表面抗菌生物活性涂层的制备和表征

来源 :中国科学院上海硅酸盐研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinghun124
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等离子体喷涂硅灰石和纳米氧化钛涂层具有良好的力学性能和生物相容性,且与钛基体的结合强度比较高,有望成为新的骨组织修复与替换材料。然而,将材料植入人体时有可能引发术后感染,影响植入物的使用效果。在涂层表面装载抗菌剂是提高植入物抗感染能力的有效手段。   庆大霉素和银是重要的抗菌剂,已被广泛研究和应用。本论文从提高等离子体喷涂硅灰石和纳米氧化钛涂层的抗菌性出发,将庆大霉素和银装载到硅灰石和氧化钛涂层表面,获得具有抗菌性能的金属内植入物材料。论文研究了涂层表面嫁接胶原的过程、庆大霉素和银的装载工艺;探查了庆大霉素和银在涂层表面的装载、释放过程和机制。取得的主要研究结果如下:   1.利用硅灰石与胶原溶液间的反应,将胶原嫁接在等离子体喷涂硅灰石涂层表面。硅灰石涂层在胶原溶液中通过离子交换形成Si-OH基团,Si-OH基团与胶原分子中的-COOH,-NH2等官能团发生反应,从而将胶原嫁接在涂层表面,嫁接的胶原量随涂层在胶原溶液中浸泡时间的延长而增加。嫁接胶原的硅灰石涂层在模拟体液中可诱导磷灰石形成,亦可促使成骨细胞在其表面黏附、增殖和分化,表现出良好的生物活性和生物相容性。   2.庆大霉素预先溶于胶原溶液中,通过涂层表面嫁接胶原过程可将庆大霉素装载到硅灰石涂层表面。装载的庆大霉素在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中具有缓释效果,可有效抑制金黄色葡萄球菌的生长,表现出良好的抗菌性。庆大霉素的装载不影响成骨细胞在涂层表面的黏附、增殖、以及碱性磷酸酶(ALP)活性的表达。庆大霉素和胶原的浓度对庆大霉素的引入量及释放时间均有一定影响。释放时间随庆大霉素和胶原浓度的增加而延长。   3.硅灰石涂层浸泡于合适浓度的硝酸银溶液中,可制得载银硅灰石涂层。涂层与硝酸银溶液发生反应形成硅酸银,少量银和氧化银也附着于涂层表面。载银量随硝酸银溶液浓度的升高而增加,但过高的硝酸银浓度会导致银和氧化银在涂层表面聚集。涂层装载的银在去离子水中呈均匀释放,释放时间长达50天。抗菌实验与细胞实验表明,载银硅灰石涂层具有良好的抗菌性能,未见明显细胞毒性。   4.硫酸处理、碱热处理和紫外光照射等预处理工艺可改善等离子体喷涂纳米氧化钛涂层的亲水性,有利于胶原嫁接。这是由于预处理使得涂层表面形成Ti-OH基团,Ti-OH基团可与胶原分子发生化学键合。预处理工艺参数对涂层表面生成的Ti-OH基团有一定影响,亦会影响涂层表面胶原的嫁接。碱液浓度的增大与预处理时间的延长均可促进胶原嫁接。嫁接胶原的纳米氧化钛涂层具有优良的生物相容性,但其生物活性受到抑制。   5.庆大霉素预先溶于胶原溶液中,通过涂层表面嫁接胶原过程可将庆大霉素有效装载于纳米氧化钛涂层表面。涂层表面装载的庆大霉素在PBS溶液中呈明显缓释效果,释放时间可达9天。载庆大霉素的氧化钛涂层不具备细胞毒性,同时表现出良好的抗菌能力。载药方式、胶原浓度和药物浓度对庆大霉素在涂层上的载入及释放均有影响。庆大霉素载入量随药物浓度的提高而增加。释放时间随庆大霉素浓度和胶原浓度的增加而延长。   6.将纳米氧化钛涂层浸泡于硝酸银溶液中,可制得载银纳米氧化钛涂层。涂层载银量随硝酸银溶液浓度的提高而增加。银以Ag2O的形式附着于涂层的表面、开气孔和缝隙中。涂层表面装载的银在去离子水中呈现爆发性释放,释放时间可达10天左右。载银纳米氧化钛涂层具有良好的抗菌性,未表现出明显的细胞毒性。
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