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This study investigates a group of titanium-based amorphous and nanocrystalline alloys, Ti40Zr25Cu20Pd5Ag10, Ti40Zr25Cu20Pd5Fe10 and Ti40Zr25Cu20Pd5Ag5Fe5, focusing on their production methods, detailed characterization, and biocidal properties. The aim of the work is the synthesis of a biomaterial which ideally would consist in a metallic glass with an amorphous structure, resistant to tension forces and bioinert. This research explores synthesis techniques consisting of rapid solidification by quenching the melt alloy into ribbons, trying to achieve an amorphous structure. Characterization involved examination of the microstructural features using techniques such as X-ray Diffraction (XRD), Differential Scanning Calorimeter (DSC) and Scanning Electron Microscopy (SEM-EDX). The response of the material to certain conditions was evaluated monitoring the behavior of the potential biomaterial under certain conditions such as mechanical stress, using a Dynamo-Mechanical Analysis (DMA) apparatus and a Tension Rheometer, and the ion release when submitted to physiological conditions using Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy (ICP-MS). In addition, the study assesses the biocompatibility of these alloys and their effectivity as a biomaterial by testing their impact on bacteria proliferation. The findings of this research on titanium-based alloys with different Ag and Fe compositions are expected to contribute to a better understanding of titanium-based amorphous/nanocrystalline alloys and their material properties, establishing differences between compositions. Although still preliminary, the results will be of high value to the materials and biomedicine industry, and it will also give insightful perspectives for future research., Aquest estudi investiga un grup d'aliatges amorfes i nanocristal·lins basades en titani, Ti40Zr25Cu20Pd5Ag10, Ti40Zr25Cu20Pd5Fe10 i Ti40Zr25Cu20Pd5Ag5Fe5, centrant-se en els seus mètodes de producció, caracterització detallada i propietats biocides. L'objectiu del treball és la síntesi d'un biomaterial que idealment consistiria en un vidre metàl·lic amb una estructura amorfa, resistent a les forces de tensió i bioinert. Aquest estudi explora tècniques de síntesi que consisteixen en la solidificació ràpida mitjançant l'escalfament ràpid de l'aliatge en fusió fins a obtenir cintes, amb l'objectiu d'aconseguir una estructura amorfa. La caracterització va implicar l'examen de les característiques microestructurals utilitzant tècniques com la Difracció de Raigs X (XRD), Calorimetria Diferencial (DSC) i la Microscòpia Electrònica (SEM-EDX). La resposta del material a certes condicions es va avaluar monitoritzant el comportament del possible biomaterial sota condicions específiques, com l'estrès mecànic, utilitzant un aparell d'Anàlisi Dinamo-Mecànic (DMA) i un Reòmetre de Tensió, i alliberament d'ions quan s'exposa a condicions fisiològiques utilitzant Espectroscòpia de Masses de Plasma Inductivament Acoblat (ICP-MS). A més, l'estudi avalua la biocompatibilitat d'aquests aliatges i la seva eficàcia com a biomaterial mitjançant proves de l'impacte en la proliferació de bacteris. Es preveu que els resultats d'aquesta recerca sobre aliatges basats en titani amb diferents composicions d'Ag i Fe contribueixin a una millor comprensió dels aliatges amorfes/nanocristal·lines basats en titani i les seves propietats materials, establint diferències entre les composicions. Tot i que encara són preliminars, els resultats tindran un alt valor per a la indústria de materials i biomedicina, i també proporcionaran perspectives interessants per a futures investigacions., Este estudio investiga un grupo de aleaciones con base de titanio y estructura amorfa y nanocristalina; Ti40Zr25Cu20Pd5Ag10, Ti40Zr25Cu20Pd5Fe10 y Ti40Zr25Cu20Pd5Ag5Fe5, centrándose en sus métodos de producción, caracterización detallada y propiedades biocidas. El objetivo del trabajo es la síntesis de un biomaterial que idealmente consistiría en un vidrio metálico con una estructura amorfa, resistente a las fuerzas de tensión y bioinerte. Este estudio explora técnicas de síntesis que consisten en la solidificación rápida mediante enfriamiento rápido de la aleación fundida, con el objetivo de lograr una estructura amorfa. La caracterización involucró la evaluación de características microestructurales utilizando técnicas como la Difracción de Rayos X (XRD), el Calorímetro de Barrido Diferencial (DSC) y la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM-EDX). La respuesta del material a ciertas condiciones se evaluó monitoreando el comportamiento del posible biomaterial bajo condiciones específicas, como el estrés mecánico, utilizando un aparato de Análisis Dinamo-Mecánico (DMA) y un Reómetro de Tensión, y la liberación de iones cuando se somete a condiciones fisiológicas utilizando Espectroscopía de Masas de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS). Además, el estudio evalúa la biocompatibilidad de estas aleaciones y su efectividad como biomaterial mediante pruebas de su impacto en la proliferación bacteriana. os hallazgos de esta investigación sobre aleaciones a base de titanio con diferentes composiciones de Ag y Fe se espera que contribuyan a una mejor comprensión de las aleaciones amorfas/nanocristalinas a base de titanio y sus propiedades materiales, estableciendo diferencias entre las composiciones. Aunque aún preliminares, los resultados serán de gran valor para la industria de materiales y biomedicina, y también proporcionarán perspectivas interesantes para futuras investigaciones., Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura, Objectius de Desenvolupament Sostenible::17 - Aliança per a Aconseguir els Objetius

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Ni-free Ti-based Shape Memory Alloys composed of non-toxic elements have been studied as promising candidates for biomedical applications. However, high tool wear makes them complex to manufacture with conventional techniques. In this way, Additive Manufacturing technologies allow to fabricate complex three-dimensional structures overcoming their poor workability. Control of composition, porosity, microstructure, texture and processing are the key challenges for developing Ni-free Ti-based Shape Memory Alloys. This article reviews various studies conducted on the Additive Manufacturing of Ni-free Ti-based shape memory alloys, including their processing, microstructures and properties., Peer Reviewed, Objectius de Desenvolupament Sostenible::3 - Salut i Benestar, Postprint (published version)

Endotracheal tubes are designed to ensure the patency of the ventilation on the patients, preserving and protecting the respiratory tract. Working as an instrument which facilitates respiratory exchange, they come into direct contact with the interior of the respiratory tract, making them susceptible to bacterial biofilm formation on the tube surface, leading to Ventilator-Associated Pneumonia (VAP) which is mostly caused by mechanical ventilation. In this thesis, two types of antibacterial coatings for endotracheal tubes are developed and characterized to prevent bacterial adhesion, which leads to VAP. To carry out this development, zinc and silver materials are synthesized and introduced into chitosan to create a coating. The two synthesized materials consist of chitosan with silver nanoparticles and chitosan with zinc oxide nano-crystals. Once the coating is obtained, to prove about the properties, characterization tests are conducted for the synthesized nanoparticles, film adhesion test to the endotracheal tube, and antibacterial effects against Escherichia coli (Gram-negative) and Staphylococcus aureus (Gram-positive) bacteria, analyzing their antibacterial effect. This tests with accordance in the characterization are carried out on terms of morphology by SEM, the size characteristics by Mastersizer 3000E, and spectrophotometry testing, an adhesion test to the tube surface calculated by the fracture stress, and its antibacterial effect was characterized by bacterial classification with microbiological assays consist of contact assay and immersion assay. The results obtained have indicated a successful coating development and antibacterial effect., Los tubos endotraqueales son dispositivos diseñados con el propósito de garantizar la permeabilidad de la vía aérea, conservando y resguardando las vías respiratorias. Al tratarse de instrumentos que facilitan el intercambio respiratorio, teniendo contacto directo con el interior de las vías respiratorias, lo que propensa la formación de un biofilm bacteriano en la superficie del tubo, provocando la neumonía asociada al ventilador (VAP) desarrollada por la ventilación mecánica. Por ello en este proyecto, se desarrollan y caracterizan dos tipos de recubrimientos antibacterianos para la superficie de tubos endotraqueales, con el fin de prevenir la adhesión bacteriana que provoca el VAP. Para llevar a cabo este desarrollo, se sintetizan los materiales de zinc y plata, los cuales se introducen en el quitosano, obteniendo un recubrimiento. Los dos tipos de materiales serán quitosano con nanopartículas de plata y quitosano con nanocristales de óxido de zinc. Una vez obtenido el recubrimiento se llevarán pruebas de caracterización de las nanopartículas sintetizadas, de adhesión de la película sobre el tubo endotraqueal y del efecto antibacteriano con baterías Escherichia coli (Gram -) y Staphylococcus aureus (Gram +), analizando su efecto antibacteriano. Estas pruebas con el cumplimiento de caracterización se llevan a cabo a partir de la morfología por SEM, la superficie Mastersizer 3000E y la prueba de espectrofotometría, un test de adhesión correcta a la superficie del tubo calculando el estrés de la rotura y efecto antibacteriano caracterizado por la clasificación de bacterias en ensayos microbiológicos consiste de un ensayo de halo de inhibición y uno por inmersión. Los resultados obtenidos indican un buen desarrollo de recubrimiento y efecto antibacteriano satisfactorio., Els tubs endotraqueals són dispositius dissenyats amb la finalitat de garantir la permeabilitat de la via respiratòria, conservant i protegint les vies. Amb la finalitat de facilitar l'intercanvi respiratori i tenint contacte directe amb l'interior de les vies respiratòries, es propicia la formació d'un biofilm bacterià a la superfície del tub, provocant la pneumònia associada al ventilador (VAP) desenvolupada per la ventilació mecànica. Per això, en aquest projecte, es desenvolupen i caracteritzen dos tipus de revestiments antibacterians per a la superfície dels tubs endotraqueals, amb l’objectiu de prevenir l'adhesió bacteriana que provoca el VAP. Per dur a terme aquest desenvolupament, es sintetitzen els materials de zinc i plata, els quals s'introdueixen al quitosà per obtenir un revestiment. Ambdós tipus de materials consisteixen en quitosà amb nanopartícules de plata i quitosà amb nanocristalls d'òxid de zinc. Un cop obtingut el revestiment, s’han realitzat proves de caracterització de les nanopartícules sintetitzades, d'adhesió de la pel·lícula sobre el tub endotraqueal i de l'efecte antibacterià amb les bactèries Escherichia coli (Gram –) i Staphylococcus aureus (Gram +), analitzant el seu efecte antibacterià. Aquestes proves pel compliment de la caracterització es fan a partir de la morfologia per SEM, la superfície Mastersizer 3000E i la prova d'espectrofotometria, un test d’adhesió mitjançant el càlcul de l’estrès a la superfície del tub i un efecte antibacterià caracteritzat per la classificació de les bactèries en assaigs de microbiologia que consisteixen en un assaig per contacte i un altre per immersió. Els resultats obtinguts indiquen un bon desenvolupament del revestiment i resultats satisfactoris d’efecte antibacterià., Objectius de Desenvolupament Sostenible::3 - Salut i Benestar, Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura

Portada V30, Peer Reviewed

Índice V30, Peer Reviewed

Titanium and its derivative alloys are attracting increasing interest in the medical field due to the many advantages it appears to possess. Indeed, titanium is widely used as a biomaterial for implants and prostheses in the fields of orthodontics and orthopaedics, thanks to its high biocompatibility regarding low ion release. Titanium also has outstanding corrosion resistance, great mechanical properties in terms of high hardness, low modulus of elasticity, low density, and high fatigue limit, which is a requirement for most implants. The above-mentioned remarkable biocompatibility of titanium is related to the development of a native oxide layer on its surface when exposed to air. In addition, this layer can develop in certain arranged patterns, that prove to be useful for the local administration of antibacterial agents, thus offering an alternative to aggressive surgical procedures against implant-related infections. Indeed, the main causes of implant failure are prosthesis-related infections. Thus, the aim of this project is to prevent infection of titanium implants when embedded in the body by loading the titanium oxide layer with an antibacterial agent and to develop coatings to reach release close to the zero kinetic order. For this purpose, a specific titanium dioxide structure, titanium nanotubes, was developed using an electrochemical oxidation reaction, and studied by looking at the different parameters affecting their geometry. The nanotubes were then loaded with an antibacterial agent and coated with two different coatings. These coatings are intended to degrade gradually to allow the antibacterial agent to be released with a steady flow without causing an overdose and thus prevent the growth of bacterial biofilms. Titanium nanotubes samples were characterized using a Scanning Electron Microscope (SEM) allowing to see the influence of the growing parameters. Coatings were characterized using Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Various bacte, El titanio y sus aleaciones derivadas suscitan un interés creciente en el ámbito médico debido a las numerosas ventajas que parece poseer. En efecto, el titanio se utiliza ampliamente como material para implante y prótesis en los campos de la ortodoncia y la ortopedia, gracias a su elevada biocompatibilidad en cuanto a su baja liberación de iones. El titanio también posee una extraordinaria resistencia a la corrosión, grandes propiedades mecánicas en términos de alta dureza, bajo módulo de elasticidad, baja densidad y alto límite de fatiga, lo cual es un requisito para la mayoría de los implantes. La notable biocompatibilidad del titanio antes mencionada está relacionada con el desarrollo de una capa de óxido nativo en su superficie cuando se expone al aire. Además, esta capa puede desarrollarse en determinados patrones dispuestos, que resultan útiles para la administración local de agentes antibacterianos, ofreciendo así una alternativa a los procedimientos quirúrgicos agresivos contra infecciones vinculadas al implante. De hecho, las principales causas de fracaso de los implantes son las infecciones relacionadas con las prótesis. Así pues, el objetivo de este proyecto es prevenir la infección de implante de titanio cuando está implantado en el paciente cargando la capa de óxido de titanio con un agente antibacteriano y desarrollar recubrimientos que alcancen una liberación próxima al orden cinético cero. Para ello, se desarrolló una estructura específica de dióxido de titanio, los nanotubos de titanio, mediante una reacción de oxidación electroquímica, y se estudiaron los distintos parámetros que afectan a su geometría. A continuación, los nanotubos se cargaron con un agente antibacteriano y se recubrieron con dos recubrimientos diferentes. Estos recubrimientos están destinados a degradarse gradualmente para permitir que el agente antibacteriano se libere con un flujo constante sin causar una sobredosis y evitar así el crecimiento de biopelículas bacterianas. Las, Le titane et ses alliages dérivés suscitent un intérêt croissant dans le domaine médical en raison des nombreux avantages qu'il semble posséder. En effet, le titane est largement utilisé comme matériaux pour implants et prothèses dans les domaines de l'orthodontie et de l'orthopédie, grâce à sa grande biocompatibilité liée à sa faible libération d'ions. Le titane présente également une résistance exceptionnelle à la corrosion ainsi que des propriétés mécaniques importantes, comme une dureté élevée, un faible module d'élasticité, une faible densité et une limite de fatigue élevée, ces conditions étant des prérequis pour la plupart des implants. La remarquable biocompatibilité du titane susmentionnée est liée au développement d'une couche d'oxyde natif à sa surface lorsqu'il est exposé à l'air. En outre, cette couche peut se développer selon certains schémas arrangés, qui s'avèrent utiles pour l'administration locale d'agents antibactériens, offrant ainsi une alternative aux procédures chirurgicales agressives. En effet, les principales causes d'échec des implants sont les infections liées aux prothèses. Ainsi, l'objectif de ce projet est de prévenir l'infection d’implants en titane lorsqu'ils sont intégrés dans le patient en chargeant la couche d'oxyde de titane d'un agent antibactérien et de développer des revêtements permettant d'atteindre une libération de celui-ci proche de l'ordre cinétique zéro. À cette fin, une structure spécifique de dioxyde de titane, les nanotubes de titane, a été développée à l'aide d'une réaction d'oxydation électrochimique, et étudiée en examinant les différents paramètres affectant leur géométrie. Les nanotubes ont ensuite été chargés d'un agent antibactérien et recouverts de deux revêtements différents. Ces revêtements sont destinés à se dégrader progressivement pour permettre à l'agent antibactérien d'être libéré avec un débit régulier sans provoquer de surdosage et ainsi empêcher la croissance de biofilms bactériens. Les échantillons, Incoming

En aquest estudi comparatiu, s'ha investigat i comparat les propietats físico-químiques i mecàniques de mostres generades mitjançant el mètode de Direct Ink Writing (DIW) i el mètode de fabricació per forn d'arc elèctric (EAF). S'han dut a terme diverses etapes metodològiques rellevants. En primer lloc, s'ha realitzat la fabricació de mostres utilitzant els dos mètodes esmentats, DIW i EAF. Amb DIW, s'ha utilitzat un procés de deposició de tinta líquida metàl·lica per crear estructures tridimensionals en forma de provetes, mentre que amb EAF s'ha emprat un forn d'arc elèctric per fondre el material i fabricar les mostres. A continuació, s'han preparat mostres per a l'anàlisi metal·logràfic, amb l'objectiu d'observar les característiques microestructurals i la presència de possibles defectes o anomalies en les mostres fabricades amb els dos mètodes. S'ha dut a terme un anàlisi de la composició química de les mostres per tal de determinar els elements i les seves concentracions. També s’ha estudiat la seva microestructura i porositat mitjançant les tècniques XRD (Difracció de Raigs X) i Micro CT. Per avaluar les propietats mecàniques, s'han realitzat assajos mecànics, com ara assajos de microduresa, assajos de compressió i de flexió a 3 punts. Finalment, s'ha dut a terme un estudi de degradació per investigar la resposta dels materials davant de condicions de deteriorament, com ara exposició a fluids o medi ambient corrosiu. També s'ha analitzat l'efecte antibacterià dels materials fabricats mitjançant proves específiques per determinar la seva capacitat per inhibir el creixement bacterià., En este estudio comparativo, se han investigado y comparado las propiedades físico-químicas y mecánicas de muestras generadas mediante el método de Direct Ink Writing (DIW) y el método de fabricación por horno de arco eléctrico (EAF). Se han realizado diversas etapas metodológicas relevantes. En primer lugar, se ha realizado la fabricación de muestras utilizando los dos métodos citados, DIW y EAF. Con DIW, se ha utilizado un proceso de deposición de tinta líquida metálica para crear estructuras tridimensionales en forma de probetas, mientras que con EAF se ha empleado un horno de arco eléctrico para fundir el material y fabricar las muestras. A continuación, se han preparado muestras para el análisis metalográfico, con el objetivo de observar las características microestructurales y la presencia de posibles defectos o anomalías en las muestras fabricadas con ambos métodos. Se ha realizado un análisis de la composición química de las muestras para determinar los elementos y sus concentraciones. También se ha estudiado su microestructura y porosidad mediante las técnicas XRD (Difracción de Rayos X) y Micro CT. Para evaluar las propiedades mecánicas, se han realizado ensayos mecánicos, como ensayos de microdureza, ensayos de compresión y flexión a 3 puntos. Por último, se ha llevado a cabo un estudio de degradación para investigar la respuesta de los materiales frente a condiciones de deterioro, como exposición a fluidos o medio ambiente corrosivo. También se ha analizado el efecto antibacteriano de los materiales fabricados mediante pruebas específicas para determinar su capacidad para inhibir el crecimiento bacteriano., In this comparative study, the physical-chemical and mechanical properties of samples generated using the Direct Ink Writing (DIW) method and the Electric Arc Furnace (EAF) manufacturing method have been investigated and compared. Several relevant methodological stages have been conducted. Firstly, samples were fabricated using the mentioned DIW and EAF methods. DIW involved a deposition process of liquid metal ink to create three-dimensional structures in the form of specimens, while EAF utilized an electric arc furnace to melt the material and manufacture the samples. Subsequently, samples were prepared for metallographic analysis, aiming to observe the microstructural characteristics and identify potential defects or anomalies in the samples fabricated using both methods. Chemical composition analysis was conducted to determine the elements and their concentrations in the samples. Microstructure and porosity were also studied using X-ray Diffraction (XRD) and Micro CT techniques. To assess the mechanical properties, mechanical tests such as microhardness tests, compression tests, and three-point bending tests were performed. Lastly, a degradation study was conducted to investigate the materials' response to deterioration conditions, such as exposure to fluids or a corrosive environment. The antibacterial effect of the manufactured materials was also analyzed through specific tests to determine their ability to inhibit bacterial growth.

Congreso 2024, Peer Reviewed

Datos de la revista, Consejo de Redacción y Normas editoriales, Peer Reviewed

Titanium implantation success may be compromised by Staphylococcus aureus surface colonization and posterior infection. To avoid this issue, different strategies have been investigated to promote an antibacterial character to titanium. In this work, two antibacterial agents (silver nanoparticles and a multifunctional antimicrobial peptide) were used to coat titanium surfaces. The modulation of the nanoparticle (˜32.1 ± 9.4 nm) density on titanium could be optimized, and a sequential functionalization with both agents was achieved through a two-step functionalization method by means of surface silanization. The antibacterial character of the coating agents was assessed individually as well as combined. The results have shown that a reduction in bacteria after 4 h of incubation can be achieved on all the coated surfaces. After 24 h of incubation, however, the individual antimicrobial peptide coating was more effective than the silver nanoparticles or their combination against Staphylococcus aureus. All tested coatings were non-cytotoxic for eukaryotic cells., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Les infeccions nosocomials ocasionen una elevada mortalitat, prolonguen l’estància hospitalària i augmenten els costos assistencials. Una de les patologies nosocomials respiratòries més severes és la Pneumònia Associada al Ventilador (VAP), la qual és causada principalment per la formació de biofilm bacterià sobre la superfície del dispositiu mèdic associat, el tub endotraqueal. Per aquest motiu i la necessitat d’aplicar mesures preventives, en el present projecte s’han desenvolupat i caracteritzat tres recobriments antibacterians de la superfície de tubs endotraqueals, el quals pretenen inhibir l’adhesió dels microorganismes i la formació del biofilm. En primer lloc s’han sintetitzat pel·lícules dels 3 biomaterials escollits: quitosà amb nanopartícules de plata incorporades, poliacrilamida carregada del mateix tipus de nanopartícules metàl·liques i finalment, poliacrilamida amb nanopartícules d’òxid de zinc integrades. Posteriorment, s’ha assolit un recobriment estable dels biomaterials sobre la superfície del tub endotraqueal i s’han caracteritzat les dimensions de les nanopartícules sintetitzades incorporades en els recobriments, les quals han presentat unes mides òptimes, sense implicar toxicitat i aportant efecte antibacterià. Finalment, ha estat demostrat el comportament bactericida dels 3 biomaterials sintetitzats tant en forma de pel·lícules com a recobriments del dispositiu mèdic. L’activitat antibacteriana ha quedat comprovada respecte els mateixos polímers sense les nanopartícules i respecte el tub endotraqueal sense cap recobriment., Las infecciones nosocomiales ocasionan una elevada mortalidad, prolongan la estancia hospitalaria e incrementan los costes asistenciales. Una de las patologías nosocomiales respiratorias más severas es la Neumonía Asociada al Ventilador (VAP), la cual es causada principalmente por la formación de biofilm bacteriano sobre la superficie del dispositivo médico asociado, el tubo endotraqueal. Por este motivo y con la necesidad de aplicar medidas preventivas, en este proyecto se han desarrollado y caracterizado tres recubrimientos antibacterianos de la superficie de tubos endotraqueales, los cuales pretenden inhibir la adhesión de los microorganismos y la formación del biofilm. En primer lugar, se han sintetizado las películas de los 3 biomateriales escogidos: quitosano con nanopartículas de plata incorporadas, poliacrilamida con el mismo tipo de nanopartículas metálicas y finalmente, poliacrilamida con nanopartículas de óxido de zinc integradas. Posteriormente, se ha logrado un recubrimiento estable de los biomateriales sobre la superficie del tubo endotraqueal y se ha caracterizado el tamaño de las nanopartículas sintetizadas incorporadas en los recubrimientos, las cuales han presentado unas dimensiones óptimas, sin implicar toxicidad y aportando efecto antibacteriano. Finalmente, se ha demostrado el comportamiento bactericida de los 3 biomateriales sintetizados tanto en forma de películas como recubrimientos del dispositivo médico. La actividad antibacteriana ha sido comprobada respecto los mismos polímeros sin las nanopartículas y respecto el tubo endotraqueal sin recubrimiento., Nosocomial infections cause high mortality, prolong hospital stay and increase healthcare costs. One of the most severe respiratory nosocomial pathologies is Ventilator-Associated Pneumonia (VAP), which is mainly caused by the formation of bacterial biofilm on the surface of the associated medical device, the endotracheal tube. For this reason and with the need to apply preventive measures, in this project three antibacterial coatings for the surface of endotracheal tubes were prepared and characterized, which goal is to inhibit the adhesion of microorganisms and the formation of biofilm. First of all, films of the 3 chosen biomaterials were synthesized. These were: chitosan with incorporated silver nanoparticles, polyacrylamide with the same type of metallic nanoparticles, and finally, polyacrylamide with integrated zinc oxide nanoparticles. Subsequently, a stable coating of the biomaterials on the surface of the endotracheal tube was achieved and the dimensions of the synthesized nanoparticles incorporated in the coatings were characterized, which they have presented optimal dimensions, without implying toxicity and providing an antibacterial effect. Finally, the bactericidal behavior of the 3 biomaterials synthesized both in the form of films and coatings of the medical device has been proved. The antibacterial activity has been verified with respect to the same polymers without the nanoparticles and with respect to the endotracheal tube without coating.

Antibiotic resistance is a leading cause of death worldwide. In this paper, we explore new alternatives in the treatment of infections. Noble metal nanoparticles could help to mitigate this problem. In this work, palladium nanoparticles were synthesized by laser ablation in order to explore their antimicrobial capacity. To obtain palladium nanoparticles, a palladium plate immersed in water, or methanol, was ablated, using two pulsed lasers that emit radiation with wavelengths of 532 nm and 1064 nm, respectively. Pure Pd-NPs with crystalline microstructure and rounded shape were obtained. The nanoparticles’ size is more homogeneous if the laser wavelength is 532 nm, and it decreases when methanol is used as solvent, reaching mean diameters smaller than 6 nm. With the objective of studying antimicrobial activity against Staphylococcus aureus, the Pd-NPs were immobilized on the surface of titanium discs. The release of palladium ions was recorded during the first seven days, and the cytotoxicity of the immobilized NPs was also tested with L929 mouse fibroblast cell line. Palladium nanoparticles synthesized by means of the infrared laser in methanol showed a strong inhibitory effect on S. aureus and good cytocompatibility, with no toxic effect on fibroblast cells., Peer Reviewed, Postprint (published version)

One of humanity’s greatest challenges is space exploration, which requires an in-depth analysis of the data continuously collected as a necessary input to fill technological gaps and move forward in several research sectors. Focusing on space crew healthcare, a critical issue to be addressed is tissue regeneration in extreme conditions. In general, it represents one of the hottest and most compelling goals of the scientific community and the development of suitable therapeutic strategies for the space environment is an urgent need for the safe planning of future long-term manned space missions. Osteopenia is a commonly diagnosed disease in astronauts due to the physiological adaptation to altered gravity conditions. In order to find specific solutions to bone damage in a reduced gravity environment, bone tissue engineering is gaining a growing interest. With the aim to critically investigate this topic, the here presented review reports and discusses bone tissue engineering scenarios in microgravity, from scaffolding to bioreactors. The literature analysis allowed to underline several key points, such as the need for (i) biomimetic composite scaffolds to better mimic the natural microarchitecture of bone tissue, (ii) uniform simulated microgravity levels for standardized experimental protocols to expose biological materials to the same testing conditions, and (iii) improved access to real microgravity for scientific research projects, supported by the so-called democratization of space., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Tesi per compendi de publicacions, El titani (Ti) i els seus aliatges s'han emprat durant dècades per a implants i pròtesis òssies a causa de la seva fiabilitat mecànica i bona biocompatibilítat. Tanmateix, les infeccions relacionades amb els implants, la manca d'osteointegració amb l'os circumdant i el desajust de les propietats mecàniques entre l'implant i l'os, continuen sent els principals motius de fallida de l'implant En la present tesi doctoral, s'han estudiat dues estratègies per augmentar la viabilitat de l'implant fabricació d'estructures poroses de Ti i funcionalització superficial. El desajust de la rigidesa entre l'implant de titani i l'os pot causar una reabsorció òssia important, que pot provocar complicacions greus com la fractura periprotètica durant o després de la cirurgia de revisió . La superfície del titani té un paper important en les interaccions os-pròtesi, no només per promoure l'adhesió inicial de les cèl·lules, sinó també per evitar l'adhesió bacteriana. Una estratègia estudiada a la tesi ha estat el desenvolupament i fabricació d'estructures poroses de Ti. S'ha preparat un andamiatge amb una porositat del 75% mitjançant Direct lnk Writing, amb l'objectiu de reduir l'elasticitat del mòdul aparent de les pròtesis de Ti. En aquest treball, s'han fabricat estructures poroses de Ti amb una rigidesa i resistència a la compressió de 2,6 GPa i 64,5 MPa respectivament. Per això, es va dissenyar una nova formulació de tinta basada en la barreja d'un hidrogel termosensible amb partícules de pols irregulars de Ti amb una mida mitjana de partícula de 22,45 µm. Es va optimitzar un tractament tèrmic per assegurar l’eliminació completa de l'aglutinant abans del procés de sinterització, per evitar la contaminació de les estructures de titani. La lluita contra les infeccions està estretament lligada al concepte de "carrera per la superfície". El guanyador d'aquesta carrera (cèl·lula contra bacteris) decideix si s'aconseguirà un ancoratge sòlid entre l'implant i l'os o si el creixement bact, Postprint (published version)

En aquest treball, es van desenvolupar i van assajar diferents geometries d'estructures poroses de titani impreses en 3D per tal de determinar si són adients per a implants ossis en humans. Es va utilitzar una mescla de titani comercialment pur (99,5%) i un hidrogel per tal d'obtenir una tinta per imprimir mitjançant la tècnica d'impressió 3D Direct Ink Writing. Després del procés d'impressió, les mostres van ser sotmeses a tractaments tèrmics per tal d'eliminar el hidrogel i sinteritzar, obtenint peces amb un comportament mecànic adequat per al seu ús en teixit dur. A les mostres se'ls van realitzar una sèrie d'assajos per tal d'obtenir les seves característiques fisicoquímiques i mecàniques. Es van prendre imatges SEM per tal d'observar la microestructura general de les mostres, microporositat i macroporositat. Es va utilitzar la tècnica de Micro-CT per a mesurar la porositat i la densitat. Es van realitzar assaigs de Mercury Intrusion Porosimetry i juntament amb els resultats de Micro-CT obtinguts, van permetre caracteritzar els microporus de les mostres. Les característiques topogràfiques de la superfície (rugositat) es van mesurar mitjançant un equip de Microscopia Cromàtica Confocal. El mòdul de Young es va obtenir utilitzant assaigs de resistència a la compressió per compararlos amb el del os humà. Els resultats de duresa Vickers van permetre determinar la duresa de les mostres impreses, és a dir, la resistència d'un material a ser deformat plàsticament. Els resultats obtinguts en els diferents assajos realitzats, van demostrar que totes les mostren tenen propietats fisicoquímiques i mecàniques apropiades per permetre el transport de fluids en elles i la proliferació cel·lular, si són usades com a material per a implant en os humà., En este trabajo, se desarrollaron y ensayaron diferentes geometrías de estructuras porosas de titanio impresas en 3D con el fin de determinar si son adecuadas para implantes óseos en humanos. Se utilizó una mezcla de titanio comercialmente puro (99,5%) y un hidrogel con el fin de obtener la tinta para imprimir mediante la técnica de impresión 3D Direct Ink Writing. Después del proceso de impresión, las muestras fueron sometidas a tratamientos térmicos con el fin de eliminar el hidrogel y obtener piezas con un comportamiento mecánico adecuado para su uso en hueso humano. A las muestras se les realizaron una serie de ensayos con el fin de obtener sus características fisicoquímica y mecánica. Se tomaron imágenes SEM con el fin de observar la microestructura general de las muestras, microporos y macroporos. Se utilizó la técnica de Micro-CT para obtener la porosidad y densidad de las estructuras impresas. Se realizó el ensayo de Mercury Intrusion Porosimetry y junto con los resultados de Micro-CT obtenidos, nos permitieron caracterizar los microporos. Las características topográficas de la superficie (rugosidad) fueron estudiadas mediante un equipo de Microscopía Cromática Confocal. El módulo de Young se obtuvo utilizando los resultados de la resistencia a la compresión para compararlos con el del hueso humano. Los resultados de dureza Vickers nos permitieron determinar la dureza de las muestras impresas, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. Los resultados obtenidos en los distintos ensayos realizados, demostraron que todas las muestran tienen propiedades fisicoquímicas y mecánicas apropiadas para permitir el transporte de fluidos en ellas y la proliferación celular, si son usadas como material para implante en hueso humano., In this work, different geometries of 3D printed porous titanium structures were developed and tested in order to determine if they are suitable for bone implants in humans. Commercial pure Titanium (99.5%) and an hydrogel were mixed in order to obtain the ink to print through 3D printing technique direct ink writing. After the printing process, samples were subjected to thermal treatments in order to remove the hydrogel and obtain pieces with a mechanical behavior suitable for use on human bone. Physicochemical and mechanical characterization was performed to the samples to characterize them. SEM images were taken in order to observe the general microstructure of the samples, micropores and macropores. Micro-CT technique was used to obtain porosity and density. Mercury Intrusion Porosimetry was performed and along with Micro-CT results obtained, allowing us to characterized micropores. Surface topographic characteristics (roughness) were studied through Chromatic Confocal Microscopy equipment. Young modulus was obtained using compressive strength results in order to compare them with human bone. Vickers hardness results allowed us to determine hardness of the samples printed, that is, the resistance of a material to being penetrated. Results obtained on assays performed, demonstrated that all samples have physicochemical and mechanical properties suitable for fluid transport and cellular proliferation if used as bone scaffolds

Titanium, thanks to its good mechanical properties and an excellent biocompatibility and osseointegration, is used in the manufacture of dental implants. Nevertheless, after insertion into the human body, these implants can cause some issues such as periimplantitis, an inflammatory reaction caused by a microbial biofilm, which leads to the progressive loss of the implant. Thus, the objective of this project is to carry out different surface treatments of titanium used in biomedical applications in order to study the influence of surface properties, especially roughness, on bacterial adhesion. First of all, the main surface treatments with their advantages, limitations and parameters to be controlled were discussed. In this project, three were carried out, namely 'Sandblasting', 'SLA (Sandblasting, Large-grit, Acid Etching)’ and 'Alkali treatment'. Before these treatments, the titanium discs were polished. At the end, nine different surfaces were produced. The samples were observed with a Scanning Electron Microscope (SEM) and characterised in terms of roughness and surface energy. The topography and surface roughness were studied with equipment using the Chromatic Confocal principle. In addition, the surface tension was calculated using the Fowkes' theory on a contact angle database, obtained thanks to three different probe liquids (water, diiodomethane and formamide). The bacterial adhesion on these surfaces was then studied. Furthermore, the bacteria were fixed and observed at the SEM. After analysing the results, a correlation between surface roughness and bacterial adhesion was noticed: the rougher the surface increases, the more bacteria adhere to it. Moreover, bacteria adhere mainly in grooves and holes in the case of rough surfaces. High roughness provides a larger surface for bacteria adhesion. Thereby, smooth surfaces are more difficult to colonize than rough surfaces. On the other hand, it has been shown that surfaces that have undergone an Alkali treatmen, El titanio, gracias a sus buenas propiedades mecánicas y a su excelente biocompatibilidad y osteointegración, se utiliza en la fabricación de implantes, principalmente dentales. No obstante, tras su inserción en el cuerpo humano, estos implantes pueden causar problemas como la peri-implantitis, una reacción inflamatoria causada por un biofilm microbiano que lleva a la pérdida progresiva del implante. Así, el objetivo de este proyecto es llevar a cabo diferentes tratamientos superficiales del titanio utilizados en aplicaciones biomédicas para estudiar la influencia de las propiedades superficiales, especialmente la rugosidad, en la adhesión bacteriana. En primer lugar, se discutieron los principales tratamientos de superficie con sus ventajas, desventajas y parámetros a controlar. En este proyecto, se llevaron a cabo tres tratamientos, a saber, ‘Sandblasting’, ‘SLA (Sandblasting, Large-grit, Acid Etching)’ y ‘Alkali treatment’. Antes de estos tratamientos, los discos de titanio han sido pulidos. Finalmente, se produjeron nueve superficies diferentes. Las muestras se observaron con un microscopio electrónico de barrido (MEB) y se caracterizaron en términos de rugosidad y energía superficial. La topografía y la rugosidad superficial se estudiaron con un equipo que utiliza la microscopía confocal cromática. Además, la tensión superficial se calculó utilizando la teoría de Fowkes sobre una base de datos de ángulos de contacto obtenida con tres líquidos diferentes (agua, diiodometano y formamida). Se estudió entonces la adhesión bacteriana en estas superficies. Asimismo, las bacterias fueron fijadas y observadas en el MEB. Tras el análisis de los resultados, se observó una correlación entre la rugosidad de la superficie y la adhesión de las bacterias: en efecto, cuanto más rugosa sea la superficie, más se adhieren las bacterias a ella. Adicionalmente, las bacterias se adhieren principalmente en las ranuras y agujeros en el caso de superficies rugosas. Una alta rugosidad p, Incoming

Aquest projecte Final de Grau s’ha realitzat en les instal·lacions del Campus Universitat UPC de l’Escola d’Enginyeria de Barcelona de l’Est (EEBE). Concretament amb el grup de recerca de Biomaterials, Biomecànica i Enginyeria de Teixits (BBT). S’ha desenvolupat un recobriment antifouling sobre la superfície de titani carregat amb una concentració d’antibiòtic. El recobriment emprat es tracta d’un recobriment per polímer PEG polimeritzat per Dyglyme a diferents condicions. S’ha analitzat S’analitzarà la superfície de Titani en les diferents mostres realitzades i el comportament de l’antibiòtic sobre la superfície. Els anàlisis establerts s’han dut a terme a diferents nivells de caracterització: químic, superficial i biològic. En primer lloc, a nivell químic mitjançant els espectres per FTIR i la tècnica XPS s’ha analitzat els components químics que composen la superfície per confirmar si es tracta d’un recobriment de PEG. En segon lloc, a nivell superficial s’ha estudiat estudia l’Energia Lliure Superficial que adquireix cada mostra segons el tractament i el seu grau de comportament hidrofòbic. En tercer lloc, a nivell biològic s’ha demostrat que es tracta d’un recobriment de PEG antifouling, ja que redueix l’adhesió antibacteriana a la superfície de titani i mitjançant el Double-Well test s’ha l’efecte que té el tractament d’antibiòtic en la proliferació bacteriana. Finalment, s’afirma que s’ha desenvolupat un recobriment de PEG antifouling per polimerització de Dyglyme sobre la superfície de titani. El tractament d’antibiòtic en el recobriment de PEG antifouling es confirma que redueix l’adhesió bacteriana més significativament però el seu efecte en la proliferació bacteriana no ha estat l’esperat., Este proyecto Final de Grado se ha realizado en las instalaciones del Campus Diagonal Besós de la Universidad Politécnica de Catalunya(UPC), en la Escuela de Ingeniería de Barcelona del Este(EEBE). Concretamente con el grupo de recerca de Biomateriales, Biomecánica e Ingeniería de Tejidos(BBT). Se ha desarrollado un recubrimiento de PEG antifouling sobre la superficie de titanio cargado con una concentración de antibiótico. Se ha analizado la superficie de titanio de las diferentes muestras tratadas i el comportamiento que adopta el antibiótico sobre la superficie. Los diferentes análisis realizados se han hecho a tres niveles de caracterización: superficial, química i biológica. La caracterización química se ha realizado mediante diferentes espectros FTIR i la técnica XPS. Se ha determinado los diferentes componentes químicos que constituyen la superficie de las muestras . Se ha comparado con la estructura química de un polímero PEG para confirmar si el recubrimiento se trata de un recubrimiento de PEG. A nivel superficial, se ha estudiado la Energía Libre Superficial que presentan las diferentes muestras tratadas según su tratamiento i su comportamiento hidrófobo. A partir de la caracterización biológica mediante adhesión bacteriana, se ha demostrado que el recubrimiento formado de PEG se trata de un recubrimiento de PEG antifouling debido a su reducción de adhesión bacteriana en su superficie. Mediante el Double-Well Test se ha estudiado el efecto del tratamiento de antibiótico en la proliferación bacteriana. Finalmente, se afirma el desarrollo de un recubrimiento de PEG antifouling por polimerización de Dyglyme sobre la superficie de Titanio. El tratamiento de antibiótico en la superficie de titanio con recubrimiento de PEG, confirma que reduce la adhesión bacteriana más significativa pero su efecto en la proliferación bacteriana no es el esperado., This Final Degree Project of Biomedical Engineering was done in the Universitat Politècnica of Catalunya, in the Engineering School of Barcelona East (EEBE). To be specific, was done inside the researching group of Biomaterials, Biomechanic and Engineering Tissue. An antifouling polymeric coating has been developed in the titanium surface with a concentration of antibiotic. The titanium surface of treated samples by polymerization and the behaviour adopted by the antibiotic surface has been analysed. The different analyses carried out have been made at three levels of characterization: superficial, chemical and biological. The chemical characterization has been carried out using different FTIR spectra and the XPS technique. The different chemical components of the surface have been found out. A comparation between the know chemical structure of the polymer PEG and the chemical components found out order to determine if it’s a PEG coating. At a superficial level, the Surface Free Energy presented by the different samples treated according to their conditions and their hydrophobic behaviour has been studied. The biological characterizations has been analysed by bacterial adhesion. It has been shown that PEG coating is an antifouling PEG counting due to its reduction of bacterial adhesion on its surface. Using the Double-Well test, the effect of the antibiotic on bacterial proliferation has been studies. To conclude, the development of an antifouling PEG coating by Dyglyme polymerization on the titanium surface has been confirmed. Antibiotic treatment on the PEG coating confirms that it reduces much better the bacterial adhesion, but its effect on bacterial proliferation is not as expected.

Dental implants can fail due to various factors, in which bad tissue integration is believed to have a significant role. Specific properties of the implant surface, such as its chemistry and roughness, are of paramount importance to address specific cell responses, such as the adsorption of proteins, as well as the adhesion and differentiation of cells, which are suitable for biomaterial and tissue engineering. In this study, an acrylate-containing coating was produced on titanium surfaces through the atmospheric pressure plasma treatment of a liquid precursor, 2-hydroxyethyl methacrylate. A hydrophilic coating was obtained, showing retention of the monomer chemistry as assessed by FTIR analysis and XPS. Enhanced fibroblast adhesion and decreased Staphylococcus aureus and Escherichia coli adhesion were recorded, showing that this is a suitable method to produce biocompatible coatings with a reduced bacterial adhesion., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Implants for orthopedic applications need to be biocompatible and bioactive, with mechanical properties similar to those of surrounding natural bone. Given this scenario titanium (Ti) scaffolds obtained by Direct Ink Writing technique offer the opportunity to manufacture customized structures with controlled porosity and mechanical properties. Considering that 3D Ti scaffolds have a significant surface area, it is necessary to develop strategies against the initial bacterial adhesion in order to prevent infection in the early stages of the implantation, while promoting cell adhesion to the scaffold. The challenge is not only achieving a balance between antibacterial activity and osseointegration, it is also to develop a homogeneous coating on the inner and outer surface of the scaffold. The purpose of this work was the development of a single-step electrodeposition process in order to uniformly cover Ti scaffolds with a layer of calcium phosphate (CaP) loaded with chlorhexidine digluconate (CHX). Scaffold characterization was assessed by scanning electron microscopy, Energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, micro-Raman microscopy and compressive strength tests. Results determined that the surface of scaffolds was covered by plate-like and whisker-like calcium phosphate crystals, which main phases were octacalcium phosphate and brushite. Biological tests showed that the as-coated scaffolds reduced bacteria adhesion (73 ± 3% for Staphylococcus aureus and 70 ± 2% for Escherichia coli). In vitro cell studies and confocal analysis revealed the adhesion and spreading of osteoblast-like SaOS-2 on coated surfaces. Therefore, the proposed strategy can be a potential candidate in bone replacing surgeries., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Tot i que cada cop s’aconsegueixen reduir més i més els riscs associats als agents bacterians dins d’un quiròfan, la infecció de l’instrumental i/o dels equips que intervenen en aquest podria ser crítica per la persona que està sent intervinguda. En aquest treball s’estudia com a possible solució el recobriment de nanotubs d’òxid de titani sobre una superfície de titani mitjançant l’anodització. L’objectiu del treball era estudiar la seva resposta fotocatalítica i la resposta antibacteriana que produïa la mateixa. Es van estudiar mostres a diferents temps d’anodització per contemplar el seu efecte en la producció dels nanotubs que s’originaven a la superfície i l’efecte que es provocava sobre les mateixes en aplicar un tractament de decapat. Per altra banda, també es va estudiar l’efecte que produïa el dopatge de nitrogen mitjançant un recuit en la resposta fotocatalítica i, finalment, quina resposta donaven a nivell bacterià. El dopatge de nitrogen va reduir el band gap de les mostres, fent que incrementés la seva resposta fotocatalítica sota l’efecte de llum dins del rang visible. La millor resposta es va obtenir amb les mostres anoditzades durant un temps de 4 h. També es va observar que durant la primera hora d’assaig s’originava la major part de la degradació causada per les mostres, sent el període de temps més efectiu. En addició, el tractament de decapat va resultar beneficiós degut a l’eliminació de contaminants que originava a nivell superficial, alhora que també feia més uniforme la hidrofilicitat de la mostra. A nivell bacterià les mostres dopades també van mostrar un millor rendiment en comparació amb les que no ho estaven, però sí que havien estat anoditzades i decapades. En conclusió, el tractament superficial antibacterià d’aquest treball serveix per obtenir una millor resposta fotocatalítica i bacteriana d’una superfície de nanotubs d’òxid de titani en instrumental i equips de quiròfan, permetent el seu ús sota llum visible., Pese a que cada vez son menos los riesgos asociados a los agentes bacterianos dentro de quirófano, la infección del instrumental y/o del equipo que intervienen en este podría ser crítica para la persona que está siendo intervenida. En este trabajo se plantea como posible solución el recubrimiento de nanotubos de óxido de titanio sobre una superficie de titanio mediante anodizado. El objetivo del trabajo era estudiar su respuesta fotocatalítica y la respuesta antibacteriana que producía la misma. Se estudiaron muestras a distintos tiempos de anodizado para observar su efecto en la producción de los nanotubos que se generaban en la superficie y el efecto que se provocaba sobre los mismos en aplicar un tratamiento de decapado. Por otro lado, también se estudió el efecto que originaba el dopaje de nitrógeno mediante un templado en la respuesta fotocatalítica y, para acabar, qué respuesta daban a nivel bacteriano. El dopaje de nitrógeno redujo el band gap de las muestras, haciendo que mejorase su respuesta fotocatalítica bajo el efecto de luz visible. La mayor respuesta se obtuvo con las muestras anodizadas durante 4 h. También se observó que durante la primera hora de ensayo se originaba la gran parte de la degradación provocada por las muestras, siendo el periodo de tiempo más efectivo. Además, el tratamiento de decapado resultó ser beneficioso debido a la eliminación de contaminantes que realizaba a nivel superficial, a la vez que también hacía más uniforme la hidrofilicidad sobre la superficie de las muestras. A nivel bacteriano las muestras dopadas también mostraron un mejor rendimiento, en comparación con las que no lo estaban, pero sí que habían sido anodizadas y decapadas. En conclusión, el tratamiento superficial antibacteriano de este trabajo sirve para obtener una mejor respuesta fotocatalítica y bacteriana de una superficie de nanotubos de óxido de titanio en instrumental y equipos de quirófano, con un band gap reducido que permite su uso bajo luz visible., Though the risks associated with bacterial agents inside the operating room are decreasing, if any instrument or equipment get infected it could be critical to the patient. In this thesis, a titanium dioxide nanotubes’ coating has been proposed as a possible solution, manufactured by anodization on titanium. The aim of the project was to study the photocatalytic activity and to correlate the antibacterial activity to the treatment conditions. On the one hand, samples with different anodization’s time were prepared to observe the effect on the titanium dioxide nanotubes’ production and the effect produced by the etching treatment on them. On the other hand, the effect due to the nitrogen doping by tempering on the photocatalytic activity was analysed too, as well as the antibacterial activity. The nitrogen doping reduced samples’ band gap improving the photocatalytic activity using visible light. The greatest photocatalytic activity was found on the samples which were anodized 4 h. A bigger degradation was also observed during the experiment’s first hour, resulting to be the most efficient period on the photocatalytic study. Moreover, the etching treatment showed good results as a significant surface contaminants’ cleaner and generated a more uniform response to the hydrophilicity’s tests over the samples’ surface. On the antibacterial activity’s tests a greater activity on the doped samples was found, in comparison to the no doped ones which were only anodized and etched. In conclusion, the antibacterial surface treatment in which this project is based serves to improve the photocatalytic and antibacterial activity on titanium dioxide nanotubes’ surface by reducing the material band gap down to visible light photon energies.

Titanium (Ti) and Ti alloys have been used for decades for bone prostheses due to its mechanical reliability and good biocompatibility. However, the high stiffness of Ti implants and the lack of bioactivity are pending issues that should be improved to minimize implant failure. The stress shielding e ect, a result of the stiffness mismatch between titanium and bone, can be reduced by introducing a tailored structural porosity in the implant. In this work, porous titanium structures were produced by direct ink writing (DIW), using a new Ti ink formulation containing a thermosensitive hydrogel. A thermal treatment was optimized to ensure the complete elimination of the binder before the sintering process, in order to avoid contamination of the titanium structures. The samples were sintered in argon atmosphere at 1200 ºC, 1300 ºC or 1400 ºC, resulting in total porosities ranging between 72.3% and 77.7%. A correlation was found between the total porosity and the elastic modulus of the sca olds. The stiffness and yield strength were similar to those of cancellous bone. The functionalization of the sca old surface with a cell adhesion fibronectin recombinant fragment resulted in enhanced adhesion and spreading of osteoblastic-like cells, together with increased alkaline phosphatase expression and mineralization., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Titanium dental implants are widely used for the replacement of damaged teeth. However, bacterial infections at the interface between soft tissues and the implant can impair the functionality of the device and lead to failure. In this work, the preparation of an antifouling coating of polyethylene glycol (PEG) on titanium by pulsed electrodeposition was investigated in order to reduce Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli (E. coli) adhesion while maintaining human fibroblast adhesion. Different pulsed conditions were prepared and characterized by contact angle, Focused Ion Beam (FIB), Fourier Transformed Infrared Spectroscopy in the Attenuated Total Reflectance mode (ATR-FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XPS tested fibronectin adsorption. S. aureus, E. coli and human fibroblast adhesion was tested in vitro in both mono and co-culture settings. Physicochemical characterization proved useful for confirming the presence of PEG and evaluating the efficiency of the coating methods. Fibronectin adsorption decreased for all of the conditions, but an adsorption of 20% when compared to titanium was maintained, which supported fibroblast adhesion on the surfaces. In contrast, S. aureus and E. coli attachment on coated surfaces decreased up to 90% vs. control titanium. Co-culture studies with the two bacterial strains and human fibroblasts showed the efficacy of the coatings to allow for eukaryotic cell adhesion, even in the presence of pre-adhered bacteria., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Through the years, the medicine has been modernized to reach today a complex science complying diagnosis, treatments and prevention of illness. This project is focused on the orthopedic surgery and more particularly on medical implants. Medical implants are medical devices which are incorporated in the human body in order to support or replace a missing biological structure. The human body is fragile, and it is necessary to pay attention to the biocompatibility of the medical implants in order to avoid contamination or poisoning. This is why medical implants are mostly made, nowadays, in biocompatible materials such as ceramics, polymers or specific metal alloys as titanium alloys or Nickel alloys. These materials present good corrosion resistance or even are completely inert towards the human body. This project will be focused on titanium orthopedic implants. Titanium and its alloys present interesting properties as a high strength to density ratio, a good corrosion resistance due to the combination of the different surface-formed oxide layers and offer an excellent biocompatibility. This unique combination of properties makes them ideal materials for medical implants. However, titanium implants present issues regarding long-term performances due to a mismatch in mechanical properties between the implant and natural bone. These differences can enhance stress shielding effect. To avoid this mismatch, the solution is to adjust the mechanical properties of titanium so that they are as similar as possible to those of bone. This is achieved by the introduction of a sufficient amount of porosity. Indeed, by controlling the porosity, it is possible to tailor the mechanical properties of a solid material. In order to confer a superior bone-bonding property to titanium implants, attempts have been made to coat their surfaces with a thin layer of bone-bonding ceramic, such assodium titanate, by the means of chemical and heat treatments To avoid infection, caused by the intro, Incoming

Objective: Dental device is a very broad term that can be used to include any foreign material or product that is introduced in the host oral cavity to replace missing tissues. These devices are subjected to different environments which include dental hard tissues, tissue fluids, blood and saliva. All dental devices are continuously challenged microbiologically and a number of failures in clinical management are related to microbial colonization. Thus, the assessment of the antimicrobial properties of dental devices are extremely important. In this paper, a classification of dental devices is being proposed. This classification distinguishes the devices based on whether they are implantable or not, and also sub-classified based on their specific application and the substrate receiving the device. Methods and Results: A literature search was conducted to identify how dental devices have been tested with relation to the microbial strains used and whether the testing has been performed in isolation or reported with other relevant tests such as material characterization and biological activity. The results of the literature review were analyzed and recommendations for antimicrobial testing of dental devices are proposed. These recommendations include the need for the setting up of pre-testing parameters such as ageing and the details of the pre-testing sterilization procedures, as these may affect the material chemistry and the specification for antimicrobial testing to be done with specific single strains or polymicrobial that are native to the region where the device is located are also suggested. Testing can be undertaken in vitro, ex vivo and in vivo. Since the antimicrobial and biological activities influence/condition one another and the material chemistry may affect both the antimicrobial and biological testing this document also makes recommendations regarding biological assessment which can be carried out in isolation or integrated with the microbiological test, Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Aquest projecte, té com a finalitat millorar la tècnica d’electrodeposició de fosfat de calci sobre discs de Titani pur. En ell s’han realitzat assajos de electrodeposició en diferents condicions, les quals han estat observades al microscopi electrònic per veure la seva microestructura. També mitjançant difracció de raigs X s’han trobat diferents fases estequiomètriques. Han estat realitzats estudis d’alliberament de ions de Calci al medi. S’han realitzat assajos de tracció sobre la capa ceràmica per conèixer les propietats mecàniques de les diferents mostres estudiades. Finalment amb les mostres obtingudes s’han realitzat cultius cel·lulars per comprovar la seva compatibilitat amb el material.

The rapid evolution of resistant bacteria is a huge problem in medicine because makes the treatment of infections more and more difficult. The bactericidal properties of noble metal nanoparticles could be a solution. In this work silver nanoparticles were produced by using two nanosecond Nd:YVO4 lasers operating at 1064 and 532 nm respectively to ablate a silver target submerged in pure de-ionized water. Part of the resulting colloidal solution was injected as a fine stream by a compressed air system and re-irradiated one and three times with the same laser to resize and get uniform nanoparticles. The obtained nanoparticles by ablation and re-irradiation consisted of crystalline Ag nanoparticles with a bimodal size distribution. The particle size has been reduced by subsequent laser re-irradiation with both laser sources, reaching a 40% of mean size reduction. Inhibitory effects on the proliferation of Staphylococcus aureus was demonstrated on silver nanoparticles obtained after re-irradiation with the infrared laser., Postprint (author's final draft)

Metallic implants have some limitations related to bioactivity and bacteria colonization leading to infections. In this regard, calcium phosphate coatings can be used as carrier for drug delivery in order to improve the mentioned drawbacks. The present work proposes the introduction of an antibacterial agent in the course of a pulsed and reverse pulsed electrodeposition. Calcium phosphate coatings were prepared in 30¿min using different pulse waveforms (unipolar-bipolar), current densities (2–5¿mA/cm2) and temperatures (40–60¿°C). Mechanical stability of the as-coated surfaces was studied in order to select the optimal electrodeposition conditions. Subsequently, selected coatings were loaded with an antiseptic agent, chlorhexidine digluconate (CHX), via a single-step co-deposition procedure. CHX concentration added to the electrolyte was adjusted to 3¿mM based on the antibacterial efficacy of the loaded coatings evaluated in vitro with Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria strains. Whereas the same chlorhexidine concentration was added to the electrolyte, results showed that the amount of CHX loaded was different for each condition while release kinetics was maintained. The results of this work demonstrate that a pulsed co-deposition strategy has great potential to modulate local delivery of antibacterial agents such as chlorhexidine digluconate, which may prevent early phase infections of metallic implants after insertion., Postprint (author's final draft)

The goal of the project is to achieve an excellent surface finish with the minimum of surface impurities that could affect the titanium biocompatibility in human body., Incoming

The main objective of this study is to develop a biosensor using IDEA impedimetric transducers for the detection of cyanobacteria in liquid samples. First of all, the project was focused on the methodology optimization to perform cyanobacteria detection tests, using Synechocystis sp. PCC 6803 as a model strain. Secondly, it was compared the response in terms of sensitivity of different types of IDEA transducer. Finally, the biofunctionalization of the sensor surface was studied using the layer-by-layer method to deposit different layers of polyelectrolytes and the lectin concanavalin A as the bioreceptor obtaining a limit of detection of 100 cells/mL in just 60 minutes., Desarrollar un biosensor, mediante el uso de transductores impedimétricos del tipo IDEA para la detección de cianobacterias en muestras líquidas. En primer lugar, el proyecto se centró en la optimización de una metodología para realizar los ensayos de detección de cianobacterias, usando Synechocystis sp. PCC 6803 como cepa modelo. En segundo lugar, se estudió el uso de diferentes tipos de transductores IDEA para determinar cuál era más sensible. Y, por último, se ha estudiado la biofuncionalización de la superficie de los sensores mediante el método layer-by-layer para depositar diferentes capas de polielectrolitos y la lectina concanavalina A, como elemento de reconocimiento, obteniendo un límite de detección de 100 células/mL en solo 60 minutos de ensayo.

Currently, implant and prosthetic infections are a serious problem, due to the increased use of these prostheses and the presence of bacteria multiresistant to antibiotics. These infections originate, in most cases, from planktonic bacteria. A possible strategy to avoid infections is to develop anti-fouling surfaces that prevent bacterial adhesion. Another strategy focuses on conferring bactericidal properties to the surfaces of the implants with the use of antimicrobial peptides. In both cases, it is necessary to maintain the excellent union to the tissues that titanium presents. The ideal surface for prostheses would combine antifouling, bactericidal and osseointegration properties, achieving an excellent synergic effect on the surfaces of the implants, improving their stability and functionality. To achieve this goal it is necessary to solve a critical point, which is to functionalize the anti-fouling layer with other biomolecules that can improve its properties. The objective of the present work is to deposit an anti-fouling layer on a metallic biomaterial, which can be further functionalized with other biomolecules. Titanium has been coated with functionalized polyethylene glycol (PEG) to which the Arg-Gly-Asp (RGD) peptide sequence has been attached. The treated titanium surfaces have shown an excellent combination of antifouling properties and good cellular response., Actualmente las infecciones de implantes y prótesis son un problema grave, debido al incremento de uso de dichas prótesis y a la cada vez mayor presencia de bacterias resistentes a los antibióticos. Estas infecciones tienen su origen, en la mayoría de casos, en bacterias planctónicas. Una posible estrategia para evitar las infecciones es desarrollar superficies anti-fouling que eviten la adhesión bacteriana. Otra estrategia se centra en conferir propiedades bactericidas a las superficies de los implantes en el uso de péptidos antimicrobianos. En ambos casos, es necesario mantener la excelente unión a los tejidos que presenta el titanio.La superficie ideal para prótesis combinaría los efectos anti-fouling, bactericida y osteointegrativo, logrando un excelente efecto sinérgico en las superficies de los implantes, mejorando su estabilidad y funcionalidad. Para conseguir este objetivo es necesario solventar un punto crítico, que es funcionalizar la capa anti-fouling con otras biomoléculas que permitan dotarla de las propiedades mencionadas.El objetivo del presente trabajo es depositar una capa anti-fouling sobre un biomaterial metálico con un grupo funcional que permita enlazar a la superficie tratada otras biomoléculas. Se ha conseguido depositar una capa de (poli)etilenglicol (PEG) funcionalizado sobre titanio, al cual se ha unido la secuencia tripeptídica Arg-Gly-Asp (RGD). Las superficies tratadas han mostrado una excelente combinación de propiedades anti-fouling y de buena respuesta celular.

Revista Biomecánica. Órgano Oficial de la Sociedad Ibérica de Biomecánica y Biomateriales.Volumen 26(1), Peer Reviewed

El titanio y sus aleaciones son biomateriales usados frecuentemente en implantes y prótesis. Sin embargo, estos biomateriales metálicos tienen limitaciones relacionadas con la bioactividad.Una vía para aumentar la bioactividad del titanio es añadir un recubrimiento de fosfato de calcio (CaP) a la superficie mediante deposición electroquímica. Esta técnica tiene como ventajas la baja temperatura del proceso y un buen control del espesor y la composición química de la capa depositada. Durante el proceso, sin embargo, se producen burbujas de hidrógeno en las proximidades del cátodo, que dificultan la obtención de capas uniformes.El presente estudio propone usar corriente pulsada para la electrodeposición como mecanismo para reducir la producción de burbujas de hidrógeno y mejorar el equilibrio de la concentración de iones en la solución, permitiendo la formación de capas de fosfato de calcio más uniformes., Peer Reviewed

Póster del Congreso SIBB 2018, Peer Reviewed

El titanio y sus aleaciones son biomateriales usados frecuentemente en implantes y prótesis. Sin embargo, estos biomateriales metálicos tienen limitaciones relacionadas con la bioactividad. Una vía para aumentar la bioactividad del titanio es añadir un recubrimiento de fosfato de calcio (CaP) a la superficie mediante deposición electroquímica. Esta técnica tiene como ventajas la baja temperatura del proceso y un buen control del espesor y la composición química de la capa depositada. Durante el proceso, sin embargo, se producen burbujas de hidrógeno en las proximidades del cátodo, que dificultan la obtención de capas uniformes. El presente estudio propone usar corriente pulsada para la electrodeposición como mecanismo para reducir la producción de burbujas de hidrógeno y mejorar el equilibrio de la concentración de iones en la solución, permitiendo la formación de capas de fosfato de calcio más uniformes, Postprint (published version)

Silver nanoparticles have been synthetized and deposited on cp Ti substrates in one-step process by the use of laser ablation in open air. The nanoparticles are produced by ablating Ag foil using two different lasers and an inert gas jet oriented into the interaction zone to prevent oxidation and to direct the ablated material to the substrate. The HRTEM images and FFT confirmed the crystalline nature of the obtained silver nanoparticles with the presence of oxidized ones, while FE-SEM revealed that the nanoparticles were uniformly distributed on Ti substrates. The Ag-containing Ti substrates showed good antibacterial activity against Lactobacillus salivarius., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Datos de la revista, Consejo de Redacción y Normas editoriales., Peer Reviewed

Indice v26, Peer Reviewed

Carta del Director saliente, Peer Reviewed

En l'entorn del test de diagnòstic POC, els tests ràpids basats en immunoassaig integrats en tires reactives són una realitat en molts entorns, des de l'autodiagnòstic previ fins el control ambulatori en zones deprimides. Tot i les seves capacitats com sistemes simple, fiables i econòmics encara presenten problemes en quant a la seva alimentació elèctrica. Per això, es vol desenvolupar un sistema capaç d'integrar vàries unitats d'element mínim de bateria en un stack integrable que pugui alimentar qualsevol tipus de dispositiu de diagnòstic amb tires reactives, ampliant el rang de voltatges i corrents d'alimentació. El projecte, a realitzar a l'empresa Fuelium, inclouria la fabricació de les unitats mínimes de bateries LF, la seva caracterització, el disseny i la fabricació d'estructures per integrar les unitats mínimes i la caracterització d'aquests dispositius.