医用钛合金表面抗菌与生物活性双功能杂化涂层的构建

发布时间：2017-09-29 01:07

  本文关键词：医用钛合金表面抗菌与生物活性双功能杂化涂层的构建

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【摘要】：生物医用钛植入体材料因为其优异力学性质及优良生物相容性,已经广泛应用于硬组织的修复。但是钛作为植入体发生的相关性感染仍然是急需解决的问题,因为这类感染会引起连锁并发症。外科手术中的细菌感染,目前是临床上面临的棘手问题。全面的消毒和严格的无菌操作条例等措施下,术后感染也经常发生。植入体发生高概率的相关性的感染主要是由于:植入体表面形成的细菌生物膜以及组织免疫能力低下。因此可以通过表面功能涂层构建的方法对其进行表面修饰,除了改善生物活性,还赋予其一定的功能性,如抗菌性等。改善生物活性,目前主要的解决方法是在植入体表面形成磷灰石,形成骨性结合,但磷灰石与钛基体的结合力弱,容易脱落。临床上治疗细菌感染的主要途径是进行抗生素注射,而抗生素抗菌具有一定的特异性,需要长期注射并且会引发细菌耐药性的产生。基于以上问题,本文以医用钛及其合金为基底,通过两种表面双功能杂化涂层的构建,来提高植入体的抗菌性和生物相容性。研究基本内容如下:通过多巴胺的自聚合反应在Ti基底上形成一层薄薄的聚多巴胺粘附层,随后在模拟体液(SBF)中经过14天的矿化浸泡,沉积出一层具有生物活性特性的羟基磷灰石涂层,再使用光照还原的方法在其表面上负载一层抗菌银。壳聚糖的水溶液按2mg/ml的浓度旋涂至基体表面形成一层缓释层。根据SEM、XRD和TEM分析表明,聚多巴胺涂层可以促进类骨羟基磷灰石在钛基体上的沉积,并且提高了羟基磷灰石与基底材料表面之间的结合强度。载银涂层的SEM、XRD、EDS等测试手段的结果分析表明,抗菌银在羟基磷灰石上的分布较为均匀,获得的抗菌银虽然对膜层的表面结构产生了一定的影响,但膜层仍然具有较高生物活性。通过ICP的测试方法,检测银离子的释放浓度,随着初始硝酸银浸泡浓度增大,涂层中银含量的越高,银离子的释放浓度逐渐增加:随着壳聚糖涂覆层层数的增加,银离子的释放浓度增加缓慢,当层数增加到7层时,第14天的银离子的释放浓度为无壳聚糖涂覆的30%。使用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌两种常见菌种进行定性和定量检测复合涂层的抗菌性能。随银含量的增多,涂层对大肠杆菌菌种的抑菌率最高达到93%,对金黄色葡萄球菌菌种的抑菌效率最高达到78%。而随着壳聚糖涂覆厚度的增加,样品的抗菌率逐渐降低,细胞毒性也会随之减小。制备掺杂纳米银和纳米氧化锌的羟基磷灰石粉末,随后用二维激光平台进行激光涂覆,使粉体熔覆至Ti-6A1-4V钛合金表面。XRD结果表明激光熔覆使得预涂层与基底的结合是通过界面的化学反应来达到的,从而不易发生涂层脱落的现象,提高了粉体与基体结合强度很高。抗菌实验中,随着脉宽增加,抗菌率逐渐提高。MC3T3-E1在材料表面呈现良好增殖结果。而血小板在试样材料表面的粘附也根据样品表面组分的不同而显示不同的表面粘附形貌。本研究将在钛表面经过层层组装以及激光熔覆的方法,制备具有抗菌活性和生物活性的双功能杂化涂层。
【关键词】：钛 银 杂化涂层 抗菌涂层 生物活性
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4;R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-29
• 1.1 骨组织及骨组织工程概述15-18
• 1.1.1 骨组织的基本组成15
• 1.1.2 骨的分级结构15-18
• 1.1.3 骨组织工程概述18
• 1.2 医用钛植入体骨材料及其表面改性18-21
• 1.2.1 生物医用钛植入体骨材料18-19
• 1.2.2 生物医用钛植入体表面改性19-21
• 1.3 医用钛植入体相关感染21-22
• 1.4 钛植入体材料表面抗菌涂层的研究现状22-26
• 1.4.1 无机抗菌剂涂层23-24
• 1.4.2 载抗生素涂层24-26
• 1.4.3 有机非抗生素涂层26
• 1.4.4 抗粘附涂层及其他聚合物涂层26
• 1.5 本文的课题背景及主要研究内容26-29
• 1.5.1 课题背景26-27
• 1.5.2 主要研究内容27-29
• 第2章 银掺杂的羟基磷灰石杂化涂层的制备29-39
• 2.1 前言29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验原料及主要设备29-30
• 2.2.2 试样的制备30-31
• 2.2.3 试样表面表征31
• 2.2.4 涂层中银的释放31-32
• 2.3 结果32-38
• 2.3.1 聚多巴胺修饰的钛表面形貌及成分分析32-33
• 2.3.2 表面沉积纳米羟基磷灰石形貌分析33-34
• 2.3.3 银掺杂后试样表面形貌分析34-35
• 2.3.4 壳聚糖涂层的红外分析35-36
• 2.3.5 银离子的释放36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 载银羟基磷灰石涂层的抗菌性及生物活性的研究39-49
• 3.1 前言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 实验原料及主要设备39-40
• 3.2.2 试样的制备40
• 3.2.3 抗菌实验40-41
• 3.2.4 成骨细胞的培养41
• 3.2.5 细胞活性检测41
• 3.3 结果41-47
• 3.3.1 不同含银量涂层的抗菌率41-42
• 3.3.2 不同含银量涂层的抑菌圈测试42-43
• 3.3.3 不同厚度壳聚糖涂覆层的抗菌率43-44
• 3.3.4 不同厚度壳聚糖涂覆层的抑菌圈测试44-45
• 3.3.5 抗菌涂层的细胞毒性测试结果45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 激光涂覆技术制备Ag/ZnO生物活性涂层及其生物学性能的研究49-60
• 4.1 前言49
• 4.2 实验部分49-52
• 4.2.1 实验原料及主要设备49-50
• 4.2.2 试样的制备50-51
• 4.2.3 试样表面表征51
• 4.2.4 抗菌实验51-52
• 4.2.5 成骨细胞的培养52
• 4.2.6 细胞毒性检测52
• 4.2.7 血小板黏附功能试验52
• 4.3 结果52-58
• 4.3.1 SEM表面形貌分析52-53
• 4.3.2 XRD结果53-54
• 4.3.3 抗菌性54-56
• 4.3.4 细胞毒性56-57
• 4.3.5 血小板SEM结果57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-73
• 硕士期间的研究成果73-74
• 致谢74

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本文编号：939081