医用钛植入体表面抗菌涂层的制备及其抗菌性能研究

【摘要】：人类老龄化人口增加的同时,骨质疏松和骨折病人的数目也明显增多。此外,各种交通,工业上的意外等造成的骨组织损伤也显著增多,全世界对于生物医用材料的需求明显增加。据统计,2006年中国50岁以上的老人中大约有6940万人患有骨质疏松,68.7万人遭受了髋部骨折,180万人遭受了脊柱骨折。自1930年使用金属钛作为骨植入体材料开始,不同的钛基合金材料包括第一代纯钛产品和新一代不含铝和钒的钛合金被广泛的发展来修复或替换受损伤的人体硬组织。相比于其他金属植入体材料,钛基植入体材料拥有良好的生物相容性,耐腐蚀性,耐疲劳性和优良的力学性能。因而被普遍应用于硬组织置换材料,例如人工骨关节,牙种植体等。然而,不幸的是,细菌的感染对植入体来说是一种很严重的并发症并经常引起植入体植入失败。因此,为了阻止感染的发生,很有必要赋予植入体以良好的抗菌性。另一方面,如果生物惰性的钛植入体植入到人体后不能与周围的组织产生良好的骨性结合,就很容易被周围的组织隔离并产生血栓,从而导致植入体植入失败。因此,现在摆在众多研究者面前的一个重要课题就是制备出具有抗菌性和生物活性的钛植入体表面。基于以上问题,本文拟制备出一种兼具抗菌性和生物活性的钛植入体表面。由于单独的Zno纳米棒具有较好的抗菌性,但会引起细胞毒性。因而本文通过在其表面添加PLGA/Ag的涂层,来解决此问题。为了获得功能化的表面,本实验使用多巴胺修饰Zno纳米棒,获得了利于后续接枝改性的钛表面。研究的基本内容具体包括如下工作:1、钛植入体表面氧化锌纳米棒阵列的制备与表征使用水热法在医用钛植入体表面制备Zno纳米棒,对纳米棒的组成、形貌结构做了分析,研究了种子液浓度、反应温度、反应时间等实验参数对纳米棒表面形貌的影响并探讨了 Zno纳米棒的形成机理。从根本上理解水热反应过程和反应机制,对日后开展纳米材料相关的研究具有重要意义。2、钛植入体表面抗菌的PLGA/Ag/Zno杂化涂层的制备与研究为了阻止细菌粘附到钛植入体表面,PLGA/Ag/Zno的杂化涂层是被制备,通过两步法:水热法生长Zno纳米棒和旋涂PLGA/Ag的涂层。银纳米粒子是被掺杂到PLGA中以不同的浓度(0,1,3,6wt/v%)。结果显示,PLGA/Ag的涂层是被均匀的旋涂到Zno纳米棒表面。且可以通过PLGA的降解来实现锌离子和银离子的可控释放,并使植入体具有延长的抗菌性。使用金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌进行抗菌性能测试。使用小鼠颅骨细胞来进行细胞实验,结果表明,掺杂有1wt%和3 wt%银纳米粒子的植入体具有较小的细胞毒性,但是对应的掺杂有6 wt%银纳米粒子植入体会明显的抑制细胞的增殖分化。综合的结果表明,掺杂有3 wt%银纳米粒子的植入体具有较好的抗菌性和较小的细胞毒性,因而是一个优良的骨科植入体材料。3、钛植入体表面抗菌的PDA/Zno杂化涂层的制备与研究为了获得功能化的表面,本实验使用多巴胺来修饰Zno纳米棒,在纳米棒表面形成了一层很薄的聚多巴胺薄膜,获得了利于后续接枝改性的功能化表面。通过聚多巴胺的涂层,样品表面的湿润性和细胞毒性得到了极大的改善,与此同时抗菌性仅受到很小的影响。因而是一种有前景的骨科植入体材料。