UVA処理チタン酸化物の光触媒活性と抗菌効果

Photocatalytic activity and antibacterial efficacy of UVA-treated titanium oxides.

• Haden Andrew Johnson
• Randall Scott Williamson
• Mary Marquart
• Joel David Bumgardner
• Amol V Janorkar
• Michael David Roach

抄録

結晶性酸化チタンに紫外線A（UVA）を照射すると、光触媒作用を介して活性酸素（ROS）が生成されることが明らかになっています。活性酸素は、インプラント装置への細菌の付着を防ぐのに有効な抗菌特性を示します。最近の研究では、アナターゼとルチルの混合酸化物とドーパントがチタン酸化物の光触媒特性に有効であることが示唆されている。本研究の目的は、異なる商業的に純チタングレード4（CPTi4）表面を陽極酸化した場合の光触媒活性を比較することであった。CPTi4試料は、主にアナターゼ、主にルチル、またはアナターゼとルチルの組み合わせの結晶性酸化物表面を作成するために、3つの混合酸電解質中で陽極酸化されました。さらに、主にアナターゼとその組み合わせの酸化物は、電解質中のリン酸成分からのリンを一部取り込んでいた。陽極酸化された試料の光触媒活性は、メチレンブルー（ＭＢ）分解アッセイと、強度の異なるＵＶＡ光（１ｍＷ／ｃｍ、８ｍＷ／ｃｍ、及び２３ｍＷ／ｃｍ）の照射下での付着を比較することにより測定された。主にルチル酸化物は、1mW/cmのUVA光に曝露した後、有意に高いレベルのMB分解を示した。また、1mW/cmのUVA光では、主にルチル酸化物の試料は細菌付着の最大の減少を示し、混合相試料と主にアナターゼ試料がそれに続いた。リンをドープした混合相酸化物は、8mW/cmおよび23mW/cmのUVAライトに曝露した際に加速されたMB分解反応を示した。陽極酸化されたCPTi4群と無陽極酸化されたCPTi4群は、2つの高いUVA強度で同様の付着を示した。MB分解アッセイとバクテリア付着アッセイは、本研究で形成された酸化物の光触媒活性を確認したが、MB分解アッセイの結果は、酸化物の光触媒活性を正確に予測するものではなかった。

Studies have shown ultraviolet-A (UVA) irradiation of crystalline titanium oxides leads to the production of reactive oxygen species (ROS) via a photocatalytic process. The ROS exhibit antimicrobial properties that may be of benefit in preventing bacterial attachment to implant devices. Recent studies have suggested a potential benefit of mixed anatase and rutile oxides and dopants on the photocatalytic properties of titanium oxides. The goal of this work was to compare the photocatalytic activity of different anodized commercially pure titanium grade 4 (CPTi4) surfaces. CPTi4 specimens were anodized in three mixed-acid electrolytes to create crystalline oxide surfaces that were either primarily anatase, primarily rutile, or a combination of anatase and rutile. Additionally, the primarily anatase and combination oxides incorporated some phosphorous from the phosphoric acid component in the electrolyte. The photocatalytic activity of the anodized specimens was measured using both methylene blue (MB) degradation assay and comparing the attachment of under irradiation with UVA light of differing intensities (1 mW/cm, 8 mW/cm, and 23 mW/cm). Primarily rutile oxides exhibited significantly higher levels of MB degradation after exposure to 1 mW/cm UVA lights. Primarily rutile specimens also had the largest reduction in bacterial attachment followed by the mixed phase specimens and the primarily anatase specimens at 1 mW/cm UVA lights. Phosphorous-doped, mixed phase oxides exhibited an accelerated MB degradation response during exposure to 8 mW/cm and 23 mW/cm UVA lights. All anodized and unanodized CPTi4 groups revealed similar attachment at the two higher UVA intensities. Although MB degradation assay and the bacteria attachment assay both confirmed photocatalytic activity of the oxides formed in this study, the results of the MB degradation assay did not accurately predict the oxides performance against .