灭活细菌生物膜杂化Ti金属材料的生物活性研究

发布时间：2019-12-03 03:44

【摘要】：为调控生物活性Ti金属材料的生物活性,使用灭活的细菌生物膜对其进行杂化。金黄色葡萄球菌(S.aureus)在纯Ti(P-Ti)和酸碱处理Ti(AA-Ti)表面培养5 d后在121℃、0.13 MPa条件下灭活30 min,获得细菌生物膜杂化的纯Ti(BP-Ti)和酸碱处理Ti(BAA-Ti)。BCA蛋白分析和苯酚-硫酸分析表明,在BAA-Ti表面的细菌生物膜的细胞外基质较BP-Ti表面细菌生物膜的细胞外基质含较多蛋白,而后者含有较多的多糖。酶免疫分析表明,在BP-Ti和BAA-Ti表面的肠毒素都低于阈值。模拟体液(SBF)浸泡实验表明,BAA-Ti和BP-Ti在5 d内均可诱导磷灰石形成,但BAA-Ti诱导磷灰石能力低于BP-Ti。AA-Ti在1 d内可诱导磷灰石生成,但在5 d内P-Ti表面无磷灰石生成。表明生物膜提高了BP-Ti的生物活性,但降低了BAA-Ti的生物活性。这可能源于生物膜中多糖有利于促进磷灰石的形成,而其中的蛋白抑制磷灰石的形成。MG-63细胞培养实验表明,细胞增殖能力顺序为:BAA-TiBP-TiAA-TiP-Ti,表明生物膜中的蛋白抑制细胞的增殖。Ti表面杂化的生物膜显著影响Ti金属材料的生物学性能,可通过表面杂化生物膜的方式实现对Ti的生物活性的调控。
【图文】：

10期的衍射峰；AA-Ti中含有少量TiH1.5的衍射峰，并具有网络状的多孔结构。S.aureus在Ti表面培养1和3d后，材料表面还未被细菌完全覆盖；而5d后，材料表面被细菌完全覆盖(图2)。XRD表明，，此时测得的表面晶体结构没有变化，说明表面覆盖的生物膜中的物质结晶度较低(图3)。MTT测试结果表明，培养5d后，在AA-Ti表面较P-Ti表面有更多的细菌，但两者的细菌生物膜的厚度没有显著的差别。BP-Ti和BAA-Ti表面细菌生物膜中的蛋白总量和细胞外基质中的蛋白量测试结果表明，在BAA-Ti表面的生物膜中的蛋白及细胞外基质中蛋白的总量均较BP-Ti表面多，这与其表面的细菌总量较多的状况一致。BP-Ti和BAA-Ti表面培养5d后生物膜中的总多糖和细胞外基质中的多糖含量测试表明，BAA-Ti表面生物膜中含有较多的多糖，而在BP-Ti表面的细胞外基质中含有较多的多糖，并且上述2种物质的含量的差异存在显著性(p<0.05)。图4表明AA-Ti和BAA-Ti分别较P-Ti和BP-Ti拥有更为粗糙的表面；在生物膜杂化的表面，较未杂化的表面有较多的微凸起结构。AFM表面电势测量结果显示(图5)，AA-Ti表面有-279.2mV的负电势，表明其表面有较多的负电荷；BP-Ti表面有-57.6mV的负电势，其表面也可能含有较多的负电荷；而BAA-Ti和P-Ti表面的电势分别为280.1和207.5mV，表明在本实验条件下获得的BAA-Ti及P-Ti表面可能带有正电荷。表面电势具有如下规律：AA-Ti<BP-Ti<P-Ti<BAA-Ti。图6给出了BAA-Ti和BP-Ti表面的肠毒素A~E的OD值。在2种表面，肠毒素A、C、D、E的含量未显示出显著性差异，但在BAA-Ti表面的肠毒素B较BP-Ti表面更多(p<0.05)。2.2SBF浸泡实验结果图7给出了在SBF中浸泡不同时间后各样品表面的SEM像。在SBF中浸泡1和3d后，在P-Ti、BP-Ti和BAA-Ti表面未发现沉?

10期层沉积物所覆盖。浸泡5d后，P-Ti表面依然无沉积物呈现，而BP-Ti、AA-Ti和BAA-Ti表面均被沉积物覆盖。上述沉积物与文献中的类骨磷灰石具有相似的结构。XRD证实其为磷灰石结构[22](图8)。在XRD谱中明显看出，在BAA-Ti表面磷灰石沉积速率低于AA-Ti表面。FTIR谱(图9)显示，浸泡1d后，AA-Ti表面在1022、959和870cm-1呈现了PO4的特征峰[23]，在BAA-Ti和BP-Ti表面，出现了1639、1527和1399cm-1的酰胺I带和酰胺II带的特征峰[24,25]。说明在浸泡1d时，AA-Ti诱导了磷灰石的形成，在BAA-Ti和BP-Ti表面有蛋白质存在。浸泡3d时的FTIR谱与1d时相似。浸泡5d后，在AA-Ti、BAA-0.000.020.040.060.08ODvalueBP-TiBAA-TiABCDESample**图6BAA-Ti和BP-Ti表面生物膜中的肠毒素A、B、C、D、E的OD值Fig.6Opticaldensity(OD)ofstaphylococcalenterotox-ins(A,B,C,DandE)onBAA-TiandBP-Ti(**—p<0.05)图7P-Ti、BP-Ti、AA-Ti及BAA-Ti在SBF中浸泡不同时间后表面SEM像Fig.7SurfaceSEMimagesofP-Ti(a1~a3),BP-Ti(b1~b3),AA-Ti(c1~c3)andBAA-Ti(d1~d3)aftersoakedinSBFfor1d(a1~d1),3d(a2~d2)and5d(a3~d3)卢晓锋等：灭活细菌生物膜杂化Ti金属材料的生物活性研究1407

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本文编号：2569046