Revolutionary SquarE-Phase 2D Materials for AdvanCed NIR-active AntimicrObial CoATings
Rewolucyjne materiały 2D Square-Phase do zaawansowanych powłok antybakteryjnych aktywnych w NIR
Project type: Research and development
Keywords: modyfikacja powierchni chemia medyczna biomateriały synteza biomateriałów chemia fizyczna systemów biologicznych
Keywords (english): surface modification medicinal chemistry biomaterials biomaterials synthesis phisical chemistry of biological systems
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 1/05/2025 - 30/04/2027
Funding institution: KOMISJA EUROPEJSKA
Program name: Marie Skłodowska-Curie Actions
Project manager: Vignesh Kumaravel
Funding value: 163 848 360,56 PLN
Total project value: 845 510,72 PLN
Pojawienie się superbakterii odpornych na antybiotyki wymusiło opracowanie innowacyjnych strategii przeciwdrobnoustrojowych. Projekt "Rewolucyjne materiały 2D o fazie kwadratowej do zaawansowanych powłok przeciwdrobnoustrojowych aktywnych w NIR (REDCOAT)” ma na celu sprostanie temu wyzwaniu poprzez wykorzystanie unikalnych właściwości dichalkogenków metali przejściowych o fazie kwadratowej (TMDC), w szczególności MoS₂ i WS₂, do tworzenia zaawansowane powłoki antybakteryjne na implantach tytanowych. W ramach tego projektu zbadana zostanie synteza, modyfikacja powierzchni i zastosowanie kwadratowych nanoarkuszy TMDC, w celu ich integracji z powłokami przeciwdrobnoustrojowymi aktywnymi w NIR nowej generacji. Będziemy syntetyzować nanoarkusze MoS₂/WS₂ o precyzyjnie kontrolowanych wymiarach (długość krawędzi 100–500 nm, grubość 3–10 nm), aby wykorzystać ich możliwości absorpcji NIR i konwersji fototermicznej. Te nanocząstki będą funkcjonalizowane siecią metalofenolową (MPN) na bazie kwasu żelazowo-galusowego, zaprojektowaną w celu wzmocnienia interakcji z błonami bakteryjnymi, przy jednoczesnym zapewnieniu biokompatybilności. Funkcjonalizowane TMDC zostaną równomiernie powlekane na implantach ze stopu Ti6Al4V, przy czym grubość powłoki będzie wynosić 10–50 μm i chropowatość powierzchni 50–200 nm, zoptymalizowana pod kątem skutecznego działania przeciwdrobnoustrojowego i lepszej osteointegracji. Aby wyjaśnić mechanizmy interakcji między tymi powłokami a komórkami bakteryjnymi, przeprowadzimy symulacje dynamiki molekularnej (MD) w temperaturze 310 K z rozdzielczością femtosekundową. Symulacje te skupią się na deformacji dwuwarstw lipidowych i tworzeniu się porów przy różnych poziomach pokrycia TMDC (5%, 10%, 20%), zapewniając wgląd w skuteczność przeciwdrobnoustrojową powłok. Uzupełnieniem tego będą badania biokompatybilności in vitro z wykorzystaniem ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych (hMSC) wysianych na powlekanych implantach, oceniając żywotność, proliferację i różnicowanie komórek w okresie 14 dni. Zwieńczeniem projektu REDCOAT będzie opracowanie innowacyjnej technologii powłok przeciwdrobnoustrojowych
The emergence of antibiotic-resistant superbugs has necessitated the development of innovative antimicrobial strategies. The "Revolutionary Square-Phase 2D Materials for Advanced NIR-active Antimicrobial Coatings (REDCOAT)" project seeks to address this challenge by leveraging the unique properties of square-phase transition metal dichalcogenides (TMDCs), specifically MoS₂ and WS₂, for the creation of advanced antimicrobial coatings on titanium implants. This project will explore the synthesis, surface modification, and application of square-shaped TMDC nanosheets, targeting their integration into next-generation NIR-active antimicrobial coatings. We will synthesize MoS₂/WS₂ nanosheets with precisely controlled dimensions (100-500 nm edge lengths, 3-10 nm thickness) to exploit their NIR absorption and photothermal conversion capabilities. These nanosheets will be functionalized with an Iron-Gallic Acid-based metal-phenolic network (MPN), designed to enhance the interaction with bacterial membranes while ensuring biocompatibility. The functionalized TMDCs will be uniformly coated onto Ti6Al4V alloy implants, aiming for a coating thickness of 10-50 μm and a surface roughness of 50-200 nm, optimized for effective antimicrobial activity and improved osseointegration. To elucidate the interaction mechanisms between these coatings and bacterial cells, we will perform molecular dynamics (MD) simulations at 310 K with femtosecond resolution. These simulations will focus on the deformation of lipid bilayers and pore formation under different TMDC coverage levels (5%, 10%, 20%), providing insights into the antimicrobial efficacy of the coatings. Complementing this, in vitro biocompatibility studies will be conducted using human mesenchymal stem cells (hMSCs) seeded on the coated implants, assessing cell viability, proliferation, and differentiation over a 14-day period. The REDCOAT project will culminate in the development of an innovative antimicrobial coating technolog
Go back