vol. 38, No. 12, pp , doi: /A: [11]. G. Shan, L. Xu, G. Wang, Y. Liu, Enhanced Raman scattering of ZnO quantum dots on silver colloids, J. Phys. Chem. C, 2007, Vol. 111, pp [12]. Steel and special steel alloys [13]. H. Declercq, N. Van den Vreken, E. De Maeyer, R. Verbeeck, E. Schacht, L. De Ridder et. al. (2004), Isolation, proliferation and differentiation of osteoblastic cells to study cell/biomaterial interactions: comparison of different isolation techniques and source, Biomaterials, Vol. 25, pp [14]. C. Pautke, M. Schieker, T. Tischer, A. Kolk, P. Neth, W. Mutschler, S. Milz (2004), Characterization of osteosarcoma cell lines MG-63, Saos-2 and U-2 OS in comparison to human osteoblasts, Anticancer Res., Vol. 24, Issue 6, pp [15]. ***ISO :2009(E) Part. 5. Biological evaluation of medical devices - Part 5:Tests for in vitro cytotoxicity [16]. J.Y. Kwon, P. Koedrith, Y.R. Seo (2014), Current investigations into the genotoxicity of zinc oxide and silica nanoparticles in mammalian models in vitro and in vivo: carcinogenic/genotoxic potential, relevant mechanisms and biomarkers, artifacts, and limitations, International Journal of Nanomedicine, Vol. 9 (Supp. 2), pp [17]. ***OECD (2014), Test No. 474: Mammalian Erythrocyte Micronucleus Test, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 4, OECD Publishing, Paris, doi: [18]. *** Dir. Cons. 86/609/CEE/ , Norma sanitara veterinara privind protectia animalelor utilizate pentru scopuri experimentale si alte scopuri stiintifice. [19]. T. Polard, S. Jean, G. Merlina, C. Laplanche, E. Pinelli, L. Gauthier (2011), Giemsa versus acridine orange staining in the fish micronucleus assay and validation for use in water quality monitoring, Ecotoxicology and Environmental Safety, Vol. 74 (1). pp [20]. P.C. Balaure, E. Andronescu, A.M. Grumezescu, A. Ficai, K.S. Huang, C.H. Yang, M.C. Chifiriuc, Y.S. Lin., Fabrication, characterization and in vitro profile based interaction with eukaryotic and prokaryotic cells of alginate-chitosan-silica biocomposite, Int. J. Pharm. 2013, Vol. 441, pp [21]. C. Limban, M.C. Chifiriuc, Antibacterial Activity of New Dibenzoxepinone Oximes with Fluorine and Trifluoromethyl Group Substituents, Int. J. Mol. Sci., 2011, Vol. 12, pp [22]. T.J. Silhavy, D. Kahne, S. Walker, The Bacterial Cell Envelope, Cold Spring Harb. Perspect. Biol., 2010, Vol. 2, a [23]. G. Tortora, R.B. Funke, L.C. Case, Microbiology: An Introduction. Addison-Wesley Longman Inc, New York, [24]. S. Khan, I.A. Qazi, I. Hashmi, M. Ali Awan, Najum-us-Sehar Sadaf Zaidi, Synthesis of Silver-Doped Titanium TiO 2 Powder-Coated Surfaces and Its Ability to Inactivate Pseudomonas aeruginosa and Bacillus subtilis, Journal of Nanomaterials, Vol. 2013, Article ID , 8 pages, 2013, doi: /2013/

40 ANEXE FISE DE PRODUS 19

41 20

42 21

43 PROGRAMUL PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Finantare: buget Autoritate contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamântului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI) Programul: PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Contractor: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA (INCDIE ICPE-CA) Partener 1: UNIVERSITATEA BUCURESTI, Facultatea de Biologie Partener 2: MGM STAR CONSTRUCT SRL RAPORT ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC - ETAPA III/2016 la C215/ Materiale şi acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiană pentru aplicaţii medicale (Acronim proiect: INMATCO) Denumirea etapei: Cercetare industriala si dezvoltare experimentala partiala: realizarea si caracterizarea modelelor de materiale si acoperiri nanostructurate, elaborare specificatii tehnice Perioda de derulare a etapei: Activităţi / Partenerii implicaţi în realizarea activităţii: A.3.1. Realizarea unor modele experimentale optimizate de materiale nanostructurate / CO, P2 A.3.2. Caracterizarea mecanica, tribologica si electrochimica a modelelor experimentale de acoperiri nanostructurate, studiul grosimii si aderentei stratului/straturilor subtiri de materiale nanostructurate / CO, P2 A.3.3. Studii de citotoxicitate si genotoxicitate pentru evaluarea biocompatibilitatii noilor materiale nanostructurate / P1 A.3.4. Elaborare specificații tehnice materiale nanostructurate si tinte de pulverizare cu activitate antimicrobiana / CO, P1, P2 A.3.5. Elaborare specificatie tehnica acoperiri nanostructurate antimicrobiene / CO, P1, P2 A.3.6. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului / CO, P1, P2 A.3.7. Protejarea drepturilor de proprietate intelectuala (pentru dezvoltare industriala) prin elaborarea unei cereri de brevet si inregistrarea acesteia la OSIM / CO, P1, P2 A.3.8. Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului / CO, P1, P2 A.3.9. Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului /CO, P1, P2 A Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa (tehnico-stiintific si financiar) / CO, P1, P2 Rezultate aşteptate: Modele experimentale (ME) de materiale (min. 6) si acoperiri nanostructurate optimizate (min. 6); Studii citologice si biochimice (min. 2); Specificații tehnice materiale nanostructurate (min. 1), tinte de pulverizare (min. 1) si acoperiri nanostructurate (min. 1); O cerere de brevet de inventie inregistrata la OSIM; Min. 2 articole comunicate; 1 articol trimis spre publicare in jurnale ISI; 1 articol publicat intr-un jurnal ISI; Pagina web a proiectului actualizata; Rapoarte de deplasare; Raport de etapa. Colectiv de lucru: CO: INCDIE ICPE-CA Director de proiect: Dr. Ing. Lungu Magdalena Membri CO: Dr. Ing. Enescu Elena Dr. Ing. Patroi Delia Dr. Ing. Lucaci Mariana Dr. Ing. Tsakiris Violeta Dr. Fiz. Cirstea Diana Dr. Fiz. Leonat Lucia Dr. Ing. Bara Adela Dr. Fiz. Sbarcea Gabriela Dr. Ing. Ion Ioana Dr. Chim. Iordoc Mihai Dr. Chim. Barbu Paula Dr. Ing. Talpeanu Dorinel Ing. Bratulescu Alexandra Ing. Mitrea Sorina Ing. Stancu Nicolae Drd. Ing. Grigore Florentina Drd. Marinescu Virgil Drd. Ing. Marin Mihai Drd. Radu Lacramioara Elena Sing. Hajdu Carmen Tehn. Vlad Dorina Munc. Matei Valeria Tehn. Zoicas Doina Munc. Vicol Nicolae Munc. Vicol Ana P1: UNIVERSITATEA BUCURESTI Responsabil de proiect: Prof. Dr. Chifiriuc Mariana-Carmen Membri P1: Prof. Dr. Mihaescu Grigore Dr. Popa Marcela Dr. Coralia Bleotu Drd. Gheorghe Irina Dr. Ditu Lia Mara Dr. Constantin Nicoleta Dr. Curutiu Carmen Stoica Maria Sarbu Ecaterina Monica 1 P2: MGM STAR CONSTRUCT SRL Responsabil de proiect: Drd. Fiz. Sobetkii Arcadie Membri P2: Drd. Fiz. Sobetkii A. Arcadii Fiz. Capatana Valentina Ec. Diaconu Corina Daniela Ing. Gritcu Corneliu Visan Mihai, Director general Ec. Visan Emilia Cristina, Director comercial

44 REZUMATUL ETAPEI DE EXECUTIE In Etapa 3/2016 la proiectul PCCA, Contract nr. 215/2014, derulat in cadrul programului PNCDI II - PARTENERIATE au fost prevazute si indeplinite activitati de cercetare industriala si de dezvoltare experimentala, care vor conduce in etapa urmatoare la elaborarea de noi dispozitive medicale din categoria instrumentelor medicale chirurgicale critice invazive din otel inox functionalizate antimicrobian cu acoperiri nanostructurate de tip straturi subtiri pe baza de Ag-TiO 2 sau Ag-ZnO. Capitolele 3.1. si 3.2. prezinta activitatile A.3.1.-Realizarea unor modele experimentale optimizate de materiale si acoperiri nanostructurate si A.3.2.-Caracterizarea mecanica, tribologica si electrochimica a modelelor experimentale de acoperiri nanostructurate, studiul grosimii si aderentei stratului/straturilor subtiri de materiale nanostructurate, realizate de CO in colaborare cu P2. Au fost elaborate de catre CO 13 ME de suspensii coloidale de Ag-ZnO (ME-S3.1...ME-S3.13), din care au fost realizate 13 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite pe baza de Ag-ZnO (ME-P3.1...ME- P3.13), Pulberile au fost caracterizate din punct de vedere al compoziţiei chimice si dimensiunii medii de cristalit prin analize XRF si XRD. Partenerul P2 a efectuat depunerile de straturi subtiri de materiale nanostructurate pe substrat metalic din otel inox, cu un echipament de vid, prin metoda de evaporare termica cu fascicol de electroni, utilizand 9 tipuri de materiale de depunere. Au fost obtinute 20 loturi (b001...b020) de ME de acoperiri nanostructurate de Ag-TiO 2, Ag-ZnO, ZnO si Inconel 600 de grosime nm, depuse pe tipo-dimensiuni de substrat din otel inox 316L, care apoi au fost tratate termic (TT) si investigate din punct de vedere mecanic, tribologic si electrochimic. Acoperirile au fost uniforme, cu o buna aderenta a filmelor depuse pe substratul metalic. Probele b011 TT, b004 TT si b002 TT au avut cea mai mare rezistenta la zgariere, prezentand forte de adeziune (Lc2) de 7, ,20 N si de coeziune (Lc3) de 12, ,49 N. Probele de acoperiri b017 TT, b004 TT, b006 TT, b002 TT, b003 TT, b012 TT si b018 TT au aratat un comportament tribologic foarte bun, avand coeficient mic de frecare (μ mediu de 0, ,698) si factor mic de uzura (K de 3,83x ,3x10-4 mm 3 /(Nm)). Probele b010 TT, b012 TT, b009 TT, b013 TT si b004...b007 TT au avut un comportament foarte bun la testele electrochimice, avand viteza de coroziune in intervalul 2, ,88 µm/an, fiind de circa 3, de ori mai mica decat viteza de coroziune a substratului din otel inox 316L (61,46 µm/an). Capitolul 3.3 prezinta activitatea A.3.3.-Studii de citotoxicitate si genotoxicitate pentru evaluarea biocompatibilitatii noilor materiale nanostructurate, realizata de Partenerul P1. Activitatea antimicrobiana a materialelor nanostructurate P3.1...P3.13 si a acoperirilor nanostructurate (b001...b020) a fost evaluata impotriva unui spectru larg de bacterii Gramnegative (E. coli, P. aeruginosa) si Gram-pozitive (S. aureus, E. faecalis) si fungi (C. albicans). Rezultatele au evidentiat o activitate antimicrobiana buna a materialelor P.3.1, P.3.2, P.3.3. si P.3.4 si a straturilor subtiri depuse pe otel inox 316L, in special cele din Ag-TiO 2, fata de speciile microbiene mentionate, demonstrand potentialul acestora de a fi utilizate in aplicatii din domeniul biotehnologic, industrial si biomedical. A fost efectuat un studiu privind investigarea citotoxicitatii materialelor nanostructurate pe baza de pulberi compozite Ag-ZnO (P3.1...P3.13) si a acoperirilor pe baza de Ag-TiO 2, Ag-ZnO, ZnO, Inconel 600 (b001...b009) si substrat de otel inox. Materiale testate prezinta grade diferite de citotoxicitate asupra celulelor MG63, ce conditioneaza utilizarea lor pentru aplicatii in vivo. A fost realizat un studiu de genotoxicitate pentru 2 probe de pulberi selectate de Ag-ZnONp (P3.1 si P3.4). S-a evidentiat un potential genotoxic scazut al Ag-ZnONp, comparativ cu controlul, rezultat pozitiv cu implicatii benefice in utilizarea acestor Np in domenii tehnico-medicale. Capitolul 3.4. descrie activitatile A.3.4.-Elaborare specificații tehnice materiale nanostructurate si tinte de pulverizare cu activitate antimicrobiana si A.3.5.-Elaborare specificatie tehnica acoperiri nanostructurate antimicrobiene. Au fost intocmite 3 specificatii tehnice pentru (i) materiale nano si microstructurate pe baza de pulberi compozite de Ag-TiO 2, (ST 111/ ) (ii) tinte de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 (ST 112/ ) si (iii) acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana (ST 113/ ). Capitolele prezinta activitatile A.3.6-Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului, A.3.7.-Protejarea drepturilor de proprietate intelectuala (pentru dezvoltare industriala) prin elaborarea unei cereri de brevet si inregistrarea acesteia la OSIM, A.3.8.-Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului, A.3.9.-Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului si A Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa (tehnico-stiintific si financiar). In cadrul acestor activitati, printr-un management eficient partenerii proiectului au elaborat si depus la OSIM o cerere de brevet de inventie, au achizitionat o parte din logistica necesara, cum ar fi un Sistem Calotest pentru determinarea grosimii straturilor subtiri, un microscop Carl Zeiss, un software VWGA-589 pentru determinarea largimii energetice a benzii interzise pentru materialele si acoperirile din Ag-ZnO si Ag- TiO 2 si au elaborat raportul de etapa, a fost actualizata pagina web a proiectului, a fost elaborat, trimis spre publicare si publicat un articol in jurnalul ISI Materials Characterization (Elsevier, ISSN , FI/2015=2,383, SRI/2016=3,463), au fost realizate 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale din domenii specifice proiectului (conferinta 10 th International Conference on Photoexcited Processes and Applications, ICPEPA-10, Aug. 29-Sept. 2, 2016, Brasov, Romania si manifestarea Vilnius International Summit on Communicable Diseases, June 26-July 1, 2016, Vilnius, Lituania), au fost comunicate 4 lucrari sub forma de postere la cele 2 manifestari si au fost publicate 5 abstracte in Book of Abstracts. In urma indeplinirii activitatilor A.3.1-A s-au obtinut urmatoarele rezultate: 13 ME de suspensii coloidale de Ag-ZnO; 13 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite Ag-ZnO; 20 ME de acoperiri nanostructurate din Ag-TiO 2, Ag-ZnO, ZnO si Inconel 600; un studiu de evaluare a activitatii antimicrobiene a unor materiale si acoperiri nanostructurate selectate; un studiu de citotoxicitate; un studiu de genotoxicitate; 3 specificații tehnice; o cerere de brevet de inventie inregistrata la OSIM; 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale din domenii specifice proiectului; 4 lucrari (postere) comunicate si 5 abstracte publicate in Book of Abstracts; un articol publicat in jurnalul ISI Materials Characterization (Elsevier, ISSN , FI/2015=2,383, SRI/2016=3,463); pagina web a proiectului actualizata pe site-ul CO si crearea unei pagini web a proiectului pe ResearchGate; raportul de etapa. Avand in vedere cele de mai sus se considera oportuna continuarea lucrarilor de definitivare dezvoltare experimentala din etapa urmatoare, cu activitati de realizare, caracterizare si certificare prototipuri de materiale si acoperiri nanostructurate si prototipuri de tinte de pulverizare, realizarea unor produse finite acoperite, diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului si cresterea vizibilitatii internationale a proiectului. 2

45 DESCRIEREA ŞTIINŢIFICĂ ŞI TEHNICĂ Scopul Etapei 3/2016 a fost elaborarea unor modele experimentale (ME) optimizate de materiale si acoperiri nanostructurate, caracterizarea mecanica (studiul grosimii si aderentei stratului/straturilor subtiri), tribologica (determinarea coeficientului de frecare si a factorului de uzura) si electrochimica (determinarea vitezei de coroziune) a ME de acoperiri nanostructurate, realizarea unor studii de citotoxicitate si genotoxicitate pentru evaluarea biocompatibilitatii noilor materiale nanostructurate, elaborarea a trei specificații tehnice pentru (i) materiale nanostructurate, (ii) tinte de pulverizare si (iii) acoperiri nanostructurate antimicrobiene, protejarea drepturilor de proprietate intelectuala prin elaborarea unei cereri de brevet de inventie inregistrat la OSIM si diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului, actualizarea paginii web a proiectului si participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului. Capitolul 3.1. Realizarea unor ME optimizate de materiale si acoperiri nanostructurate Realizarea ME optimizate de materiale nanostructurate Materiale folosite: nanopulbere de ZnO (ZnONp, würtzită, 99,5 %), azotat de argint (AgNO 3 p.a., cristalizat, min. 99,9%, Safina), agenti de reducere si de stabilizare, apa bidistilata (conductivitatea electrica de 5 S la 25 C, ph = 5,5) Mod de lucru si echipamente folosite: ME de materiale nanostructurate pe baza de Ag-ZnO s-au obtinut de catre CO prin sinteza chimica in situ a AgNp prin reducerea Ag + din solutii apoase de AgNO 3 cu un reducator slab de tip polielectrolit (PE) anionic care are rol si de stabilizator electrostatic, in care se afla dispersate ZnONp, urmata de reducerea finala a Ag + cu un agent de reducere (AR). In acest scop s-a utilizat o instalatie de sinteza chimica in mediu apos alcatuita dintr-un vas de reactie tip Berzelius cu volum de 5000 ml, agitator mecanic tip RZR 2021 (Heidolph) si plita de incalzire (Velp) Rezultate obţinute: In Tabelul 3.1 se prezinta ME de suspensii coloidale de Ag-ZnO elaborate prin sinteza chimica (ME-S3.1...ME-S3.13) si de ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite de Ag-ZnO (ME-P3.1...ME-P3.13) cu un continut masic de 0,16...1,04 % AgNp realizate din aceste suspensii. Tabelul 3.1. ME de suspensii coloidale de Ag-ZnO elaborate prin sinteza chimica si de ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite de Ag-ZnO realizate din aceste suspensii. Cod suspensie Cod pulbere Cod ME Cod ME coloidala (SC) compozita suspensie pulbere de Ag-ZnO de Ag-ZnO ME-S3.1. SC3.1 (P-A) ME-P3.1. P3.1 (P-A) ME-S3.2. SC3.2 (P-G) ME-P3.2. P3.2 (P-G) ME-S3.3. SC3.3 (P-B) ME-P3.3. P3.3 (P-B) ME-S3.4. SC3.4 (S-A) ME-P3.4. P3.4 (S-A) ME-S3.5. SC3.5 (S-G) ME-P3.5. P3.5 (S-G) ME-S3.6. SC3.6 (S-B) ME-P3.6. P3.6 (S-B) ME-S3.7. SC3.7 (C) ME-P3.7. P3.7 (C) ME-S3.8. SC3.8 (C-G) ME-P3.8. P3.8 (C-G) ME-S3.9. SC3.9 (C-A) ME-P3.9. P3.9 (C-A) ME-S3.10. SC3.10 (C-C) ME-P3.10. P3.10 (C-C) ME-S3.11. SC3.11 (C-B) ME-P3.11. P3.11 (C-B) ME-S3.12. SC3.12 (C-C) ME-P3.12. P3.12 (C-C) ME-S3.13. SC3/1.5 (C-B) ME-P3.13. P3/1.5 (C-B) ME de materiale nanostructurate elaborate au fost analizate din punct de vedere biologic, conform testelor descrise in Capitolul 3.3., in vederea selectarii ME optime, cu cele mai bune proprietati antimicrobiene. 3

46 Realizarea ME optimizate de acoperiri nanostructurate Materialele pentru evaporare folosite: Modelele functionale (MF) de comprimate pentru evaporare termica cu dimensiunile Ø8 mm x h2-3,5 mm au fost realizate de CO prin tehnici ale metalurgiei pulberilor din materiale nano si microstructurate pe baza de pulberi compozite de Ag-ZnO si Ag-TiO 2 cu 0,47...2,64 % AgNp elaborate in etapa anterioara a proiectului si pulberi comerciale de ZnONp (Metall Rare Earth Ltd., China) si selectate pentru depuneri (P1.2 Ag-ZnONp (AC-A), P1.5 AgZnONp (AC-C), P1.11 ZnONp, P2.1 Ag-ZnONp (AM-A), P2.2 Ag-ZnONp (AC-A), P2.3. Ag-ZnOMp (AC-A), P2.4. Ag-TiO 2 Mp (AM-A), P2.5. Ag-TiO 2 Np (AC-A). Pentru stratul intermediar s- a folosit la depuneri sarma de Inconel 600 (Umicore, Germania) cu Ø1 mm. Substratul din otel inox marca 316L a fost executat de P2 in 6 tipo-dimensiuni: Ø25 mm x 1 mm, Ø10 mm x 1 mm, Ø8 mm x 1 mm, 20 mm x 30 mm x 1 mm, 8 mm x 8 mm x 1 mm, 5 mm x 5 mm x 1 mm. Substratul de otel a fost polizat luciu oglinda pe fata pe care s-a realizat depunerea in strat subtire (Fig. 3.1). Fig Substrat din otel inox 316L Mod de lucru si echipamente folosite: Partenerul P2 a efectuat ME de acoperiri nanostructurate de tip straturi subtiri de grosime 500 nm, cu sau fara un strat subtire intermediar din Inconel 600, depuse pe substrat din otel inox 316L cu o instalatie de vid Balzers BAK-600 dotata cu un sistem de monitorizare rata de depunere si grosime strat depus cu cuart XTC INFICON prin evaporare termica cu fascicol de electroni, conform Instructiunii Tehnologice IT 0111/2016 elaborata de P2 prin Drd. Fiz. Sobetkii Arcadii si Drd. Fiz. Sobetkii Arcadie. Acoperirile nanostructurate (Fig. 3.2) au fost predate de P2 Coordonatorului proiectului, care a efectuat un tratament termic (TT) al loturilor de probe acoperite. Fig Probe de acoperiri livrabile (b010...b013) Rezultate obţinute In Fig. 3.3 se prezinta ME de acoperiri nanostructurate (loturi codificate b001...b020) realizate prin evaporare termica cu fascicol de electroni. a) b) c) d) Fig Aspectul unor acoperiri nanostructurate TT: (a) b004, (b) b005, (c) b006, (d) b012. Acoperirile elaborate (b001...b020) au un aspect uniform, fara incluziuni straine. Culoarea acoperirilor a fost influentata de continutul de Ag din materialele compozite, precum si de grosimea stratului depus. Capitolul 3.2. Caracterizarea mecanica, tribologica si electrochimica a ME de acoperiri nanostructurate, studiul grosimii si aderentei stratului/straturilor subtiri de materiale nanostructurate Materiale folosite: ME de acoperiri nanostructurate elaborate in Etapa 3/2016 a proiectului Mod de lucru si echipamente folosite: Acoperirile nanostructurate au fost caracterizate din punct de vedere mecanic (determinarea fortelor critice la zgariere, a aderentei si grosimii filmelor subtiri) si tribologic (determinarea coeficientului de frecare si al factorului de uzura) pe probe TT si electrochimic (determinarea rezistentei la coroziune) pe probe NT si TT. 4

47 (i) Caracterizarea mecanica a probelor TT s-a realizat prin teste de zgariere cu un echipament Micro-Combi Tester (CSM Instruments, Elvetia), dotat cu modul de microzgariere (MCTX) cu varf Rockwell de diamant cu raza de 200 m si cu microscop optic cu obiective 5x, 20x, 50x si 100x (Fig. 3.4), conform standardelor ASTM C (2015) [3.1], DIN EN : [3.2] si SR EN ISO 20502:2016 [3.3]. Testele de zgariere au constat in determinarea fortelor critice (Lc), adica a sarcinilor celor mai mici la care apar defecte recunoscute in probele de acoperiri investigate. Fortele critice s-au determinat din curbele inregistrate si din imaginile achizitionate prin analiza optica (20x) cu optiunea Panorama a software-ului de achizitie a datelor. (ii) Studiul grosimii straturilor subtiri s-a realizat cu un sistem Calotest Compact (Anton Paar, Elvetia) (Fig. 3.5), conform standardului SR EN ISO 26423:2016 [3.4], prin metoda ball cratering, pe probe de acoperiri TT depuse pe substrat de otel inox 316L. In acest scop stratul depus a fost erodat cu o sfera (bila de otel), pe care s-a aplicat o suspensie abraziva, bila fiind rotita cu un arbore de antrenare din otel. In urma procesului de frecare abraziva dintre bila si suprafata probei acoperite rezulta o adancitura (crater) de uzare sub forma de calota sferica, atat in strat cat si in substrat. Craterul format a fost analizat optic la microscopul atasat echipamentului Micro-Combi Tester (obiectiv 5x), astfel incat prin observarea cercurilor concentrice, cercul interior reprezentand substratul, iar celelalte cercuri concentrice exterioare reprezentand straturile subtiri depuse (Fig. 3.6), prin software-ul echipamentului, optiunea Calotest s-a determinat grosimea stratului (t) ca fiind: t = x*y/(2r) (iii) Testele tribologice au fost realizate conform standardelor ASTM G99-05 (2016) [3.5] si SR EN :2010 [3.6], cu un tribometru standard de tip bila pe disc, echipat cu modul rotativ (CSM Instruments, Elvetia) (Fig. 3.7), in care a fost pozitionata proba TT cu acoperire depusa pe substrat de otel. Deformarea partenerului static (bila stationara de otel 100Cr6) a fost masurata cu un senzor pentru sarcina aplicata, fiind înregistrată ca forta tangentiala (F t ). Coeficientul de frecare (µ) la alunecare s-a calculat ca fiind raportul dintre forta tangentială (F t ) si forta normala (F n ): µ = F t /F n Factorul de uzura, K [mm 3 /(Nm)] pentru probele de acoperiri s-a determinat cu software-ul specific de comanda, achizitie si prelucrare de date al tribometrului, prin masurarea volumului de material indepartat prin normalizarea acestuia la sarcina aplicata si distanta parcursa in timpul testului tribologic, conform relatiei: K = V/(F n. L) [mm 3 /(Nm)], unde V [mm 3 ] = volumul de material pierdut (dislocat) în timpul desfasurarii testului tribologic; V = produsul dintre aria urmei de uzura si lungimea circumferintei urmei de uzura, F n [N] = forta normala aplicata; L [m] = distanta de alunecare. Aria urmei de uzura [µm 2 ] s-a determinat cu un profilometru Surtonic S25 (Taylor Hobson, UK) cu vârf standard din diamant cu raza de 5 m (Fig. 3.7), pentru o lungime de evaluare a probei de 4 mm si o lungime de unda de prag (Cut-off) de 0,8 mm, utilizand un filtru Gaussian digital. Fig Echipament Micro- Combi Tester utilizat la testele de zgariere. Fig Sistemul Calotest utilizat la studiul grosimii acoperirilor. Fig Principiul metodei ball cratering. Fig Tribometru bila pe disc si profilometru Surtronic S25. 5

48 (iv) Caracterizarea electrochimica a probelor s-a realizat conform standardului ASTM G (2015) [3.7], pe probe selectate de acoperiri nanostructurate netratate termic (NT) sau tratate termic (TT) si pe substrat din otel inox 316L, utilizand un echipament potentiostat/galvanostat model PGZ 301 VoltaLab 40 (Radiometer Analytical, Franta) conectat la calculator prin interfata grafica VoltaMaster 4 (Fig. 3.8), conectat la o celulă standard cu 3 electrozi,; electrodul de referinţă a fost un electrod de calomel saturat (Ag/AgCl), contraelectrodul a fost un electrod de platină, iar electrodul de lucru a fost proba testata (acoperire nanostructurata NT sau TT, respectiv proba din otel inox 316L). Ca electrolit a fost aleasa solutia Ringer (1000 ml soluţie perfuzabilă conţin: clorură de potasiu 0,3 g, clorură de calciu dihidrat 0,33 g şi clorură de sodiu 8,6 g) Fig Potentiostat/galvanostat VoltaLab 40 conectat la calculator prin interfata grafica VoltaMaster 4. Rezistenta la polarizare, R p (kώ*cm 2 ) si viteza de coroziune, V cor (µm/an) s-au determinat prin metoda extrapolarii dreptelor Tafel din curbele de polarizare potentiodinamica Rezultate obţinute Tabelul 3.2. si Fig prezinta rezultatele testelor de zgariere ale unor ME de acoperiri nanostructurate, si anume: imaginile optice (Panorama) ale profilului topografic al suprafetelor probelor acoperite, curbele inregistrate in timpul testelor de zgariere, valorile fortelor critice: Lc1 - inceputul desprinderilor interfaciale, cu defecte minore longitudinale (tensiuni Hertziene) ale acoperirilor la marginile urmei de zgariere, Lc2 (forta de adeziune) - desprinderi interfaciale de-a lungul marginilor urmei de zgariere cu perforare ductila continua a acoperirii, fara expunerea substratului din otel inox, Lc3 (forta de coeziune) - exfoliere totala a stratului de acoperire nanostructurata, cu expunerea substratului din otel inox sau a stratului intermediar din Inconel 600, valorile latimii urmei de uzura: Δi - la inceputul urmei de zgariere, Δm - la mijlocul urmei de zgariere si Δc - la capatul urmei de zgariere. Tabelul 3.2. Rezultatele testelor de zgariere ale unor ME de acoperiri nanostructurate TT. b001 b002 b004 Lc1=4,28 N; Lc2=8,37 N; Lc3=12,85 N Δi=59,93 µm; Δm=88,06 µm; Δc=108,03 µm b012 Lc1=2,27 N; Lc2=7,95 N; Lc3=12,31 N Δi=41,99 µm; Δm=85,20 µm; Δc=109,25 µm b017 Lc1=4,02 N; Lc2=7,82 N; Lc3=13,27 N Δi=57,89 µm; Δm=86,43 µm; Δc=110,98 µm b020 Lc1=2,27 N; Lc2=7,81 N; Lc3=12,47 N Δi=39,95 µm; Δm=81,53 µm; Δc=95,80 µm Lc1=2,60 N; Lc2=8,55 N; Lc3=12,76 N Δi=53,00 µm; Δm=91,32 µm; Δc=121,48 µm Lc1=3,42 N; Lc2=9,78 N; Lc3=12,57 N Δi=49,33 µm; Δm=82,35 µm; Δc=101,51 µm Fig Imagine optica (20x) a latimii urmei de uzura Δi pentru proba b004 TT. Fig Imagine optica (20x) a latimii urmei de uzura Δi pentru proba b004 TT. Fig Imagine optica (20x) a latimii urmei de uzura Δi pentru proba b004 TT. Pe baza rezultatelor obtinute in urma testelor de zgariere a acoperirilor se constata ca probele b011, b004, si b002 au cea mai mare rezistenta la zgariere, prezentand forte de adeziune (Lc2) de 7, ,20 N si de coeziune (Lc3) de 12, ,49 N. 6

49 Fig prezinta imaginile optice (5x) ale calotelor sferice de uzura pentru probe de acoperiri nanostructurate testate cu sistemul Calotest Compact pentru determinarea grosimii stratului subtire. Se observa faptul ca grosimea straturilor subtiri determinata prin metoda ball cratering este in concordanta cu grosimea stratului depus monitorizat cu sistemul cu cuart XTC INFICON, aferent instalatiei de depunere in vid Balzers BAK-600. a) b) c) Fig Imagini optice (20x) ale calotelor sferice de uzura pentru probe de acoperiri nanostructurate testate cu sistemul Calotest Compact: (a) b004 TT, (b) b013 TT, (c) b019 TT. Fig prezinta aspectul probelor testate tribologic in mediu uscat cu partener static: bila din otel 100Cr6 cu Ø6 mm (raze de alunecare de 4 mm, 6 mm, 8 mm si 10 mm si distante de alunecare de 10 m, 50 m, 100 m si 200 m). Fig. 3.14, respectiv Fig prezinta variatia coeficientului de frecare, functie de distanta de alunecare, respectiv imaginea profilului si aria urmei de uzura determinata cu profilometrul, pentru proba b004 TT. a) b) c) d) Fig Aspectul probelor testate tribologic. Fig Variatia coeficientului de frecare, functie de distanta de alunecare pentru proba b004 TT: (a) R = 4 mm, d = 10 m, (b) R = 6 mm, d = 50 m, (c) R = 8 mm, d = 100 m, (d) R = 10 mm, d = 200 m. a) b) c) d) Fig Imaginea profilului si aria urmei de uzura determinata cu profilometrul, pentru proba b004 TT: (a) R = 4 mm, d = 10 m, (b) R = 6 mm, d = 50 m, (c) R = 8 mm, d = 100 m, (d) R = 10 mm, d = 200 m. Probele de acoperiri nanostructurate care au prezentat un comportament tribologic foarte bun, avand coeficient mic de frecare (μ mediu ) si factor mic de uzura (K) sunt dupa cum urmeaza: b017 TT (μ mediu de 0, ,421, K de 3,83x ,88x10-5 mm 3 /(Nm)), b004 TT (μ mediu de 0, ,559, K de 5,56x ,20x10-5 mm 3 /(Nm)), b006 TT (μ mediu de 0, ,333, K de 16,97x ,96x10-5 mm 3 /(Nm)), b002 TT (μ mediu de 0, ,580, K de 11,72x ,57x10-5 mm 3 /(Nm)), b003 TT (μ mediu de 0, ,591, K de 7,81x ,95x10-5 mm 3 /(Nm)), b012 TT (μ mediu de 0, ,684, K de 35,2x ,35x10-5 mm 3 /(Nm)) si b018 TT (μ mediu de 0, ,698, K de 38,56x ,3x10-4 mm 3 /(Nm)). 7

50 Fig si Fig prezintă curbele de polarizare potentiodinamica, respectiv aspectul unor probe testate in electrolit Ringer. b006 NT b007 TT b008 TT Fig Curbele de polarizare potentiodinamica ale probelor testate in electrolit Ringer b004 NT b004 TT Fig Aspectul probelor testate electrochimic in electrolit Ringer. Probele b010 TT, b012 TT, b009 TT, b013 TT si b004...b007 TT au aratat un comportament foarte bun la testele electrochimice, avand viteza de coroziune in intervalul 2, ,88 µm/an, fiind de circa 3, de ori mai mica decat viteza de coroziune a substratului din otel inox 316L (61,46 µm/an), fapt ce demonstreaza utilitatea functionalizarii substratului din otel inox cu acest tip de acoperiri nanostructurate. Capitolul 3.3. Studii de citotoxicitate si genotoxicitate pentru evaluarea biocompatibilitatii noilor materiale nanostructurate Testarea activitatii antimicrobiene a pulberilor In acest studiu s-a evaluat activitatea antimicrobiană a pulberilor conditionate sub forma de pastile codificate P3.1...P3.13 fata de 5 tulpini bacteriene și fungice planctonice și aderate. Activitatea antimicrobiana a pulberilor obținute a fost testata față de bacterii Gram-negative (E. coli ATCC 8739, P. aeruginosa ATCC 27853), si Gram-pozitive (S. aureus ATCC 6538, E. faecalis ATCC 29212) si fungi (C. albicans ATCC 10231). S-au utilizat suspensii microbiene cu densitate de 1,5x10 8 CFU/mL (0,5 McFarland) obtinute din culturi bacteriene de h dezvoltate pe mediul solid. Pulberile au fost suspensionate in dimetilsulfoxid (DMSO) pentru obtinerea unei solutii stoc de concentratie 5 mg/ml. Testarea calitativa a activitatii antimicrobiene s-a realizat prin metoda difuzimetrica adaptata, constand in depunerea pastilei ca atare pe mediu Muller Hinton insamantat in prealabil in panza cu tulpina microbiana de testat. Testarea cantitativa a activitatii antimicrobiene a fost realizata prin metoda microdilutiilor in mediu lichid in placi cu 96 godeuri. S-au realizat dilutii seriale binare ale compusilor (de la 5000 μg/ml pana la 9,76 μg/ml) in 200 μl bulion, iradiate 30 min la UV-C ( nm) si respectiv VIS, utilizand un flux laminar germicid si lampi de iluminat, apoi fiecare godeu a fost insamantat cu 50 μl inocul microbian. Plăcile au fost incubate timp de 24 h la 37 C, iar valorile concentrației minime inhibitorii (CMI) au fost stabilite ca fiind corespunzatoare celei mai mici concentrații a compusului testat care a inhibat creșterea culturilor microbiene, comparativ cu martorul pozitiv, relevată printr-o valoare scăzuta a absorbanței la 600 nm (Apollo LB 911 cititor ELISA) 3.8]. 8

51 Pentru evaluarea influenței suspensiilor testate asupra capacității tulpinilor microbiene de a coloniza substratul inert s-a utilizat metoda microtitrarii. Microplăcile utilizate pentru testare CMI au fost golite și spălate de trei ori cu tampon fosfat salin. Biofilmul format pe peretele godeului de plastic a fost fixat 5 min cu metanol rece, colorat timp de 15 min cu o soluție de cristal violet și resuspendat cu o soluție 33% de acid acetic glacial. Densitatea celulară a fost măsurată prin citirea densității optice a soluției colorate la 490 nm. Concentrația minimă de eradicare biofilm (CMEB) au fost considerata ca fiind cea mai mică concentrație a compusului testat care a inhibat dezvoltarea biofilmului in godeurile plăcii [3.9]. Rezultate obţinute Analiza calitativa a activitatii antimicrobiene a aratat faptul că tulpinile de S. aureus, P. aeruginosa si E. coli au fost mai sensibile decat cele de E. faecalis si C. albicans (Fig. 3.25) la substantele testate. In functie de diametrul zonei de inhibitie, s-a observat că cele mai active substante, care au generat cele mai mari zone de inhibitie au fost P3.4, P3.1, P3.9, P3.12. și P3.11 (Fig. 3.18). Analiza cantitativa a activitatii antimicrobiene a relevat o buna activitate antifungica a majoritatii pulberilor testate, cu valori mai mici de 2 mg/ml pentru toate combinatiile testate cu exceptia probelor P.3.1 si P311 (Fi 319) P t l l lt ii i bi Fig Reprezentarea grafica a zonelor de inhibitie a cresterii microbiene produse de substantele testate. a) b) c) d) e) Fig Reprezentarea grafica a valorilor CMI (mg/ml) ale pulberilor testate fata de tulpinile de: (a) C. albicans, (b) E. coli, (c) P. aeruginosa, (d) S. aureus, (e) E. faecalis. Activitatea antibiofilm a substantelor testate a fost superioara celei exercitate asupra celulelor in stare planctonica, inregistrandu-se valori CMEB sub 2 mg/ml fata de 3 din cele 5 tulpini microbiene, respectiv P. aeruginosa, C. albicans si S. aureus (Fig. 3.20). Cele mai eficiente substante cu activitate antibiofilm au fost P.3.1, P.3.2, P.3.3. si P.3.4. a) b) c) d) e) Fig Reprezentarea grafica a valorilor CMEB (mg/ml) ale pulberilor testate fata de tulpinile de: (a) P. aeruginosa, (b) C. albicans, (c) S. aureus, (d) E. coli, (e) E. faecalis. 9

52 Testarea citotoxicitatii substantelor asupra celulelor eucariote s-a realizat astfel: Un inocul de 5x10 5 celule HCT8 au fost însămânţate în placi cu 24 de godeuri, în mediu DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) (Sigma) suplimentat cu 10% ser fetal de viţel (Sigma) și 100 µg/ml substanta de testat si s-au incubat la 37 C, într-o atmosferă umedă, cu 5% CO 2. La 24 de ore s-a analizat morfologia celulelor aderate, care au fost fotografiate utilizand microscopul inversat Zeiss Observer D1 (Fig. 3.21). Rezultatele obtinute au aratat ca substantele testate au fost citotoxice la concentratia testata, determinand desprinderea monostratului si afectarea morfologiei celulare (Fig. 3.21). Control P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 P3.8 P3.9 P3.10 P3.11 P3.12 P3.13 Fig Imagini de microscopie inversata a monostratului celular HCT-8 dezvoltat in prezenta substantelor de testat (control de monostrat celular Hep-2 si probe P3.11-P3.13) Evaluarea genotoxicitatii probelor abreviate P3.1 si P3.4, selectate datorita activitatii bune antimicrobiene si antibiofilm. In urma verificarii si optimizarii metodologiei de analiza realizata in etapa anterioara, s-a ales testarea pe model mamalian in vitro (culturi de limfocite din sange periferic uman) si in vivo (maduva osoasa murina). In ultima decada, domeniul identificarii, testarii si evaluarii capacitatii genotoxice a compusilor chimici si mai ales a nanomaterialelor a fost imbunatatit considerabil datorita efortului colaborativ al comunitatii stiintifice. S-au realizat numeroase studii comparative privind variatiile in protocoalele de testare [3.10], timpul de expunere al materialului de testat in cultura celulara [3.11], precum si alegerea liniilor celulare [3.11], [3.12]. In anul 2010 OEDC (Organisation for Economic Co-operation and Development) a elaborat un ghid metodologic pentru testarea si evaluarea capacitatii genotoxice a substantelor. Acest ghid este revizuit si actualizat in fiecare an. Conform OEDC, testul de micronucleatie in vitro [3.13] este recomandat ca un test de baza pentru evaluarea si caracterizarea capacitatii genotoxice a agentilor chimici/farmaceutici. Este utilizat in scopul detectarii micronucleilor in citoplasma celulelor interfazice. Micronucleii sunt fragmente cromozomale acentrice (fara centromer) sau cromozomi intregi incapabili de a migra la unul din cei doi poli ai celulei in timpul anafazei mitotice. Acest test detecteaza activitatea clastogenica si aneugenica a a unor agenti chimici, in celule care au parcurs diviziunea celulara in timpul sau dupa expunerea la substanta de testat. Prin intermediul testului de micronucleatie in vitro (MNvit) se poate determina rapid frecventa leziunilor cromozomale precum si a perturbarilor in desfasurarea ciclului celular produse de un agent chimic (care este testat). Acest test a castigat mai multa popularitate fata de testul detectarii aberatiilor cromozomale (CAAT) deoarece este mult mai fezabil, usor de realizat, rapid si mai sensibil in detectarea leziunilor subtile provocate de agentii aneugeni si clastogeni.testul de micronucleatie in vivo pe model mammalian (Mammalian Erythrocyte MN Test) [3.14] este un test standardizat utilizat pentru detectarea leziunilor cromozomale, precum si a perturbarilor in desfasurarea ciclulul celular, in special a fazei mitotice, produse de un compus chimic (care este testat). Aceste modificari sunt studiate prin analiza celulelor hematopoetice prelevate din maduva osoasa si/sau sange periferic prelevat de la animale, in special rozatoare [3.15]. Testul de micronucleatie in vivo este relevant pentru evaluarea potentialului mutagen al unor substante deoarece sunt luati in considerare si factorii metabolici, farmacokinetici, precum si capacitatea de reparare a ADN. (1) Testul MNvit a fost realizat conform recomandarilor OECD 487. S-au realizat culturi de limfocite umane. Sangele periferic a fost recoltat de la un individ de sex feminin de varsta medie, sanatos care nu a fost expus recent la agenti genotoxici (substante chimice, radiatii ionizante, infectii bacteriene/virale). Pentru 10

53 fiecare tip de proba (P3.1 si P3.4) au fost utilizate trei concentratii de Ag-ZnONp: 1,5 mg/ml; 2,5 mg/ml si 5 mg.ml. Aceste concentratii au fost alese in functie de activitatea antimicrobiana a acestora, respectiv valorile CMI si CMEB. Analiza MNvit a fost realizata utilizand un control negativ (fara administrarea in cultura a Np). Fiecare proba a fost realizata in duplicat. Analiza preparatelor microscopice s-a realizat la microscopul Olympus BX40. (2) Testul MN in vivo assay s-a realizat conform recomandarilor OECD 474. Ca organism mamalian model a fost ales soarecele (Mus musculus). Animalele au fost expuse la substantele de testat prin injectie intraperitoneala a cate 500 µl din solutia stoc de 5 µg/ml in Tampon Fosfat Salin - TFS) in trei administrari la interval de 72 ore. Pentru prelevarea probelor biologice animalele au fost sacrificate conform recomandarilor Consiliului European (86/609/CEE/ ) referitoare la protectia animalelor utilizate in scop experimental si stiintific. Au fost utilizate exemplare adulte de soarece (cu greutate g). Probele au fost notate astfel: Grup Control Animale din grupul injectat cu TFS; Grup P3.1 animale injectate cu proba P3.1 suspendata in TFS; Grup P3.4 animale injectate cu proba P3.4 suspendata in TFS; Coloratia Giemsa din celule apartinand maduvei osoase. Soarecii au fost sacrificati la 24 h dupa admistrarea celei de-a treia doze. Celulele apartinand maduvei osoase au fost prelevate de la nivelul femurului si preparate conform metodelor standard. Analiza preparatelor microscopice s-a efectuat la Microscopul Olympus BX40. Analiza proliferarii celulare: Culturile realizandu-se fara cytochalasin B (cytob- inhibitor al polimerizarii actinei) a fost necesara masurarea indicelui RICC (Relative Increase in Cell Count) astfel incat sa se demonstreze faptul ca celulele din cultura au parcurs diviziunea celulara, excluzand astfel rezultatele fals negative (Tabelul 3.3). Conform indicelui RICC a fost calculata citotoxicitatea (Citotoxicitatea = 100 RICC) pentru fiecare concentratie si dupa cum se constata in tabelul 3.3, la concentratiile de 2,5 mg/ml si 5 mg/ml depasesc concentratiile maxime admise pentru o evaluare corecta fara rezultate fals pozitive. Daca citotoxicitatea depaseste 60% determina aparitia micronucleilor ca un efect secundar al citotoxicitatii, astfel incat nu poate fi evaluata incidenta MN ca urmarea capacitatii genotoxice a substantei. Astfel, cele doua concentratii mari, de 2,5 mg/ml si 5 mg/ml au determinat precipitarea in mediu de cultura pentru toate tipurile de Np expresie a unei citotoxicitati crescute (Fig Analiza incidentei micronucleilor Pentru concentratia de 5 mg/ml nu a putut fi calculata incidenta MN (Tabelul 3.4), deoarece materialul genetic a suferit leziuni drastice, fiind des intalnite pulvelizari ale nucleilor/cromozomilor, nuclei atipici, deformati cu numeroase fragmente acentrice unele dintre acestea fiind legate prin punti de cromatina. Aceste efecte sunt rezultatul faptului ca nanoparticulele au precipitat formand agregate si realizand legaturi directe cu ADN au actionat sinergic determinand modificari drastice in calitatea si integritatea ADN. Tabelul 3.4. Analiza frecventei micronucleilor in functie de concentratia in mediu de cultura si de metoda de obtinere a Np (Evaluarea s-a realizat prin media frecventei MN la 1000 nuclei pentru cele doua replici) Tipul Np Concentratia NP in mediu de cultura 1,5 mg/ml 2,5 mg/ml 5 mg/ml P3.1 7,5 21,8 - P3.4 8,8 30,9 - Control negativ 5,2 Analiza incidentei MN pentru concentratia de 2,5 mg/ml a Np indiferent de modalitatea de obtinere a acestora a indicat un grad mare de genotoxicitate si prezenta leziunilor grosiere in materialul genetic. Prezenta endomitozei si a formatiunilor double minutes, markeri care apar de regula ca rezultat al unei toxicitati foarte mari a factorilor exogeni (sunt caracteristice in special radiatiilor ionizante, dar nu numai) demonstreaza faptul ca aceasta concentratie este de asemenea, ca si cea de 5 mg/ml, neadecvata pentru o evaluare corecta a genotoxicitatii. Concentratia de 1,5 mg/ml a Np in mediul de cultura a determinat o incidenta relativ crescuta a micronucleilor, comparativ cu controlul negativ, dar reprezinta o concentratie favorabila realizarii evaluarii 11 Tabelul 3.3. Citotoxicitatea Ag-ZnONp in functie de concentratie si metoda de obtinere. Tipul Np Concentratia Np in mediu de cultura 1,5 mg/ml 2,5 mg/ml 5 mg/ml P3.1 42,4% 59,9% 72,3% P3.4 49% 62,2% 74,9% Fig Imagini ale substantelor analizate. In centru se afla controlul negativ, stanga P3.1 conc. 5 mg/ml; dreapta P3.1 conc. 2,5 mg/ml.

54 capacitatii genotoxice. Datorita proprietatilor fizico-chimice ale Np, acestea interactioneaza cu materialul genetic in special in perioada de diviziune cand nucleul este lipsit de membrana celulara, perturband astfel ciclul celular prin blocarea diviziunii celulare. Comparativ cu controlul s-a constatat o proliferare scazuta a celulelor. Din analiza preparatelor microscopice (Fig ) s-a constatat ca aceste Np realizeaza legaturi directe cu ADN determinand aparitia micronucleilor, dar si a altor tipuri de aberatii cromozomale precum si aparitia nucleilor atipici. a) b) c) Fig Aspectul celulelor limfocitare netratate - control negativ (x20) Fig Aspectul celulelor tratate cu diferite concentratii de substanta P.3.1.: (a) 1,5 mg/ml (x200), (b) 2,5 mg/ml (x40), (c) 5 mg/ml (x200). Se constata prezenta micronucleilor la concentratie 1,5 mg/ml si prezenta pulverizarilor nucleare si a nucleilor atipici la concentratiile mari de Ag-ZnONp. a) b) c) Fig Aspectul celulelor tratate cu diferite concentratii de substanta P.3.4.: (a) 1,5 mg/ml (x200), (b) 2,5 mg/ml (x200), (c) 5 mg/ml (x40). Se constata prezenta micronucleilor la toate cele trei concentratii, dar la 2,5 mg/ml si 5 mg/ml se constata pulverizari ale materialului genetic si prezenta nucleilor atipici. Analiza MN in vivo In Fig se observa prezenta micronucleilor (sageata) cu incidenta indicata in tabelul 3.5. a) b) c) S-a constatat o reducere a frecventei micronucleilor fata de setul de experimente realizat in etapa anterioara destinata optimizarii metodologiei de lucru, deoarece solventul utilizat pentru dispersia Np in etapa precedenta a fost DMSO, iar in aceasta etapa TFS. DMSO are un grad relativ crescut de citotoxicitate si poate determina usoare variatii in frecventa micronucleilor de aceea s-a decis utilizarea TFS ca solvent, deoarece nu interfera cu ciclul celular si cu materialul genetic. Pentru toate probele se constata o incidenta a micronucleilor asemanatoare controlului. Expunerea animalelor la Np a fost de durata scurta spre medie, astfel ca se poate concluziona ca in cazul tratamentelor in vivo datorita capacitatii organismului de a reactiona la actiunea factorilor exogeni si datorita capacitatii intrinseci a ADN de a realiza repararea leziunilor, capacitatea genotoxica a Np este foarte scazuta spre nula. Este de mentionat faptul ca in literatura de specialitate nu exista informatii referitoare la genotoxicitatea Ag-ZnONp. Au existat studii efectuate separat pe ZnONp si AgNp. Pentru ZnONp nu s-au observat efecte genotoxice la nanoparticule cu dimensiuni 50 nm [3.16] si nm [3.17]. De asemenea, nu a fost observat efect genotoxic nici in celulele pulmonare de la sobolani expuse prin inhalare la triethozycaprylylsilane-zno [3.18]. Analiza in vitro a evidentiat potentiale activitati genotoxice pentru ZnONp in diferite tipuri de linii 12 Fig Aspectul frotiurilor de maduva la soarecii injectati cu substantele analizate: (a) Control (x80), (b) P3.1 (x80), (c) P3.4 (x80). Tabelul 3.5. Evaluarea frecventei micronucleilor in vivo (Analiza s-a realizat prin evaluarea prezentei micronucleilor la 1000 nuclei numarati MN ) Control P3.1 P3.4 Frecventa MN/1000 nuclei ( ) Media ( )

55 celulare. De asemenea, un rol important in potentialul genotoxic il au dimensiunile Np, precum si concentratia Np in mediu. Evaluarea s-a realizat prin diverse tehnici (Comet-assay, Ames test, MN test) [3.15], [3.19], [3.20], [3.21], [3.22]. ZnONp sunt utilizate in special in industria cosmetica, iar studiile efectuate inclusiv de Comisia Europeana au aratat ca acestea nu sunt genotoxice, iritante sau fotosensibile prin aplicare locala [3.23]. AgNp reprezinta o categorie de NP intens studiate datorita potentialului lor biocid si deci utilitatii lor. Insa majoritatea studiilor efectuate au evidentiant capacitatea lor genotoxica prin producerea leziunilor ADN in diferite sisteme biologice (bacterii, plante Alium cepa, model mamalian) [3.24]. Exista studii care dovedesc ca AgNp pot ajunge in maduva osoasa si in ficat la soarece, producand citotoxicitate si leziuni oxidative ale ADN [3.25]. Astfel exista recomandari pentru utilizarea cu precautie a acestei categorii de Np. Concluzii asupra rezultatelor testor biologice efectuate pe materiale nanostructurate: 1. Rezultatele testarii activitatii antimicrobiene a substantelor pe baza de Ag-ZnONp au evidentiat o buna activitate a substantelor codificate P.3.1, P.3.2, P.3.3. si P.3.4 fata de specii microbiene Gram-pozitive, Gram-negative si fungice, demonstrand potentialul acestora de a fi utilizate in aplicatii antimicrobiene in diferite domenii (biotehnologic, industrial, biomedical). 2. Utilizarea acestor nanoparticule in domeniul biomedical este insa conditionata de identificarea unor aplicatii (de exemplu acoperiri) care sa previna diseminarea acestor nanoparticule in organismul gazda si exercitarea efectului lor citotoxic, observat in acest studiu pentru concentratii de 100 µg/ml. 3. Analiza MNvit in culturi de limfocite umane pentru cele doua tipuri de probe P3.1 si P3.4, analizate la 3 concentratii diferite (1,5 mg/ml; 2,5 mg/ml si 5 mg/ml) a evidentiat prezenta multiplelor leziuni ale ADN (micronulei, endomitoza, DM, pulverizari ale materialului genetic, nuclei atipici) si citotoxicitate crescuta in special pentru concentratiile mari, de 2,5 mg/ml si 5 mg/ml. La concentratia de 1,5 mg/ml a fost evidentiata o incidenta relativ crescuta a MN comparativ cu controlul negativ. Acest rezultat poate fi determinat de contactul direct al Np cu materialul genetic al celulelor aflate in diviziune celulara. 4. Analiza MN in vivo pe model murin a evidentiat un potential genotoxic scazut al Ag-ZnONp, comparativ cu controlul, rezultat pozitiv cu implicatii benefice in utilizarea acestor Np in domenii tehnico-medicale Testarea activitatii antimicrobiene a acoperirilor nanostructurate s-a realizat conform ASTM E a, in conditii de contact dinamice. Au fost utilizate tulpini de S. aureus (densitate 0.5 McFarland), P. aeruginosa (densitate 0.5 McFarland) si C. albicans (densitate 2 McFarland). Suspensia microbiana a fost depusa in picatura (50 µl) pe fiecare esantion sterilizat in prealabil la UV, pe suprafata cu depunerea (s-au utilizat 3 esantioane/tulpina pentru cuantificarea cresterii biofilmului microbian la T1-24 h, T2-48 h si respectiv T3-72 h). Dupa incubarea la 37 C, in atmosfera umeda, la T1, T2, respectiv T3 s-a plasat cate un esantion din cele 3 esantioane in 1000 µl AFS, s-a vortexat timp de ~ 1 minut pentru desprinderea biofilmului microbian, apoi s-au realizat 7 dilutii seriale zecimale (-1.-7): 1000 µl AFS µl suspensie din eprubeta cu 1000 µl AFS. Dilutiile: -3, -4, -5, -6, -7 si suspensia initiala (I) s-au insamantat in spot (3 picaturi/replici a cate 10 µl suspensie pe placi Petri cu mediu de cultura Mueler-Hinton (MH) impartite in 6 sectoare. Dupa T1, T2, respectiv T3, placile cu MH s-au scos de la incubator si s-au numarat coloniile dezvoltate pentru fiecare dilutie si fiecare replica (s-a facut media pentru fiecare dilutie si s-a calculate nr. de UFC/mL). Rezultate obţinute Tabelul Rezultatele testelor biologice efectuate pe acoperiri nanostructurate. Proba Specii microbiene Nr. de UFC/mL, la T1 24 h Nr. de UFC/mL, la T2 48 h Nr. de UFC/mL, la T3-72 h testate I I I P. aeruginosa plaja plaja plaja b001 S. aureus plaja plaja plaja C. albicans plaja plaja plaja plaja P. aeruginosa b002 S. aureus C. albicans P. aeruginosa b003 S. aureus C. albicans P. aeruginosa b004 S. aureus C. albicans P. aeruginosa b005 S. aureus C. albicans P. aeruginosa b006 S. aureus C. albicans

56 b007 b008 b009 b010 b011 b012 b013 b014 b015 b016 b017 b018 b019 b020 Otel inox 316L P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa plaja plaja plaja plaja S. aureus C. albicans plaja plaja P. aeruginosa plaja plaja plaja S. aureus plaja C. albicans plaja P. aeruginosa plaja S. aureus C. albicans P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa S. aureus C. albicans P. aeruginosa plaja plaja plaja plaja S. aureus C. albicans plaja plaja P. aeruginosa S. aureus plaja C. albicans P. aeruginosa plaja S. aureus C. albicans P. aeruginosa plaja plaja S. aureus C. albicans P. aeruginosa plaja S. aureus C. albicans Concluzii asupra rezultatelor testor biologice efectuate pe acoperiri nanostructurate: 1. Materialele b002-b009, exceptand b009 in cazul P. aeruginosa, au inhibat total dezvoltarea biofilmului bacterian format atat de bacteriile Gram-pozitive (S. aureus), cat si de cele Gram-negative (P. aeruginosa). 2. Activitatea antifungica a probelor b002-b009 a fost mai redusa, comparativ cu cea antibacteriana. Cu exceptia materialului b004 care a inhibat total dezvoltarea biofilmului de C. albicans la 24 h, pe toate celelalte materiale, in special pe proba b003 s-a observat o dezvoltare a biofilmului de C. albicans la 24 h. 3. Materialele b010, b014, b015, b016, b019 prezinta o activitate antimicrobiana foarte buna, inhiband dezvoltarea biofilmului atat cel format de bacterii (Gram pozitive S. aureus; Gram negative P. aeruginosa) cat si de levuri/fungi (C. albicans). 4. Cea mai slaba activitate antimicrobiana (antibacteriana si antifungica) o prezinta proba b001, unde se observa o dezvoltare buna a biofilmului microbian, cresterea fiind abundenta, in plaja, atat la 24 h, cat si la 48 h si 72 h. 5. Materialele b011, b012, b013, b017, b020 si otelul 316L prezinta o activitate antibacteriana scazuta pentru tulpina de P. aeruginosa pe suprafata depunerii se dezvolta biofilm bacterian, in schimb inhiba dezvoltarea bacteriei Gram-pozitive (S. aureus) si a tulpinii fungice (C. albicans). 6. Materialele analizate releva o activitate antimicrobiana buna a straturilor subtiri depuse pe otel inox 316L Testarea citotoxicitatii acoperirilor nanostructurate Analiza biocompatibilitatii esantioanelor de acoperiri nanostructurate (b001-b009 TT) s-a efectuat prin studiul in vitro al interactiunii esantioanelor cu celulele MG63 cultivate timp de 24 h pe substraturile acoperite si analizate din punct de vedere morfologic. Determinarea citotoxicității s-a realizat prin metoda calitativă de examinare microsopică a morfologiei celulelor aderate pe suprafețele obținute. Probele au fost plasate in placi 14

57 de 24 godeuri si ulterior au fost adaugate celule MG63, care reprezinta o linie celulară de tip fibroblastic, cu morfologie ovală până la fusiformă, fără ramificații, inițiată dintr-un osteosarcom (tumoră osoasă malignă) uman. La 24 h, celulele MG63 au fost fotografiate in contrast de faza (in godeu, langa device), la microscopul Zeiss Observer D1. Viabilitatea celulelor a fost stabilita prin metoda excluderii albastrului tripan [3.26]. Membrana celulelor vii având o permeabilitate selectivă, albastru tripan nu poate fi absorbit de către celulele vii, însă în cazul celulelor moarte o poate traversa cu uşurinţă. În consecinţă, la microscopul optic celulele moarte apar colorate în albastru, iar cele vii necolorate [3.27]. Rezultate obţinute La evaluarea biologica a esantioanelor testate s-a constat toxicitatea acestora, la 24 h, dupa cum urmeaza: b007 TT, b008 TT, b009 TT - viabilitate intre 30-40%; b005 TT, b004 TT si b001 TT - viabilitate peste 90% (slab citotoxic); b003 TT - viabilitate 40%; b006 TT - viabilitate 35%; b002 TT - viabilitate 25%. In Fig se observa morfologia alterata a celulelor. b001 b002 b003 b004 b005 b006 b007 b008 b009 MG63 Tripan Fig Imagini de microscopie inversata, in contrast de faza, ale celulelor MG63 crescute timp de 24 h pe esantioanele analizate (probele b001 TT Martor, b002-b009 TT, Martor - MG63) (x200) si Tripan (x100). Capitolul 3.4. Elaborare specificații tehnice materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana In cadrul activitatilor A.3.4. si A.3.5., coordonatorul proiectului - CO, prin Directorul de proiect, Dr. Ing. Magdalena-Valentina Lungu in colaborare cu Responsabilii de proiect ai partenerilor, Prof. Mariana Carmen Chifiriuc si Drd. Fiz. Arcadie Sobetkii, a elaborat trei specificatii tehnice (ST): (1) ST 111/ ˮMateriale nano şi microstructurate pe bază de pulberi compozite de argintdioxid de titanˮ (2) ST 112/ ˮȚinte de pulverizare pe bază de argint-dioxid de titanˮ (3) ST 113/ ˮAcoperiri nanostructurate pe bază de argint-dioxid de titan cu activitate antimicrobianăˮ. Cele trei ST-uri au fost discutate in data de (PV nr. 6087/ de discutare ST 111/ , PV nr. 6089/ de discutare ST 112/ si PV nr. 6091/ de discutare ST 113/ ) si aprobate de catre membrii comisiilor de discutare si aprobare a ST-urilor mentionate mai sus (PV nr. 6088/ de aprobare ST 111/ , PV nr. 6090/ de aprobare ST 112/ si PV nr. 6092/ de aprobare ST 113/ ). Capitolul 3.5. Achiziţionarea parţială a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului Pentru indeplinirea obiectivelor proiectului si a activitatilor propuse in Etapa 3/2016 in Planul de realizare a proiectului INMATCO, partenerii proiectului au efectuat cheltuieli de materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terţi, etc., care sunt prezentate in Fisa de evidenta a cheltuielilor (FEC), anexata acestei etape. Ca echipamente CDI de mare importanta in desfasurarea cercetarilor din cadrul proiectului se mentioneaza Sistemul Calotest Compact (CAT-S-CE-0000, Cod AP ) pentru determinarea grosimii straturilor subtiri depuse pe substrat din otel inox 316L, achizitionat de CO si un microscop Carl Zeiss achizitionat de P1 in Etapa III/2016. De asemenea, CO a upgradat spectrofotometrul UV-Vis-NIR V570 15

58 (Jasco) prin achizitionarea unui software VWGA-589 pentru determinarea largimii energetice a benzii interzise pentru materialele si acoperirile nanostructurate pe baza de Ag-ZnO si Ag-TiO 2. Capitolul 3.6. Protejarea drepturilor de proprietate intelectuala prin elaborarea unei cereri de brevet si inregistrarea acesteia la OSIM In cadrul Etapei 3/2016, activitatea A.3.7., a fost elaborata in comun de catre partenerii proiectului (CO, P1, P2) o cerere de brevet de inventie cu nr. de inregistrare la OSIM A/00780 din , cu titlul Ţinte de pulverizare și filme subțiri nanostructurate pe bază de argint-dioxid de titan cu proprietăți antimicrobiene și procedeu de obținere, autori: M.-V. Lungu a, D. Pătroi a, M. Lucaci a, F. Grigore a, V. Tsakiris a, A. Brătulescu a, S.A. Mitrea a, L.-E. Radu a, D. Tălpeanu a, A. Sobetkii b, A.A. Sobetkii b, M.-C. Chifiriuc c ( a CO - INCDIE ICPE-CA, b P2 - MGM STAR CONSTRUCT S.R.L., c P1 - Universitatea din Bucuresti). Capitolul 3.7. Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului In vederea diseminarii pe scara larga a rezultatelor proiectului INMATCO in domeniul nanomaterialelor si acoperirilor nanostructurate pentru aplicatii medicale si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului, pentru indeplinirea activitatii A.3.8. partenerii proiectului (CO prin M.V. Lungu, D. Pătroi, M. Lucaci, V. Tsakiris, A. Brătulescu, F. Grigore, L.N. Leonat, C.D. Cîrstea, I. Ion, V. Marinescu, S. Mitrea, M. Iordoc, P. Barbu, L.E. Radu, E.M. Lungulescu, N. Stancu, A. Teisanu si I. Iordache, P1 prin M.C. Chifiriuc, M. Popa, I. Gheorghe, V. Lazar si I. Czobor si P2 prin A. Sobetkii si A.A. Sobetkii) au realizat urmatoarele: comunicari: prezentare sub forma de poster si/sau abstract publicat in Book of Abstracts a 5 lucrari: (1) M.V. Lungu, A. Sobetkii, A.A. Sobetkii, N. Mihăilescu, D. Pătroi, L. Leonat, E.M. Lungulescu, M. Iordoc, L.E. Radu, N. Stancu, M. Lucaci, C.D. Cîrstea, I. Ion, V. Tsakiris, M.C. Chifiriuc, Enhanced ZnO and Ag-ZnO Nanostructured Coatings Grown on Stainless Steel for Medical Applications, 10 th International Conference on Photoexcited Processes and Applications ICPEPA-10, August 29- September 2, 2016, Brasov, Romania, poster si abstract publicat in Book of Abstracts, p (2) M. Iordoc, P. Barbu, A. Teisanu, M.V. Lungu, I. Iordache, Effect of ZrO 2 Coating on the Electrochemical Behavior and Surface Properties of 316L Stainless Steel, 10 th International Conference on Photoexcited Processes and Applications ICPEPA-10, August 29-September 2, 2016, Brasov, Romania, poster si abstract publicat in Book of Abstracts, p (3) L. N. Leonat, A. Vlad, A. Bratulescu, M. Lungu, Zinc Oxide - a Material for the Future, 10 th International Conference on Photoexcited Processes and Applications ICPEPA-10, August 29- September 2, 2016, Brasov, Romania, abstract publicat in Book of Abstracts, p (4) I. Gheorghe, O.T. Almahdawy, M. Popa, O. Banu, V. Lazar, M.C. Chifiriuc, Virulence and resistance genes in methicillin resistant Staphylococcus aureus and vancomycin resistant Enterococcus sp. clinical strains isolated in South Romania, Vilnius International Summit on Communicable Diseases, June 26-July 1, 2016, Vilnius, Lituania, poster si abstract publicat in Book of Abstracts, p. 15. (5) V.C. Cristea, I. Gheorghe, M. Popa, I. Czobor; M.C. Chifiriuc, G. Sandu, I. M. Popa, Virulence and Resistance Markers in Colistin-Susceptible Pseudomonas Aeruginosa Strains Isolated from Cystic Fibrosis Patients in Bucharest, Romania, Vilnius International Summit on Communicable Diseases, June 26-July 1, 2016, Vilnius, Lituania, poster si abstract publicat in Book of Abstracts, p. 66. articole publicate: (1) M.V. Lungu, E. Vasile, M. Lucaci, D. Pătroi, N. Mihăilescu, F. Grigore, V. Marinescu, A. Brătulescu, S. Mitrea, A. Sobetkii, A.A. Sobetkii, M. Popa, M.-C. Chifiriuc, Investigation of optical, structural, morphological and antimicrobial properties of carboxymethyl cellulose capped Ag-ZnO nanocomposites prepared by chemical and mechanical methods, Materials Characterization, Elsevier, ISSN , Vol. 120, Oct. 2016, p , DOI: /j.matchar , FI/2015=2,383, SRI/2016=3,463, WOS: , care include AudioSlides Presentation la cresterea vizibilitatii proiectului prin crearea unei pagini web a proiectului pe ResearchGate ( actualizarea paginii web a proiectului INMATCO ( cu Raportul stiintifico-tehnic la Etapa III/2016 care cuprinde informatii neconfidentiale despre activitatile si rezultatele proiectului. 16

59 Capitolul 3.8. Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului In cadrul activitatii A.3.9. au fost realizate trei participari la doua evenimente stiintifice internationale din domenii specifice proiectului: participarea in perioada a Dr. Ing. Magdalena Lungu (CO), conform Ordinului de deplasare nr. 17 din si a Dr. Chim. Mihai Iordoc (CO), conform Ordinului de deplasare nr. 16 din , la conferinta internationala: 10 th International Conference on Photoexcited Processes and Applications, ICPEPA-10, August 29-Sept. 2, 2016, Brasov, Romania ( participarea in perioada a Drd. Irina Gheorghe (P1), conform Ordinului de deplasare nr. 259 din la manifestarea internationala Vilnius International Summit on Communicable Diseases, June 26-July 1, 2016, Vilnius, Lituania ( Capitolul 3.9. Managementul şi coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa Directorul de proiect si Responsabilii de proiect au urmarit permanent ca lucrarile de cercetaredezvoltare-inovare aferente Etapei III/2016 a proiectului sa se realizeze conform Planului de realizare, in vederea preintampinarii oricarei disfunctionalitati in activitati. Directorul de proiect si Responsabilii de proiect, impreuna cu Directorul economic sau Contabilul fiecarei organizatii participante la proiect au urmarit permanent ca alocarile financiare sa se faca in functie de destinatia prevazuta. Comunicarea intre parteneri s-a efectuat eficient prin , telefon si intalniri in cadrul proiectului. Elaborarea Raportului de etapă a fost realizata in comun de Directorul de proiect si Responsabilii de proiect, conform activitatilor prevazute in Etapa III/2016 in Planul de realizare a proiectului, astfel incat, rezultatele obtinute au fost in concordata cu cele planificate. Capitolul Concluzii In Etapa III/2016 a proiectului au fost realizate urmatoarele activităţi de cercetare industrială si de dezvoltare experimentala: Au fost elaborate 13 ME de suspensii coloidale de Ag-ZnO (ME-S3.1...ME-S3.13), din care au fost realizate 13 ME de materiale nanostructurate de pulberi compozite de Ag-ZnONp (ME-P3.1...ME-P3.13) cu un continut masic de 0,16...1,04 % AgNp; Pulberile compozite pe baza de Ag-ZnONp au fost caracterizate din punct de vedere al compoziţiei chimice si dimensiunii medii de cristalit prin analize XRF si XRD. Au fost efectuate depuneri de straturi subtiri de materiale nanostructurate pe substrat de otel inox prin metoda de evaporare termica cu fascicol de electroni, din care au rezultat 20 loturi (b001...b020) de ME de acoperiri nanostructurate de Ag-TiO 2, Ag-ZnO, ZnO si Inconel 600 de grosime nm, depuse pe tipo-dimensiuni de substrat din otel inox 316L, care au fost investigate din punct mecanic, tribologic, electrochimic si biologic. Acoperirile nanostructurate au fost uniforme, cu o buna aderenta a filmelor subtiri depuse pe substratul metalic, din care probele b011 TT, b004 TT si b002 TT au avut cea mai mare rezistenta la zgariere, prezentand forte de adeziune (Lc2) de 7, ,20 N si de coeziune (Lc3) de 12, ,49 N. Probele de acoperiri b017 TT, b004 TT, b006 TT, b002 TT, b003 TT, b012 TT si b018 TT au prezentat un comportament tribologic foarte bun, avand coeficient mic de frecare (μ mediu de 0, ,698) si factor mic de uzura (K de 3,83x ,3x10-4 mm 3 /(Nm)). Probele b010 TT, b012 TT, b009 TT, b013 TT si b004...b007 TT au aratat un comportament foarte bun la testele electrochimice, avand viteza de coroziune in intervalul 2, ,88 µm/an, fiind de circa 3, de ori mai mica decat viteza de coroziune a substratului din otel inox 316L (61,46 µm/an), fapt ce demonstreaza utilitatea functionalizarii substratului din otel inox cu acest tip de acoperiri nanostructurate. A fost evaluata activitatea antimicrobiana a materialelor nanostructurate pe baza de Ag-ZnONp (P3.1...P3.13) si a acoperirilor nanostructurate (b001...b020) impotriva unui spectru larg de bacterii Gramnegative (E. coli, P. aeruginosa) si Gram-pozitive (S. aureus, E. faecalis) si fungi (C. albicans). A fost evidentiata o activitate antimicrobiana buna a materialelor P P.3.4 si a straturilor subtiri depuse pe otel inox 316L, in special cele din Ag-TiO 2, fata de speciile microbiene mentionate, demonstrand potentialul acestora de a fi utilizate in aplicatii din domeniul biotehnologic, industrial si biomedical. A fost efectuat un studiu privind investigarea citotoxicitatii materialelor nanostructurate pe baza de pulberi compozite Ag-ZnO (P3.1...P3.13) si a acoperirilor pe baza de Ag-TiO 2, Ag-ZnO, ZnO, Inconel 600 (b001...b009) si substrat de otel inox. Materiale testate prezinta grade diferite de citotoxicitate asupra celulelor MG63, ce conditioneaza utilizarea lor pentru aplicatii in vivo. 17

60 A fost realizat un studiu de genotoxicitate pentru 2 probe de pulberi selectate de Ag-ZnONp (P3.1 si P3.4). S-a evidentiat un potential genotoxic scazut al Ag-ZnONp, comparativ cu controlul, rezultat pozitiv cu implicatii benefice in utilizarea acestor Np in domenii tehnico-medicale. A fost elaborata si depusa la OSIM o cerere de brevet de inventie; A fost achiziţionata parţial logistica necesara (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terţi) pentru realizarea obiectivelor proiectului, si anume un Sistem Calotest pentru determinarea grosimii straturilor subtiri, un microscop Carl Zeiss, un software VWGA-589 pentru determinarea largimii energetice a benzii interzise pentru materialele si acoperirile din Ag-ZnO si Ag-TiO 2 ; A fost publicat un articol intr-un jurnal ISI (Materials Characterization, Elsevier, ISSN ) cu FI/2015=2,383, SRI/2016=3,463; Au fost realizate 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale din domenii specifice proiectului (conferinta internationala 10 th International Conference on Photoexcited Processes and Applications, ICPEPA-10, August 29-Sept. 2, 2016, Brasov, Romania si manifestarea internationala Vilnius International Summit on Communicable Diseases, June 26-July 1, 2016, Vilnius, Lituania); Au fost comunicate 4 lucrari sub forma de postere la 2 manifestari internationale si au fost publicate 5 abstracte in Book of Abstracts; Au fost intocmite 3 specificatii tehnice pentru (i) materiale nano si microstructurate pe baza de pulberi Ag-TiO 2, (ST 111/ ) (ii) tinte de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 (ST 112/ ) si (iii) acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana (ST 113/ ); A fost actualizata pagina web a proiectului: ( A fost elaborat raportul de etapă nr. 3/2016, in comun de catre partenerii proiectului. A fost realizat eficient managementul şi coordonarea proiectului, astfel incat au fost indeplinite activitatile propuse cu rezultatele preconizate in Planul de realizare a proiectului. Avand in vedere cele de mai sus se considera oportuna continuarea lucrarilor de definitivare dezvoltare experimentala din etapa urmatoare, cu activitati de realizare, caracterizare si certificare prototipuri de materiale nano si microstructurate, prototipuri de tinte de pulverizare si de acoperiri nanostructurate si realizarea unor produse finite acoperite, diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului si cresterea vizibilitatii internationale a proiectului. Bibliografie [3.1]. ASTM C (2015) Standard test method for adhesion strength and mechanical failure modes of ceramic coatings by quantitative single point scratch testing. [3.2]. DIN EN : Advanced technical ceramics - Methods of test for ceramic coatings - Part 3: Determination of adhesion and other mechanical failure modes by a scratch test. [3.3]. SR EN ISO 20502:2016 ver.eng. Ceramici tehnice (ceramici avansate, ceramici tehnice avansate). Determinarea aderenţei acoperirilor ceramice prin încercarea de zgâriere. [3.4]. SR EN ISO 26423:2016 ver.eng. Ceramici tehnice (ceramici avansate, ceramici tehnice avansate). Determinarea grosimii acoperirii prin metoda şlefuirii unei calote. [3.5]. ASTM G99-05 (2016) Metodă de încercare standard pentru testarea uzurii cu un aparat pin-on-disk. [3.6]. SR EN :2010 ver.eng. Ceramici tehnice avansate. Metode de încercare pentru acoperiri ceramice. Partea 13: Determinarea factorului de uzură prin metoda pin-on-disk. [3.7]. ASTM G (2015) Procedură standard pentru calculul vitezelor de coroziune şi al informaţiilor obţinute din măsurătorile electrochimice. [3.8]. Limban C, Chifiriuc MC. Antibacterial Activity of New Dibenzoxepinone Oximes with Fluorine and Trifluoromethyl Group Substituents. Int. J. Mol. Sci.2011, 12(10), [3.9]. Balaure PC, Andronescu E, Grumezescu AM, Ficai A, Huang KS, Yang CH, Chifiriuc CM, Lin YS.Fabrication, characterization and in vitro profile based interaction with eukaryotic and prokaryotic cells of alginate-chitosan-silica biocomposite, Int J Pharm., 2013 Jan 30;441(1-2): doi: /j.ijpharm Epub 2012 Nov 20. [3.10]. Gonzalez L, Sanderson BJS, Kirsch-Volders M. Adaptations of the in vitro MN assay for the genotoxicity assessment of nanomaterials. Mutagenesis. 2011;26: [3.11]. Fowler P., Smith K., Jeffrey L., Young J., Carmichael P., Aardema M., Diembeck W., Fautz R., Harvey J., Hewitt N., Latil A., Pfuhler S., Ouedraogo G., Reisinger K., Fairley M., Kirkland D. Reduction of misleading ( False ) positive results in mammalian cell genotoxicity assays: choice of cell type. Mutagenesis.2010;25: [3.12]. Kroll A., Kierker C., Rommel C., Hahn D., Wohlleben W., Schulze-Isfort C., Gobbert C., Voetz M., Hardinghaus F., Schnekenburger J. Cytotoxicity screening of 23 engineered nanomaterials using a test matrix of ten cell lines and three different assays. Part. Fibre Toxicol.2011;8:9. [3.13]. OEDC (2012) Test no 487: In vitro mammalian cell micronucleus test, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 4, OECD Publishing, Paris. [3.14]. OECD (2014), Test No. 474: Mammalian Erythrocyte Micronucleus Test, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 4, OECD Publishing, Paris. 18

61 [3.15]. Kwon J.Y, Koedrith P., Seo Y.R - Current investigations into the genotoxicity of zinc oxide and silica nanoparticles in mammalian models in vitro and in vivo: carcinogenic/genotoxic potential, relevant mechanisms and biomarkers, artifacts, and limitations, International Journal of Nanomedicine 2014, 9 (Suppl 2) [3.16]. Li CH, Shen CC, Cheng YW, et al. Organ biodistribution, clearance, and genotoxicity of orally administered zinc oxide nanoparticles in mice. Nanotoxicology. 2012;6(7): [3.17]. Monteiro-Riviere NA, Wiench K, Landsiedel R, Schulte S, Inman AO, Riviere JE. Safety evaluation of sunscreen formulations containing titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles in UVB sunburned skin: an in vitro and in vivo study. Toxicol Sci. 2011;123(1): [3.18]. Landsiedel R, Ma-Hock L, Van Ravenzwaay B, et al. Gene toxicity studies on titanium dioxide and zinc oxide nanomaterials used for UV-protection in cosmetic formulations. Nanotoxicology. 2010;4: [3.19]. Gopalan R, Osman I, Amani A, Matas M, Anderson D. The effect of zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles in the comet assay with UVA photoactivation of human sperm and lymphocytes. Nanotoxicology. 2009;3(1): [3.20]. Osman IF, Baumgartner A, Cemeli E, Fletcher JN, Anderson D. Genotoxicity and cytotoxicity of zinc oxide and titanium dioxide in HEp-2 cells. Nanomedicine (Lond). 2010;5(8): [3.21]. Sharma V, Singh SK, Anderson D, Tobin DJ, Dhawan A. Zinc oxide nanoparticle induced genotoxicity in primary human epidermal keratinocytes. J Nanosci Nanotechnol. 2011;11(5): [3.22]. Hackenberg S, Zimmermann FZ, Scherzed A, et al. Repetitive exposure to zinc oxide nanoparticles induces dna damage in human nasal mucosa mini organ cultures. Environ Mol Mutagen. 2011;52(7): [3.23]. SCCNFP. The scientific committee on cosmetic products and non-food products intended for consumers concerning zinc oxide [3.24]. Ghosh M, Manivannan L, Sinha A., Chakraboty A, Mallick SK, Bandyopadhyay M, Mukherjee A. In vitro and in vivo genotoxicity of silver nanoparticles, Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, Vol. 749, Issues 1 2, 2012, Pages [3.25]. Li Y., Bhalli JA, Ding W, Yan J, Pearce MG, Sadiq R, Cunningham CK, Jones MY, Monroe WA, et. al. Cytotoxicity and genotoxicity assessment of silver nanoparticles in mouse, Nanotoxicology, Suppl 1:36-45, [3.26]. SR EN ISO :2009 ver.eng. Evaluarea biologică a dispozitivelor medicale. Partea 5: Teste pentru citotoxicitate in vitro. [3.27]. R. Anghel. Evaluarea efectului biologic indus de unele peptide citotoxice asupra celulelor tumorale şi normale, Rezumatul tezei de doctorat, Universitatea de Medicină si Farmacie Gr. T. Popa Iaşi, Facultatea de Medicină,

62 PROGRAMUL PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Finantare: buget Autoritate contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamântului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI) Programul: PNII - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE Contractor: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica ICPE-CA (INCDIE ICPE-CA) Partener 1: UNIVERSITATEA BUCURESTI, Facultatea de Biologie Partener 2: MGM STAR CONSTRUCT SRL RAPORT ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC - ETAPA 4/2017 la C215/ Materiale şi acoperiri nanostructurate inovative cu activitate antimicrobiană pentru aplicaţii medicale (Acronim proiect: INMATCO) Denumirea etapei: Definitivare dezvoltare experimentala: realizarea, caracterizarea si certificarea prototipurilor de materiale si acoperiri nanostructurate, realizarea unor produse finite acoperite Perioda de derulare a etapei: Activităţi / Partenerii implicaţi în realizarea activităţii: A.4.1. Demonstrarea functionalitatii modelelor de acoperiri nanostructurate selectate in urma caracterizarilor si testelor efectuate / CO, P2 A.4.2. Definitivare specificații tehnice materiale nanostructurate si tinte de pulverizare cu activitate antimicrobiana / CO, P1, P2 A.4.3. Definitivare specificatie tehnica acoperiri nanostructurate antimicrobiene / CO, P1, P2 A.4.4. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului / CO, P1, P2 A.4.5. Realizarea prototipurilor de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate / CO, P1, P2 A.4.6. Caracterizarea fizico-chimica si structurala a prototipurilor de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate / CO, P2 A.4.7. Caracterizarea mecanica a prototipurilor de tinte de pulverizare / CO A.4.8. Caracterizarea electrochimica, mecanica si tribologica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate, studiul grosimii si aderentei straturilor subtiri de prototipuri de acoperiri / CO, P2 A.4.9. Evaluarea activitatii antimicrobiene a prototipurilor de materiale si acoperiri nanostructurate / P1 A Elaborarea documentatiei tehnice de certificare a materialelor nanostructurate, tintelor de pulverizare si a acoperirilor nanostructurate / CO, P1, P2 A Realizarea unor produse finite acoperite / P2 A Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului A Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului / CO, P1, P2 A Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa (tehnico-stiintific si financiar) si a raportului final / CO, P1, P2 Rezultate aşteptate: Studiu privind demonstrarea functionalitatii modelului de acoperiri nanostructurate; Specificații tehnice definitivate pentru materiale nanostructurate (min. 1), tinte de pulverizare (min. 1) si acoperiri nanostructurate (min. 1); Prototipuri de materiale nanostructurate (min. 1), tinte de pulverizare (min. 1) si acoperiri nanostructurate (min. 1); Rapoarte de incercari; Produse finite acoperite (min. 3); Documentatie tehnica de certificare a materialelor nanostructurate, tintelor de pulverizare si a acoperirilor nanostructurate; Min. 2 articole comunicate; 1 articol trimis spre publicare in jurnale ISI; 1 articol publicat intr-un jurnal ISI; Pagina web a proiectului actualizata; Raport de etapa; Raport final Colectiv de lucru: CO: INCDIE ICPE-CA Director de proiect: Dr. Ing. Lungu Magdalena Membri CO: Dr. Ing. Enescu Elena Dr. Ing. Patroi Delia Dr. Ing. Lucaci Mariana Dr. Ing. Ion Ioana Dr. Fiz. Cirstea Cristiana Diana Dr. Ing. Tsakiris Violeta Dr. Fiz. Sbarcea Gabriela Dr. Chim. Iordoc Mihai Dr. Chim. Barbu Paula Dr. Ing. Talpeanu Dorinel Dr. Chim. Lungulescu Marius Ing. Grigore Florentina Drd. Ing. Marin Mihai Drd. Fiz. Marinescu Virgil Ing. Bratulescu Alexandra Ing. Mitrea Sorina Ing. Stancu Nicolae Operator ceramist Matei Valeria Tehn. Ghita Marian Munc. Cristina Florea P1: UNIVERSITATEA BUCURESTI Responsabil de proiect: Prof. Dr. Chifiriuc Mariana-Carmen Membri P1: Prof. Dr. Mihaescu Grigore Dr. Popa Marcela Dr. Coralia Bleotu Drd. Gheorghe Irina Dr. Ditu Lia Mara Dr. Constantin Nicoleta Dr. Curutiu Carmen Stoica Maria Sarbu Ecaterina Monica P2: MGM STAR CONSTRUCT SRL Responsabil de proiect: Drd. Fiz. Sobetkii Arcadie Membri P2: Drd. Fiz. Sobetkii A. Arcadii Fiz. Capatana Valentina Ec. Diaconu Corina Daniela Ing. Gritcu Corneliu Visan Mihai, Director general Ec. Visan Emilia Cristina, Director comercial Anisoara Maracine Director de proiect, Dr. Ing. Lungu Magdalena

63 REZUMATUL ETAPEI DE EXECUTIE In Etapa 4/2017 la proiectul PCCA, Contract nr. 215/2014, derulat in cadrul programului PNCDI II - PARTENERIATE au fost prevazute si indeplinite activitati de cercetare industriala si de dezvoltare experimentala, care au condus la elaborarea de noi prototipuri certificate de materiale si acoperiri nanostructurate cu activitate antimicrobiana si tinte de pulverizare, precum si la realizarea de dispozitive medicale din categoria instrumentelor medicale chirurgicale critice invazive din otel inox functionalizate antimicrobian cu acoperiri nanostructurate de tip straturi subtiri pe baza de Ag-TiO 2. Capitolul 4.1. prezinta o activitate de cercetare industriala A.4.1.-Demonstrarea functionalitatii modelelor de acoperiri nanostructurate selectate in urma caracterizarilor si testelor efectuate. Probele selectionate de Ag-TiO 2 au fost atacate chimic cu acid ortofosforic si au avut o rezistenta buna la acid, iar acoperirile, inclusiv cele netratate termic dupa depunere au ramas aderente la substratul din otel inox 316L. Capitolul 4.2. prezinta doua activitati de dezvoltare experimentala: A.4.2.-Definitivare specificații tehnice materiale nanostructurate si tinte de pulverizare cu activitate antimicrobiana si A.4.3.-Definitivare specificatie tehnica acoperiri nanostructurate antimicrobiene. Au fost intocmite 3 specificatii tehnice definitivate pentru (1) materiale nano si microstructurate pe baza de pulberi compozite de Ag-TiO 2 (ST 114/ ) (2) tinte de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 (ST 115/ ) si (3) acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana (ST 116/ ). Capitolul 4.3. prezinta activitatea A.4.4.-Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului, care a fost desfasurata conform inregistrarilor contabile din FEC. Capitolul 4.4. prezinta activitatea A.4.5.-Realizarea prototipurilor de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate, activitate realizata in comun de catre partenerii proiectului (CO, P1, P2). Cele 5 prototipuri de materiale nanostructurate (MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 ), tinte de pulverizare (TP MN Ag-TiO 2 si TP MM Ag-TiO 2 ) si acoperiri nanostructurate (AN Ag-TiO 2 ) au fost realizate conform documentaţiei de execuţie si receptionate de catre membrii comisiilor de certificare, conform PV de receptie a executiei prototipurilor MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 nr. 3151/ , PV de receptie a executiei prototipurilor TP MN Ag-TiO 2 si TP MM Ag-TiO 2 nr. 3152/ si PV de receptie a executiei prototipurilor AN Ag-TiO 2 nr. 3153/ Capitolele prezinta activitatile A.4.6.-Caracterizarea fizico-chimica si structurala a prototipurilor de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate, A.4.7.-Caracterizarea mecanica a prototipurilor de tinte de pulverizare, A.4.8.-Caracterizarea electrochimica, mecanica si tribologica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate, studiul grosimii si aderentei straturilor subtiri de prototipuri de acoperiri si A.4.9.-Evaluarea activitatii antimicrobiene a prototipurilor de materiale si acoperiri nanostructurate. Rezultatele incercarilor si testelor realizate de catre partenerii proiectului corespund conditiilor impuse in ST-urile 114/ , ST 115/ si ST 116/ si sunt redate in cele 16 Rapoarte de incercari elaborate de catre CO - INCDIE ICPE-CA si 2 Rapoarte de testare elaborate de catre P1 - Universitatea Bucuresti, Facultatea de Biologie, demonstrand potentialul produselor realizate de a fi utilizate in aplicatii din domeniul biotehnologic, industrial si biomedical. Capitolul prezinta activitatea A Elaborarea documentatiei tehnice de certificare a materialelor nanostructurate, tintelor de pulverizare si a acoperirilor nanostructurate. Au fost intocmite 3 dosare de certificari prototipuri (1) materiale nano si microstructurate pe baza de pulberi Ag-TiO 2 (PV certificare 42/ ) (2) tinte de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 (PV certificare 43/ ) si (3) acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana (PV certificare 44)/ , care contin documentele specifice de certificare intocmite conform procedurii de certificare a produselor PS-P-02.2 elaborata de INCDIE ICPE-CA, si anume 3 specificatii tehnice definitivate (ST 1145/ , ST 115/ , ST 116/ ), 3 proceduri de lucru (PL-MAv-32, PL-MAv-33, PL-MAv- 34), 3 fise de urmarire in executie a produselor (FU-MAv-32, FU-MAv-33, FU-MAv-34) si 3 fise tehnice de produs pentru prototipurile de materiale si acoperiri nanostructurate si de tinte de pulverizare din Ag-TiO 2. Capitolul prezinta activitatea A Realizarea unor produse finite acoperite, in care partenerul P2 - SC MGM STAR CONSTRUCT SRL a realizat functionalizarea a 20 produse finite (instrumente chirurgicale din otel inox de tip foarfeci, pense chirurgicale si lame de bisturiu) cu acoperiri nanostructurate de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana. Capitolele prezinta activitatile A.4.12-Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului, A Participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului, A Managementul si coordonarea proiectului; Elaborarea raportului de etapa (tehnico-stiintific si financiar) si a raportului final. In cadrul acestor activitati, printr-un management eficient partenerii proiectului au elaborat raportul de etapa si raportul final, a fost actualizata pagina web a proiectului, au fost elaborate si trimise spre publicare 2 articole intr-un jurnal ISI si un jurnal BDI, au fost realizate 3 participari la manifestari tehnico-stiintifice internationale din domenii specifice proiectului (2 saloane de inventii: PRO INVENT 2017, , Cluj Napoca, România si EUROINVENT 2017, , Iasi, România si manifestarea internationala ECCMID 2017, April 22-25, 2017, Austria, Viena), au fost comunicate 2 postere (in română si in engleză) pentru o cerere de brevet de inventie (CBI A00605/2015) la cele 2 manifestari tehnico-stiintifice mentionate mai sus, au fost publicate 2 abstracte in cataloagele saloanelor de inventii mentionate si au fost acordate 3 premii de catre Presedintele comisiilor de jurizare a inventiilor prezentate. In urma indeplinirii activitatilor A.4.1-A s-au obtinut urmatoarele rezultate: 3 specificații tehnice (ST) definitivate; 5 prototipuri (pulberi compozite MN Ag-TiO 2, pulberi compozite MM Ag-TiO 2 ; ținte de pulverizare ȚP MN Ag-TiO 2, ținte de pulverizare ȚP MM Ag-TiO 2, acoperiri nanostructurate antimicrobiene din Ag-TiO 2 ) 3 dosare de certificare a celor 5 tipuri de prototipuri, care includ cele 3 ST-uri definitivate, 3 proceduri de lucru (PL), 3 fise de urmarire in executie (FU) a produselor, 3 fise tehnice de produs, 16 Rapoarte de incercari si 2 Rapoarte de testare; 20 produse finite acoperite; 3 participări la manifestări tehnico-stiintifice internationale din domenii specifice proiectului; 2 postere comunicate si 2 abstracte publicate in volumele manifestarilor tehnico-stiintifice; 3 premii; 2 articole trimise spre publicare; pagina web a proiectului in română actualizată pe site-ul CO; pagina web a proiectului in engleză actualizată pe site-ul creat pe ResearchGate; raportul de etapă 4/2017; raportul final. Avand in vedere rezultatele obtinute in cele 4 etape de realizare a proiectului ( ) se considera indeplinite activitatile si obiectivele tehnico-stiintifice prevazute in Planul de realizare a proiectului si in propunerea de proiect PN-II-PT-PCCA , contract nr. 215/2014.

64 DESCRIEREA ŞTIINŢIFICĂ ŞI TEHNICĂ Scopul Etapei 4/2017 a fost elaborarea si certificarea unor prototipuri de materiale si acoperiri nanostructurate antimicrobiene, precum si de prototipuri de tinte de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 si caracterizarea acestora din punct de vedere structural, fizic, chimic, mecanic, tribologic, electrochimic si biologic, conform conditiilor tehnice impuse in specificatiile tehnice definitivate in aceasta etapa. De asemenea a fost demonstrata functionalitatea acoperirilor de Ag-TiO 2 prin testarea rezistentei acoperirilor la atac chimic cu acid ortofosforic, determinarea proprietatilor electrochimice in solutie Ringer, determinarea activitatii antimicrobiene si a citotoxicitatii, conform standardelor in vigoare si realizarea unor produse finite (instrumente chirurgicale critice de tip foarfeci, pense chirurgicale si lame de bisturiu). Diseminarea pe scara larga a rezultatelor proiectului s-a realizat prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului, actualizarea paginii web a proiectului si participarea la manifestari tehnico-stiintifice nationale si internationale din domenii specifice proiectului. Capitolul 4.1. Demonstrarea functionalitatii modelelor de acoperiri nanostructurate selectate in urma caracterizarilor si testelor efectuate Demonstrarea functionalitatii modelelor experimentate de acoperiri nanostructurate selectate in urma caracterizarilor si testelor efectuate in Etapa 3/2016 (probe de acoperiri din Ag-TiO 2, codificate b004 si b005 in Etapa 3/2016) s-a realizat prin testarea rezistentei la atac chimic cu acid ortofosforic, acid care ataca puternic otelul inox de tip 316L folosit ca substrat. Testul s-a realizat prin stergere cu acid ortofosforic (H 3 PO 4, 85%, Merck) a unei portiuni din acoperire, respectiv stergere integrala a suprafetei acoperite (Fig. 4.1.). Se observa faptul ca proba b005 (P2.4 Ag-TiO 2 Mp (AM-A) de grosime 500 nm depusa pe substrat din otel inox de tip 316L) netratata termic dupa depunere, care a fost atacata chimic cu acid ortofosforic a avut o rezistenta buna la acid, iar acoperirea a ramas aderenta de substrat. a) b) c) Fig Proba de acoperire b005 netratata termic dupa depunere (a), stearsa cu acid ortofosforic in jumatatea din dreapta a acoperirii (b), stearsa cu acid ortofosforic pe toata suprafata acoperita (c). Capitolul 4.2. Definitivare specificatii tehnice materiale nanostructurate cu activitate antimicrobiana, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate antimicrobiene In cadrul activitatilor A.4.2 si A.4.3, coordonatorul proiectului - CO, prin Directorul de proiect, Dr. Ing. Magdalena-Valentina Lungu a definitivat cele trei specificatii tehnice (ST), care au fost elaborate in etapa 3/2016: (1) ST 114/ , care inlocuieste ST 111/ ˮMateriale nano şi microstructurate pe bază de pulberi compozite de argint-dioxid de titanˮ; (2) ST 115/ , care inlocuieste ST 112/ ˮȚinte de pulverizare pe bază de argintdioxid de titanˮ; (3) ST 116/ , care inlocuieste ST 113/ ˮAcoperiri nanostructurate pe bază de argint-dioxid de titan cu activitate antimicrobianăˮ. Cele trei ST-uri au fost discutate in sedinta din data de (PV nr. 3145/ de discutare ST 114/ , PV nr. 3145/ de discutare ST 115/ si PV nr. 3147/ de discutare ST 116/ ) si aprobate de catre membrii comisiilor de discutare si aprobare a ST-urilor mentionate mai sus (PV nr. 3148/ de aprobare ST 114/ , PV nr. 3149/ de aprobare ST 115/ si PV nr. 3150/ de aprobare ST 116/ ). Componenta comisiilor de discutare si aprobare a acestor ST-uri a fost stabilita prin Deciziile INCDIE ICPE-CA nr. 103/ , 104/ si 105/ ). Comisiile de discutare si aprobare a ST-urilor definitivate au fost constituite din Dr. Ing. Enescu Elena (Presedinte, Director tehnic INCDIE ICPE-CA), Dr. Ing. Lucaci Mariana (Vicepresedinte, Sef DMAv, INCDIE ICPE-CA), Sing. Tanase Stefania

65 (Responsabil Standardizare, INCDIE ICPE-CA), Dr. Ing. Ilie Cristinel (Responsabil CTC, INCDIE ICPE-CA), Dr. Ing. Lungu Magdalena Valentina (Director de proiect, DMAv, INCDIE ICPE-CA), specialisti ai INCDIE ICPE-CA responsabili cu testele si analizele specificate in ST-uri (Dr. Fiz. Patroi Delia, Dr. Ing. Cirstea Diana, Dr. Ing. Ion Ioana, Dr. Ing. Dorinel Talpeanu, Dr. Fiz. Gabriela Sbarcea, Drd. Fiz. Marinescu Virgil, Ing. Mitrea Sorina, Ing. Grigore Florentina, Ing. Alexandra Bratulescu, Dr. Chim. Barbu Paula, Dr. Chim. Iordoc Mihai) si reprezentanti ai partenerilor proiectului si a potentialilor beneficiari: Prof. Dr. Chifiriuc Mariana Carmen (Responsabil de proiect, Universitatea din Bucuresti), Dr. Popa Marcela (Universitatea Bucuresti) si Drd. Fiz. Sobetkii Arcadie (Responsabil de proiect, MGM STAR CONSTRUCT S.R.L. Bucuresti). Documentele mentionate mai sus (ST-uri si PV-uri) sunt anexate dosarelor de certificare aferente prototipurilor de materiale nanostructurate cu activitate antimicrobiana, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate antimicrobiene realizate. Capitolul 4.3. Achizitionarea partiala a logisticii necesare (materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terti) pentru realizarea obiectivelor proiectului Pentru indeplinirea obiectivelor proiectului si a activitatilor propuse in Etapa 4/2017 in Planul de realizare a proiectului INMATCO, partenerii proiectului (CO, P1, P2) au efectuat cheltuieli de materii prime, materiale consumabile, piese de schimb, echipamente, terţi, etc., care sunt prezentate in Fisa de evidenta a cheltuielilor (FEC), anexata acestei etape. Capitolul 4.4. Realizarea prototipurilor de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate Prototipurile de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate au fost receptionate de catre membrii comisiilor de certificare, conform PV de receptie a executiei prototipurilor MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 nr. 3151/ , PV de receptie a executiei prototipurilor TP MN Ag-TiO 2 si TP MM Ag-TiO 2 nr. 3152/ si PV de receptie a executiei prototipurilor AN Ag-TiO 2 nr. 3153/ Prototipurile de materiale nanostructurate (MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 ), tinte de pulverizare (ȚP MN Ag-TiO 2 si ȚP MM Ag-TiO 2 ) si acoperiri nanostructurate (AN Ag-TiO 2 ) au fost realizate conform documentaţiei de execuţie, respectiv a procedurilor de lucru (PL) elaborate in cadrul dosarelor de certificare prototipuri (anexate Raportului de etapa nr. 4/2017), insotite de fisa de urmarire in executie a produselor (FU) si anume: (1) PL-MAv-32 din Procedura de lucru realizare materiale nano şi microstructurate pe bază de pulberi compozite de argint-dioxid de titan (MN Ag-TiO 2 şi MM Ag-TiO 2 ), insotita de FU-MAv-32; (2) PL-MAv-33 din Procedura de lucru realizare ținte de pulverizare pe bază de argintdioxid de titan (ȚP MN Ag-TiO 2 şi ȚP MM Ag-TiO 2 ), insotita de FU-MAv-33; (3) PL-MAv-34 din Procedura de lucru realizare acoperiri nano-structurate pe bază de argint-dioxid de titan cu activitate antimicrobiană (AN Ag-TiO 2 ), insotita de FU-MAv-34. Fisele tehnice de produs sunt prezentate in Fig Fig Fisa tehnica produse MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2.

66 Fig Fisa tehnica produse TP MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2. Fig Fisa tehnica produse AN Ag-TiO 2. Capitolul 4.5. Caracterizarea fizico-chimica si structurala a prototipurilor de materiale nanostructurate, tinte de pulverizare si acoperiri nanostructurate Verificarea aspectului exterior si determinarea densitatii aparente a pulberilor compozite de Ag-TiO 2 Aspectul exterior al prototipurilor de pulberi compozite de Ag-TiO 2 (MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 ) s-a verificat vizual. Determinarea densitatii aparente a prototipurilor de pulberi compozite de Ag-TiO 2 (MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 ) s-a realizat conform SR EN ISO :2016 [4.1] si ST 114/ , pe esantioane de pulberi cu masa de 50 g. In acest scop a fost folosit un aparat Hall pentru determinarea densităţii aparente pulberi, cu palnie metalica cu orificiu de 5 mm si recipient metalic de colectare pulberi, cu volumul de 25 cm 3, in urmatoarele conditii de mediu: T aer = 25 ± 2 C, U relativa a aerului = 30 ± 5 % Rezultate obţinute in urma verificarii aspectului exterior si determinarii densitatii aparente a pulberilor compozite de Ag-TiO 2 Probele de prototipuri MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 au avut o culoare uniformă, fără incluziuni străine, corespunzand conditiei impuse in ST 114/ , pct Valorile densitatii aparente pentru probele MN Ag-TiO 2, respectiv pentru probele MM Ag-TiO 2 testate sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 3b/ Probele de prototipuri MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 au avut valori ale densitatii aparente de 0, ,404 g/cm 3, respectiv de 0, ,750 g/cm 3, corespunzand conditiei impuse in ST 114/ , pct. 2.5 pentru densitatea aparentă de minim 0,31 g/cm 3 pentru pulberile compozite MN Ag-TiO 2 şi de minim 0,48 g/cm 3 pentru pulberile compozite MM Ag-TiO 2.

67 Determinarea densitatii tintelor de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 Densitatea tintelor de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 s-a determinat conform SR EN 1389:2004 [4.2] si ST 115/ cu o balanţa analitica, de tip Kern AEJ şi kitul aferent acesteia AES A01. Conditiile de mediu in timpul incercarilor au fost: T aer = 20 ± 2 C, U relativa a aerului = 30 ± 5 % Rezultate obţinute pentru densitatea tintelor de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 Valorile densitatii probelor TP MN Ag-TiO 2, respectiv TP MM Ag-TiO 2 testate sunt redate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 5b/ Probele de prototipuri ŢP MN Ag-TiO 2 si ŢP MM Ag-TiO 2 au avut valori ale densitatii medii de 4,0411 4,0556 g/cm 3, respectiv de 4,0869-4,1042 g/cm 3, corespunzand conditiei impuse in ST 115/ , pct. 2.5 pentru densitate de minim 3,93 g/cm 3 pentru tintele de pulverizare pe baza de Ag-TiO Verificarea formei şi dimensiunilor de particule prin microscopie electronica de baleiaj (SEM) Verificarea formei şi dimensiunilor de particule ale pulberilor compozite de Ag-TiO 2 s-a realizat conform PI-16, Ed.2, act. 0/ [4.3] si ST 114/ Esantioanele supuse analizei au fost vizualizate cu ajutorul statiei de lucru de tip Auriga FESEM-FIB (Carl Zeiss, Germania) prin intermediul detectorului de electroni secundari/ioni (SESI) din camera de proba pentru studiul morfologic si topografic al suprafetei Rezultate obţinute in urma analizei SEM a pulberilor compozite de Ag-TiO 2 Rezultatele analizei SEM sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 22/ In Fig prezinta exemplificari ale imaginilor SEM pulberi MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 selectate. Fig Imagine SEM pulbere MN Ag-TiO 2 - proba 1, marire de X Fig Imagine SEM pulbere MN Ag-TiO 2 - proba 1, marire de X, cu determinarea dimensiunilor particulelor Fig Imagine SEM pulbere MM Ag-TiO 2 - proba 1, marire de X Fig Imagine SEM pulbere MM Ag-TiO 2 - proba 1, marire de X, cu determinarea dimensiunilor particulelor

68 Probele MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 au avut forme şi dimensiuni de particule de Ag si de TiO 2 care au corespuns conditiei impuse in ST 114/ , pct Analiza chimica elementala prin tehnica spectrometriei de fluorescenta de raze X Analiza chimica elementala a probelor de prototipuri MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 s-a realizat conform Procedurii de incercare PI 18/2013, instructiunile de lucru cuprinse in manualul de operare al echipamentului Spectrometru cu raze X tip S8 Tiger si ST 114/ Probele au fost analizate in mod direct, dupa presare in capsulele dedicate efectuarii analizei. Analiza s-a efectuat pe aparatul: spectrometru secvential de fluorescenta de raze X cu dispersie dupa lungimea de unda (WDXRF) tip S8 Tiger, cu limita de detectie: ppm- 100%, domeniu de analiza: Na (sodiu) U (uraniu), gaze de lucru: amestec P10 (argon + metan) Rezultate obţinute in urma analizei XRF Rezultatele obtinute pe cele 6 esantioane de pulberi MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 analizate mecanice sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 19/ si sunt in concordanta cu cerinta ST 114/ , pct. 2.4 privind compozitia chimica a pulberilor tip Ag-TiO 2. Rezultatele obtinute pe cele 6 tinte analizate prin spectrometrie XRF sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 20/ si sunt in concordanta cu cerinta ST 115/ , pct. 2.4 privind compozitia chimica Determinarea compoziţiei chimice a acoperirilor nanostructurate de Ag-TiO 2 Determinarea compoziţiei chimice prin microscopie electronica de baleiaj cu analiza chimica prin intermediul micro-sondei dispersive de energie s-a realizat conform PI-16, Ed.2, act.0/ si ST 116/ Probele de analizat nu au suferit prelucrari mecanice sau chimice si au fost atasate de suportul de aluminiu cu ajutorul unei benzi conductoare de carbon produsa de firma Agar. Esantioanele supuse analizei au fost vizualizate cu ajutorul statiei de lucru de tip FESEM-FIB model Auriga produs de Carl Zeiss Germania prin intermediul detectorului de electroni secundari/ioni (SESI) din camera de proba pentru studiul morfologic si topografic al suprafetei. Verificarea compozitiei chimice s-a realizat cu ajutorul sondei EDS (spectru dispersiv de energie pentru radiatia X caracteristica) produsa de Oxford Instruments model IncaPET X3 racita cu azot lichid integrata pe statia de lucru FESEM-FIB Auriga. Au fost preluate si analizate imagini de topografie de electroni secundari (SE) pentru analize semicantitativa a unei microarii de interes de pe suprafata probei si integrarea semicantitativa a elementelor identificate Rezultate obţinute in urma analizei EDX Rezultatele EDX pentru probele de prototipuri AN Ag-TiO 2 analizate sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 21/ Acoperirile nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 contin elementele Ti, Ag si O in procente masice care corespund conditiei impuse in ST 116/ , pct Determinarea calitativa de faza prin difractie de raze X Determinarea calitativa de faza prin difractie de raze X a probelor de prototipuri MN Ag-TiO 2, MM Ag-TiO 2, ȚP MN Ag-TiO 2, ȚP MM Ag-TiO 2 si AN Ag-TiO 2 s-a realizat conform PI-04 SR EN , 2:2003, SR EN :2005, ST 114/ , ST 115/ si ST 116/ Masuratorile au fost realizate cu un difractometru de raze X Bruker-AXS tip D8 ADVANCE, cu tub de raze X cu anod de Cu, 40 kv/40 ma, pas: 0.04 o, timp de masurare pe punct: 2 s, domeniu de masura 2θ = 10 o 100 o Rezultate obţinute in urma analizei XRD Valorile dimensiunii de cristalit ale probelor MN Ag-TiO 2, MM Ag-TiO 2, ȚP MN Ag-TiO 2 si ȚP MM Ag-TiO 2 sunt redate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 16/ Probele MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 au avut valori ale dimensiunii de cristalit de nm, respectiv nm, corespunzand conditiei impuse in ST 114/ , pct. 2.3 pentru dimensiunea de cristalit de nm pentru pulberile compozite MN Ag-TiO 2 si de nm pentru pulberile compozite MM Ag-TiO 2. Probele de prototipuri de acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 (AN Ag-TiO 2 ) contin faza cristalografica tetragonala TiO 2 anatas, corespunzand conditiei impuse in ST 116/ , pct Probele ȚP MN Ag-TiO 2 si ȚP MM Ag-TiO 2 au avut valori ale dimensiunii de cristalit in intervalul nm, corespunzand conditiei impuse in ST 115/ , pct.2.3 pentru dimensiunea de cristalit de nm.

69 Capitolul 4.6. Caracterizarea mecanica a prototipurilor de tinte de pulverizare Caracterizarea mecanica a prototipurilor de tinte de pulverizare Caracterizarea mecanica a prototipurilor de tinte de pulverizare TP MN Ag-TiO 2 si TP MM Ag-TiO 2 s-a realizat prin teste de determinare a duritatii Vickers HV2/15, cu un microdurimetru Vickers tip FM700, conform SR EN 843-4, PI-1 INCDIE ICPE-CA, IL-I-01 INCDIE ICPE-CA si ST 115/ Conditiile de incercare au fost urmatoarele: sarcina de amprentare: 2 kgf, durata amprentarii:15 s, temperatura mediului ambiant: 26ºC, umididatea relativa a aerului: 30% Rezultate obţinute in urma testelor mecanice de determinare a duritatii Vickers Valorile duritatii Vickers HV2/15 si valoarea medie calculata pentru probele de prototipuri de tinte de pulverizare TP MN Ag-TiO 2 si TP MM Ag-TiO 2 supuse incercarii mecanice sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 18/ Probele TP MN Ag-TiO 2 si TP MM Ag-TiO 2 au avut valori ale duritatii Vickers HV2/15 ce corespund conditiei impuse in ST 115/ , pct. 2.6 pentru valoarea duritatii Vickers de minim 510 HV2/15. Capitolul 4.7. Caracterizarea electrochimica, mecanica si tribologica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate, studiul grosimii si aderentei straturilor subtiri de prototipuri de acoperiri Caracterizarea electrochimica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate Caracterizarea electrochimica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate AN Ag-TiO 2 s-a realizat conform standardului ASTM G (2015) [4.4] si ST 116/ Pentru masuratori a fost folosita o combina electrochimica All-in-one model PGZ 301 VoltaLab 40 (Radiometer Analytical, Franta) conectată la o celulă standard cu 3 electrozi, model X51V001 (Radiometer Analytical); electrodul de referinţă a fost un electrod de Ag/AgCl, model XR100 (Radiometer Analytical), contraelectrodul a fost un electrod de platină, model XM140 (Radiometer Analytical), iar electrodul de lucru a fost proba de testat - acoperire nanostructurata de Ag-TiO 2 (AN Ag-TiO 2 ). Curbele de polarizare potentiodinamica au fost inregistrate pe un domeniu de potenţial de mv/ag/agcl+1000 mv/ag/agcl fata de potentialul stationar, cu o viteza de baleiere a potentialului de 0,5 mv/s, in soluţie Ringer, la temperatura de 25ºC şi presiunea de 1 atm. Compozitia solutiei Ringer folosita este urmatoarea: clorură de sodiu (NaCl) 8,60 g/l, clorură de potasiu (KCl) 0,30 g/l si clorură de calciu dihidrat (CaCl 2. 2H 2 O) 0,33 g/l. Osmolaritatea teoretica este 309 mosm/l. Rezistenta la polarizare (R p ) si viteza de coroziune (v cor ) s-au determinat prin metoda extrapolarii dreptelor Tafel din curbele de polarizare potentiodinamica Rezultate obţinute in urma testelor electrochimice Rezultate obţinute in urma testelor electrochimice pentru probele de prototipuri AN Ag-TiO testate in electrolit Ringer sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 7b/ Probele de prototipuri AN Ag-TiO 2 au avut valori ale rezistenţei la coroziune în soluţie Ringer de 5, ,801 μm/an, corespunzand conditiei impuse in ST 116/ , pct. 2.7 pentru rezistenţa la coroziune în soluţie Ringer pentru acoperirile nanostructurate de Ag-TiO 2 (AN Ag-TiO 2 ) de maxim 27 μm/an Caracterizarea mecanica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate; studiul grosimii si aderentei straturilor subtiri de prototipuri de acoperiri (i) Caracterizarea mecanica a prototipurilor AN Ag-TiO 2 s-a realizat prin teste de microzgâriere cu un echipament Micro-Combi Tester (CSM Instruments, Elvetia), dotat cu modul de microzgariere (MST) cu varf Rockwell de diamant cu raza de 200 m si cu microscop optic cu obiective 5x, 20x, 50x si 100x, conform standardelor ASTM C (2015) [4.5], DIN EN : [4.6] si SR EN ISO 20502:2016 [4.7]. Testele de zgariere au constat in determinarea fortelor critice optice (Lc), care reprezinta sarcinile la care apar defecte recunoscute in probele de acoperiri investigate care au fost zgariate la temperatura ambianta cu un varf Rockwell cu o forta de zgariere progresiva (F n ) de la 0,03 N la 20 N, cu o viteza constanta de 0,3 mm/min pe o lungime de 3 mm, viteza de incarcare a sarcinii de 2 N/min si forta de contact la pre-scanare (reprezentata de curba adancimii de penetrare (P d )), scanare si post-scanare (reprezentata de curba adancimii de penetrare reziduala (R d )) de 30 mn. Fortele critice optice s-au determinat din curbele inregistrate si din imaginile achizitionate prin analiza optica (20x) cu optiunea Panorama a software-ului de achizitie a datelor.

70 (ii) Studiul grosimii straturilor subtiri s-a realizat cu un sistem Calotest Compact (Anton Paar, Elvetia), conform standardului SR EN ISO 26423:2016 [4.8], prin metoda ball cratering (şlefuirea unei calote) pe probe de prototipuri de acoperiri de Ag-TiO 2 depuse pe substrat de otel inox 316L cu diametrul de 25 mm si grosime 1 mm si tratate termic. Testele au constat in erodarea stratului subtire de Ag-TiO 2 cu o bila din otel inox 100Cr6, pe care s-a aplicat o suspensie abraziva de diamant (dimensiune particule de diamant de 0,5-1 µm), bila fiind rotita cu un arbore de antrenare din otel. In urma procesului de frecare abraziva dintre bila si suprafata probei acoperite rezulta un microcrater de uzare sub forma de calota sferica, atat in strat, cat si in substrat. Craterul format a fost analizat optic la microscopul atasat echipamentului Micro-Combi Tester (obiectiv 5x), astfel grosimea stratului de Ag-TiO 2 s-a determinat cu optiunea Calotest Rezultate obţinute in urma testelor mecanice de microzgâriere si de şlefuire a unei calote (i) Rezistenta la microzgâriere Fig. 4.9 prezinta rezultatele testelor de zgâriere ale probelor de prototipuri de acoperiri AN Ag-TiO 2 : imaginile optice (Panorama) ale profilului topografic al suprafetelor probelor acoperite cu evidentierea fortelor critice (L C1, L C2, L C3 ) si curbele inregistrate in timpul testelor de zgâriere (F n, P d, R d si profilul suprafetei, functie de distanta de zgâriere). a) b) c) Fig Imaginile optice (Panorama) ale profilului topografic al suprafetelor probelor acoperite AN Ag-TiO 2 si curbele inregistrate la microzgâriere pentru a) proba 1, b) proba 2, c) proba 3. Probele de acoperiri AN Ag-TiO 2 au prezentat valori apropiate ale fortelor critice atribuite aceluiasi tip de distrugere a suprafetei acoperirilor. Fortele critice au reprezentat trei tipuri principale de distrugeri: L C1 - inceputul desprinderilor interfaciale, cu defecte minore longitudinale (tensiuni Hertziene) ale acoperirilor la marginile urmei de zgâriere, L C2 (forta de adeziune) - desprinderi interfaciale de-a lungul marginilor urmei de zgâriere cu perforare ductila continua a acoperirii, fara expunerea substratului din otel inox, L C3 (forta de coeziune) - exfoliere totala a stratului de acoperire nanostructurata, cu expunerea substratului din otel inox. Pentru proba 1 s-au determinat urmatoarele valori ale fortelor critice: L C1 = 4,32 N, L C2 = 7,30 N si L C3 = 8,90 N, pentru proba 2 au rezultat valorile L C1 = 4,35 N, L C2 = 7,92 N si L C3 = 9.77 N si pentru proba 3 au rezultat valorile L C1 = 4,22 N, L C2 = 7,45 N si L C3 = 9,15 N. Se remarca cresterea adancimii de penetrare (P d ) cu cresterea distantei de zgâriere. (ii) Grosimea straturilor subtiri Valorile grosimii acoperirilor probelor AN Ag-TiO 2 testate cu sistemul Calotest sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 8b/ Probele de prototipuri de acoperiri AN Ag-TiO 2 au avut valori ale grosimii acoperirilor de nm, corespunzand conditiilor impuse in ST 116/ , pct. 2.2 pentru grosimea acoperirilor nanostructurate pe bază de Ag-TiO 2 depuse pe substrat de otel inox de nm. Grosimea acoperirilor AN Ag-TiO 2 determinata prin metoda ball cratering este in concordanta cu grosimea stratului depus (500 nm) monitorizat cu sistemul cu cuart XTC INFICON aferent instalatiei de depunere in vid Balzers BAK Caracterizarea tribologica a prototipurilor de acoperiri nanostructurate Testele tribologice s-au realizat la temperatura camerei (T aer = 30 ± 2 C, U relativa a aerului = 33 ± 3 %) cu un tribometru standard de tip bila-pe-disc echipat cu modul rotativ (CSM Instruments, Elvetia) în condiţii de lubrifiere uscată, cu o sarcină de 0,5 N, partener static bilă de oţel 100Cr6 de diametru 6 mm, viteza liniară constantă de 3 cm/s, raze de alunecare de 4 mm, 6 mm, 8 mm si 10 mm şi distanţe de alunecare de 10 m, 50 m, 100 m si 200 m. Testele tribologice s-au realizat conform ASTM G99-17 [4.9], SR EN :2010

71 [4.10] ASTM G [4.11] şi ST 116/ pe prototipuri de acoperiri nanostructurate de Ag-TiO 2 (AN Ag-TiO 2 ) de grosime 500 nm depuse pe discuri de otel inox 316L cu diametrul de 25±0,1 mm şi înălţimea de 1±0,1 mm. Aria urmei de uzura [µm 2 ] s-a determinat cu un profilometru Surtonic S25 (Taylor Hobson, UK) cu vârf standard din diamant cu raza de 5 m, pentru o lungime de evaluare a probei de 4 mm si o lungime de unda de prag (Cut-off) de 0,8 mm, utilizand un filtru Gaussian digital Rezultate obţinute in urma testelor tribologice Rezultate obţinute pentru probele de prototipuri AN Ag-TiO 2 testate tribologic (în conditii de lubrifiere uscată) sunt prezentate in Raportul de incercari INCDIE ICPE-CA nr. 6b/ Probele AN Ag-TiO 2 au avut valori ale coeficientului mediu de frecare incluse in intervalul 0, ,691 si ale vitezei specifice de uzura de maxim 71,08 x 10-5 mm 3 /(N. m), corespunzand conditiilor impuse in ST 116/ , pct. 2.5 si 2.6 pentru coeficientul mediu de frecare (în conditii de lubrifiere uscată) de 0,1 0,7 si pentru viteza specifică de uzură de maxim 95x10-5 mm 3 /(N. m). Capitolul 4.8. Evaluarea activitatii antimicrobiene a prototipurilor de materiale si acoperiri nanostructurate Determinarea activităţii antimicrobiene si antibiofilm a materialelor nanostructurate Determinarea activităţii antimicrobiene a prototipurilor de materiale nano şi microstructurate pe bază de pulberi compozite de Ag-TiO 2 (MN Ag-TiO 2 si MM Ag-TiO 2 ) s-a realizat conform Standard CLSI (Clinical Laboratory Standards Institute) M27-S4, ed.4, 2012 [4.12], Standard CLSI M100-S26, ed. 26, 2015 [4.13], PI- 1-ICUB, Ed.1, act. 0/ [4.14] si ST 114/ Probele, după cântărire şi dizolvare în DMSO (dimetilsulfoxid) au fost puse în contact cu tulpinile microbiene de testat (Staphylococcus aureus ATCC 25923, Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Candida albicans ATCC 10231), incubate 24 de ore la 37 o C şi prelucrate conform procedurii PI-1- ICUB, Ed.1, act. 0/ : Determinarea activităţii antibiofilm prin metoda microtitrării cu cristal violet Rezultate obţinute la evaluarea activităţii antimicrobiene si antibiofilm a materialelor nanostructurate Rezultate obţinute la evaluarea activităţii antimicrobiene si antibiofilm a materialelor nanostructurate pentru valorile concentraţiei minime inhibitorii (CMI) si valorile concentraţiei minime de eradicare a biofilmului (CMEB) pentru probele MN Ag-TiO 2 şi MM Ag-TiO 2 testate sunt prezentate in Raportul de testare Universitatea Bucuresti, Facultatea de Biologie nr. 446/ Probele de prototipuri MN Ag-TiO 2 şi MM Ag-TiO 2 testate au îndeplinit cerinţele impuse de ST 114/ , pct. 2.6 si pct. 2.7, având valori CMI < 2,5 mg/ml şi valori CMEB 2,5 mg/ml Determinarea activităţii antibiofilm a acoperirilor nanostructurate Determinarea activităţii antibiofilm a prototipurilor de acoperiri AN Ag-TiO 2 s-a realizat pe esantioane de acoperiri nanostructurate de Ag-TiO 2 depuse pe substrat din otel inox 316L de dimensiuni: Ø 10 0,1 mm si h 1 0,01 mm conform ASTM E a [4.15], SR EN ISO :2010 [4.16] si ST 116/ Probele, după sterilizare sub lampă UV (putere 50 W), au fost puse în contact cu tulpinile microbiene de testat (Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Candida albicans ATCC 10231), incubate la 37 o C timp de 24, 48 şi respectiv 72 de ore, au fost prelucrate conform procedurilor menţionate şi s-a determinat numărul de microorganisme viabile prin determinarea numărului de unităţi formatoare de colonii (UFC/ml) Rezultate obţinute la evaluarea activităţii antibiofilm a acoperirilor nanostructurate Rezultatele activitatii antibiofilm pentru probele de prototipuri de acoperiri AN Ag-TiO 2 testate au fost prezentate in Raportul de testare Universitatea Bucuresti, Facultatea de Biologie nr. 445/ Probele AN Ag-TiO 2 analizate au îndeplinit cerinţele impuse de ST 116/ pct inhibând aderenţa şi dezvoltarea biofilmelor formate de tulpini bacteriene şi levurice, cu cel puţin un logaritm zecimal (lg) al numărului de celule microbiene viabile, exprimate în unităţi formatoare de colonii (UFC/ml) Verificarea citotoxicităţii acoperirilor nanostructurate Verificarea citotoxicitatii prototipurilor de acoperiri AN Ag-TiO 2 s-a realizat conform SR EN ISO :2009 [4.17] si ST 116/ , printr-o metoda calitativa, examinand aspectul culturilor celulare aflate in prezenta probelor de testat prin colorare cu albastru tripan.

72 Rezultate obţinute la verificarea citotoxicităţii acoperirilor nanostructurate Rezultatele obţinute la verificarea citotoxicităţii prototipurilor de acoperiri nanostructurate au fost prezentate in Raportul de testare Universitatea Bucuresti, Facultatea de Biologie nr. 445/ Probele AN Ag-TiO 2 analizate au îndeplinit cerinţele impuse de ST 116/ , pct 2.9., deoarece nu au fost citotoxice (grad de citotoxicitate 0). Capitolul 4.9. Elaborarea documentatiei tehnice de certificare a materialelor nanostructurate, tintelor de pulverizare si a acoperirilor nanostructurate Elaborarea documentatiei tehnice de certificare a materialelor nanostructurate, tintelor de pulverizare si a acoperirilor nanostructurate s-a realizat in comun de catre partenerii proiectului (CO, P1, P2). Au fost intocmite 3 dosare de certificari prototipuri (1) materiale nano si microstructurate pe baza de pulberi Ag-TiO 2 (PV certificare 42/ ), (2) tinte de pulverizare pe baza de Ag-TiO 2 (PV certificare 43/ ) si (3) acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana (PV certificare 44)/ , care contin documentele specifice de certificare intocmite conform procedurii de certificare a produselor PS-P-02.2 elaborata de INCDIE ICPE-CA. Capitolul Realizarea unor produse finite acoperite Partenerul P2 - SC MGM STAR CONSTRUCT SRL a realizat functionalizarea a 20 produse finite (instrumente chirurgicale din otel inox de tip foarfeci, pense chirurgicale si lame de bisturiu) cu acoperiri nanostructurate pe baza de Ag-TiO 2 cu activitate antimicrobiana (Fig. 4.10). Fig Produse finite acoperite cu straturi subtiri antimicrobiene din AN Ag-TiO 2. Capitolul Diseminarea rezultatelor proiectului prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor proiectului si actualizarea paginii web a proiectului In vederea diseminarii pe scara larga a rezultatelor proiectului INMATCO, Contract 215/2014, in domeniul nanomaterialelor si acoperirilor nanostructurate pentru aplicatii medicale si a cresterii vizibilitatii internationale a proiectului, pentru indeplinirea activitatii A partenerii proiectului au realizat urmatoarele: comunicări şi premii: prezentare sub formă de poster a cererii de brevet de inventie (CBI) inregistrata la OSIM cu nr. a din : (1) M.V. Lungu, D. Pătroi, F. Grigore, M. Lucaci, D. Tălpeanu, V. Tsakiris, S.A. Mitrea, A. Brătulescu, C.D. Cîrstea, N. Stancu, V. Marinescu, A. Sobetkii, A.A. Sobetkii, M.C. Chifiriuc, M. Popa, Ţinte de pulverizare și straturi subțiri din nanopulberi antimicrobiene din oxid de zinc dopate cu argint și procedeu de obținere, poster elaborat in limba română si abstract publicat in Catalogul PRO INVENT 2017, Salonul Internaţional al Cercetării, Inovării si Inventicii, Editia XV, , Cluj-Napoca, România, pag ( CBI premiat cu Premiul pentru performanta in creativitatea tehnica pentru inventiile prezentate de INCDIE ICPE-CA la Salonul PRO INVENT 2017 (