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《第二军医大学》 2010年
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Ag/HA纳米复合涂层对生物膜形成的影响及其作用机制

刘福存  
【摘要】: 研究背景 感染是人工关节置换术后最严重的并发症,感染的结局是灾难性的,一旦发生会导致手术的彻底失败。人工关节置换术后感染有自身的发病机制和特点,其难以治愈的根本原因和假体表面生物膜的形成有关。生物膜是细菌在生长过程中为适应生存环境而形成的一种与浮游细胞相对应的存在形式,由细菌和它所形成的胞外多聚物(extracellular polymeric substance, EPS)组成。可附着在植入物表面形成一种高度组织化的多细胞结构,是细菌的保护性生长方式。这种粘附定植方式不仅利于细菌附着在支持物表面,更重要的是,与单个或混悬的菌细胞相比更易于抵抗宿主免疫细胞、免疫分子和抗菌药物的攻击,同时可增强毒理基因和耐药基因的传递。这些结构和功能特点是其难以被消除的根本原因。 目前针对生物膜的治疗主要是机械方法(声裂、涡流、和超声波)、生化方法(酶处理)和电刺激,但都未有满意的临床疗效,国内外尚无确切可靠的预防或抑制生物膜形成的措施。且翻修手术广泛使用的抗生素骨水泥也不能阻止生物膜的形成,甚至对浮游的耐药菌株也没有杀灭作用,反而引起耐药菌株的感染。 一条可行之路是将抗菌材料应用于假体表面制作出无菌涂层。纳米银抗菌谱广,抗菌活性强,是一种理想的抗菌涂层材料。 第一部分 Ag/HA纳米复合涂层的制备及表征 目的:将纳米银载入钛基表面制备出抗菌涂层。检测样本表征。 方法:将平均粒径5μm银粉和平均粒径10μm羟基磷灰石原始粉末按质量比为1:20进行配料。为使两种粉末充分分散均匀,将混合原始粉末放入搅拌机中搅拌混合30分钟。应用QM-3SP2型行星式球磨机对粉末进行球磨。在HH-S 112型恒温水浴炉中将粉末电泳沉积至钛基。涂层制备成功后应用D/MAX 2550 VB/PC型X射线衍射仪、Magna-IR 550型傅立叶红外光谱仪和X-650型扫描电子显微镜检测涂层成份和表征。 结果:经FTIR和XRD及SEM分析,表明纳米银颗粒粒径平均为100nm左右,均匀分散在羟基磷灰石粉末中。 结论:成功将纳米银颗粒应用机械球磨和化学共沉淀法载入羟基磷灰石涂层。 第二部分 Ag/HA纳米复合涂层对生物膜形成的影响 目的:检验纳米银载入植入物表面后对表皮葡萄球菌生物膜形成的影响。主要是表葡菌粘附的量及生物膜形态。 方法:从临床分离培养表皮葡萄球菌作为实验菌株。将消毒的Ag/HA涂层样本置入1.0x 107CFU/ml10ml菌液中在37℃环境下培养。6,24,48,72小时分别检测样本表面的生物膜。应用激光扫描共聚焦显微镜观察对生物膜进行形态学观察。24h、48h分离培养样本表面生物膜细菌进行计数。应用HA涂层作为对照。 结果:Ag/HA涂层表面48小时后出现生物膜,而HA涂层在12小时后就出现了成熟的生物膜。24h和48h两组涂层表面粘附菌量差异也具有统计学意义(p0.01)。 结论:Ag/HA复合涂层可以明显抑制生物膜形成;涂层载银后明显地改变了涂层表面活性,细菌粘附能力下降。 第三部分 Ag/HA纳米复合涂层抑制生物膜形成的机制 目的:探讨载银涂层抑制生物膜形成的机理。 方法:应用ICP-MS(美国Agilent公司)检测涂层在胎牛血清中纳米银的释放速率,将制作好的涂层空气中放置3个月后重新进行试验。同时应用定量PCR的方法检测表葡菌初始粘附因子atlE的表达。 结果:在3天内纳米银可以持续释放,浓度逐渐增高,最高分别可至266μg/L和261μg/L。放置3个月后,纳米银的释放明显减少(p0.01)。在样本置入菌液中30分后,表葡菌初始粘附因子atlE的表达便开始减少(p0.01)。 结论:Ag/HA复合涂层发挥抗菌作用主要是通过纳米银的释放来实现的。同时Ag/HA复合涂层对生物膜的抑制也影响到了生物膜形成的分子调控机制。
【学位授予单位】:第二军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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