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钛合金表面含银分子筛膜的制备,抗菌及生物相容性研究

郭嵩  
【摘要】:分子筛因其独特的微孔结构而具有优越的性能,如离子交换性、扩散与吸附性、形选催化等,因此分子筛被广泛地应用于石油化工、气体处理、精细化工等国民经济重要领域。随着分子筛的研究和应用领域的拓展,分子筛膜及其复合材料也得到人们的关注。分子筛以其良好的生物相容性、生物环境稳定性和抗腐蚀性在生物医学方面具有重要的应用。例如在动物饲料中添加分子筛来减少放射性元素在其肾脏的积累;利用分子筛载入药剂实现控制药物释放的目的等,所以分子筛在生物技术领域具有潜在的应用前景。 人工关节置换手术是骨科所取得的最为显著的医学成果。人工关节常常选用生物相容性较好,与人体骨骼力学性质相近的钛合金。但手术后在创而细菌容易聚集,并在人工关节表面繁殖形成菌膜造成术后感染。针对这一问题,本论文在钛合金表面制备了含银分子筛膜,并研究其抗菌性和生物相容性质,综合评价了含银分子筛膜作为抗菌性材料的应用潜能。 我们利用原位水热合成法在钛合金表面制备了Na-A型分子筛膜,利用离子交换过程将具有抗菌性无机试剂银离子引入膜层中;通过调变银离子的交换量控制膜中的银含量。X-射线衍射测试表明,分子筛生长在钛合金表面形成晶型为LTA型的薄膜。通过扫描电子显微镜照片可以清晰看到立方晶体错落生长于表面并且形成致密薄膜,电子能谱显示银离子被交换到分子筛膜中。通过划痕试验法测试Na-A膜在钛合金表面的结合强度,得到划破临界压力为25N。亲水性实验显示分子筛膜及含银的膜材料表面具有超亲水性。同时研究了含银分子筛膜材料在模拟体液中的银离子释放行为,符合离子扩散数学方程。 我们分别研究了钛合金,分子筛膜钛合金,含银分子筛膜钛合金的生物毒性和抗菌活性。毒性测试显示,钛合金和分子筛膜材料的生物毒性级别为0级,含银50%以下的分子筛膜材料的毒性均为Ⅰ级,根据国家生物材料规定生物毒性为0级或Ⅰ级可进行体内实验,为下一步动物体内实验提供依据。抗菌活性实验系统研究了三种不同材料表面抑制细菌能力和对周围环境的杀菌能力。研究结果表明,分子筛膜和含银分子筛膜材料的表面都有表面抑菌能力,但含银分子筛膜表面的抗菌效果更为显著,分析得出分子筛膜的超亲水性对其抗菌性有贡献作用。在观察三种材料对周围环境的杀菌行为,则发现只有含银分子筛膜对环境的细菌有杀菌抑菌能力,这与其含有银离子的释放有关。 本论文通过一系列的分子筛膜制备、表征和生物性研究获得了具有抗菌性和生物相容性良好的分子筛膜材料,为今后动物体内研究提供了实验基础,对人工假体表面的医学应用具有借鉴意义。


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