利用相转变溶菌酶改性的直接金属激光烧结钛表面构建抗菌涂层的研究

发布时间：2018-03-17 03:05

本文选题：直接金属激光烧结　切入点：相转变溶菌酶　出处：《天津医科大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：目的:随着数字技术革命的发展,三维(3D)打印技术在医学界的应用得到广泛的关注。目前,结合CAD/CAM技术,直接金属激光烧结技术能够依据物体的三维计算机数据模型制造出多功能梯度性粗糙多孔的钛种植体,这种粗糙多孔的钛种植体的硬度和弹性模量极为接近天然骨组织,其应力传导与机体相似。同时,这种粗糙多孔结构也为新骨长入提供特定的嵌合位点,增强了种植体的骨结合强度和稳定性,且相互贯通的孔隙表面形貌微观结构更利于成骨过程中血管化及营养代谢物质运输。然而,这种多孔球化的表面形貌特点也导致了种植体的微观粗糙度的加大,有可能为细菌提供了更多结合位点,细菌的定植和随后细菌生物膜的形成不仅会引起种植体周围组织发生感染,同时对于细胞的粘附,增殖和分化也可能会产生影响。为了预防种植体相关感染的发生,本研究在直接金属激光烧结钛表面应用一种新型的相转变溶菌酶生物改性材料构建基础初始功能层。然后在相转变溶菌酶改性的钛表面通过层层自组装的方法在透明质酸/壳聚糖聚电解质水凝胶涂层中加载盐酸米诺环素来实现种植体的抗菌效能。方法:1.通过直接金属激光烧结技术加工制作直径为10mm的表面微粗糙度多孔的种植体表面,在钛片表面构建相转变溶菌酶功能改性涂层,在此基础上通过自组装方法将带相反电荷的透明质酸和载有米诺环素的壳聚糖溶液交替涂覆在相转变溶菌酶改性的钛片表面,构建具有抗菌活性的聚电解质复合涂层。使用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察各阶段涂层组装后的表面形貌特征;X射线光电子能谱(XPS)剖析各阶段自组装涂层的元素组成及比例;接触角测量仪检测各阶段涂层组装后接触角大小变化;纳米压痕仪检测各阶段自组装涂层的力学变化。2.应用平板菌落计数法评价加载米诺环素的抗菌涂层对格氏链球菌和血链球菌属的体外抗菌效果;经SYTO 9/PI荧光染色后通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察试样表面早期细菌粘附的活性状况。3.应用小鼠前成骨细胞MC3T3-E1体外培养的方法评价加载米诺环素自组装抗菌涂层的生物相容性。使用乳酸脱氢酶试剂盒检测经过相转变溶菌酶改性表面和自组装后抗菌涂层的细胞毒性;CLSM观察加试样表面早期细胞粘附形态和数量;CCK-8法表征材料表面细胞增殖情况;使用碱性磷酸酶试剂盒(ALPKit)对试样上细胞的成骨分化进行定量表征。结果:1.成功制备直径为10mm直接金属激光烧结钛片,FE-SEM结果显示了DMLS-Ti粗糙多孔的表面形貌以及相转变溶菌酶改性涂层和自组装涂层的均匀分布情况。XPS结果表明相转变溶菌酶改性涂层和自组装涂层都成功定植于钛片表面。接触角实验表明改性及组装后的试样接触角减小,加载米诺环素后稍显增高,总体亲水性得到很大提高。纳米压痕实验结果表明在试样加载涂层后硬度和弹性模量有所降低。2.盐酸米诺环素的缓释实验表明聚电解质抗菌涂层达到了药物控释效果,平板菌落计数实验和CLSM结果表明加载米诺环素抗菌涂层后可以有效抑制早期格氏链球菌和血链球菌的活性。3.体内细胞实验表明相转变溶菌酶改性涂层和自组装涂层无毒性,对于小鼠前成骨细胞早期粘附,增殖,成骨分化具有促进作用。结论:这项研究结果表明在相转变溶菌酶改性的直接金属激光烧结钛基材表面通过层层自组装技术加载米诺环素的透明质酸/壳聚糖聚电解质水凝胶涂层来实现种植体的抗菌和成骨双重功能是可行的。相转变的溶菌酶由于制作简单,低价易得,高安全性将为种植体表面改性提供了新思路。同时,实验结果证实了层层自组装技术同时也适用于直接金属激光烧结钛这种特殊的表面形貌。因此,直接金属激光烧结技术,相转变溶菌酶改性方法和层层自组装技术相结合方法将会受到医学领域的关注,同时对于直接金属激光烧结钛种植体表面改性后临床应用提供了依据。
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【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R783.1

【参考文献】