In Vitro and In Silico Studies of Functionalized Polyurethane Surfaces toward Understanding Biologically Relevant Interactions

生物信息学 聚氨酯 体外 材料科学 纳米技术 化学 复合材料 生物化学 基因
作者
Paulina Chytrosz-Wróbel,Monika Gołda‐Cępa,Kamil Drożdż,Jakub Rysz,Piotr Kubisiak,Waldemar Kulig,Monika Brzychczy‐Włoch,Lukasz Cwiklik,Andrzej Kotarba
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (11): 6112-6122 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.3c01367
摘要

The solid-aqueous boundary formed upon biomaterial implantation provides a playground for most biochemical reactions and physiological processes involved in implant-host interactions. Therefore, for biomaterial development, optimization, and application, it is essential to understand the biomaterial-water interface in depth. In this study, oxygen plasma-functionalized polyurethane surfaces that can be successfully utilized in contact with the tissue of the respiratory system were prepared and investigated. Through experiments, the influence of plasma treatment on the physicochemical properties of polyurethane was investigated by atomic force microscopy, attenuated total reflection infrared spectroscopy, differential thermal analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, and contact angle measurements, supplemented with biological tests using the A549 cell line and two bacteria strains (Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa). The molecular interpretation of the experimental findings was achieved by molecular dynamics simulations employing newly developed, fully atomistic models of unmodified and plasma-functionalized polyurethane materials to characterize the polyurethane-water interfaces at the nanoscale in detail. The experimentally obtained polar and dispersive surface free energies were consistent with the calculated free energies, verifying the adequacy of the developed models. A 20% substitution of the polymeric chain termini by their oxidized variants was observed in the experimentally obtained plasma-modified polyurethane surface, indicating the surface saturation with oxygen-containing functional groups.
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