用于骨科植入体的二氧化钛—纳米银复合涂层制备及其生物功能性研究

发布时间：2020-06-11 21:50

【摘要】：骨科假体植入部位感染是骨科手术中最严重的并发症之一,轻则导致患者延迟治疗周期、增加治疗成本,重则导致患者因感染而截肢或死亡。骨科假体植入部位感染原因主要有两点:一是由于细菌在植入体表面粘附定植形成生物膜,生物膜阻碍了机体免疫反应及抗生素对细菌的杀伤作用。二是由于植入体材料生物相容性欠佳,难以与宿主骨形成牢固的结合,并且植入体骨结合界面存在的纤维层会使局部宿主抵抗力下降。因此,赋予现有产业中骨科植入体优良的抗菌性能,对于提高骨科植入体寿命及具有自主知识产权高端骨科植入体产业提升具有重要意义。赋予骨科植入体抗菌性能的主要手段为在涂层材料中实现抗菌因子的有效加载和控释。钛及钛合金是应用最为广泛的植入体材料,其表面形成的Ti02涂层可以作为抗菌剂的载体。在广谱抗菌剂中,银具有细胞毒性低,稳定性好,有效浓度低和不易产生耐药性等优点。纳米尺度的银粒子比表面积高,与细菌的接触概率增大,具有很强的化学活性,其表面的原子易与其他化学基团发生键合反应,从而可制备结构稳定,性能优良的纳米银复合材料。因此,可以通过在二氧化钛涂层孔结构中载入纳米银粒子并控制其释放速度,从而使其在具备生物相容性的同时获得长期抗菌性能。本文基于产业化电化学技术在植入体表面制备了二氧化钛涂层,通过表面改性和光还原进行了银纳米粒子的负载,并系统探究了二氧化钛-纳米银复合涂层的生物功能性,主要研究内容如下:第一章:简要介绍了骨科植入体材料的术后反应与生物功能性,还介绍了钛及钛合金在骨科植入体的应用以及几种表面改性方法。同时介绍了抗菌材料的分类与应用以及银抗菌剂的作用机理和应用现状。最后综述了钛植入体抗菌涂层的研究进展。第二章:简要介绍本实验主要原料和测试分析手段,如XRD、SEM、TEM、FTIR、酶标仪等。第三章:利用阳极氧化的方法在钛表面制备出二氧化钛纳米管,得到了管径可控的二氧化钛纳米管。之后对阳极氧化制备得到的二氧化钛纳米管用聚多巴胺进行了表面改性,再用浸渍法加紫外光还原法制备得到负载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管(AgNPs/TNTs)涂层材料。第四章:我们通过采用微弧氧化的方法在钛表面制备出多孔氧化钛涂层,得到了表面形貌可控的具有多孔结构的二氧化钛涂层。并且对二氧化钛涂层进行了表面改性,再用浸渍法加紫外光还原法制备得到负载银纳米颗粒的微弧氧化二氧化钛(AgNPs/TiO2)涂层材料。第五章:我们用上述两种方法制备得到了二氧化钛-纳米银(TiO2-Ag)复合涂层。TiO2-Ag复合涂层表面处理方法不同,银离子的缓释性能也不同。聚多巴胺改性后的TiO2-Ag复合涂层的银纳米粒子加载量得到显著的提高,与未用聚多巴胺改性的涂层相比,改性过的涂层更有利于银离子的缓释。相比于微弧氧化得到的多孔TiO2结构,阳极氧化得到的TiO2纳米管结构负载银纳米粒子更有利于银离子的缓释。银离子的缓释性能有如下结果:NTs-PD-AgNTs-AgMAO-PD-AgMAO-Ag。并且适量负载银纳米粒子的TiO2-Ag复合涂层材料拥有良好的抗菌性能和生物相容性。第六章:对本论文研究成果进行总结,并对未来的研究方向提出展望。
【图文】：

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逦敢关节的结构Ｉ逦人体敢关节植入后逡逑图１．１钛合金在骨科植入体材料中的应用。逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｔｉｔａｎｉｕｍ邋Ａｌｌｏｙ邋ｉｎ邋Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ邋Ｉｍｐｌａｎｔｓ．逡逑１．２．２．４钛及钛合金的表面改性逡逑植入体的表面特性影响其与骨组织的结合能力。喷砂酸蚀法常被用于钛表面逡逑的处理，处理后的钛表面可以获得微米级孔结构形貌，微米形貌被证明可以促进逡逑植入体和骨组织更快更好的结合［４５］。该结果同时也表明钛表面特性可以影响细逡逑胞活性和组织反应，从而获得植入体与骨组织更好的结合。然而，有研究证明，逡逑细胞易于在包含孔洞（直径约？１００邋ｎｍ）的基底膜表面粘附［４６］。因此，钕和钬合逡逑金表面纳米化处理已成为研究热点，纳米晶、纳米孔、纳米管、纳米粒和纳米线逡逑等多种纳米结构涂层被合成到钛表面。逡逑目前钬及钛合金表面改性方法主要可以分为四类，分别是机械法、物理法、逡逑化学法和电化学法。当前使用较为普遍的表面改性方法主要有阳极氧化法、微弧逡逑氧化法、电泳沉积法、等离子注入法、等离子喷涂法、磁控溅射法和溶胶－凝胶逡逑法等［４７，４８］。逡逑、等离子喷涂法逡逑等离子气逦冷却水冷却的阳极逡逑＼ｒ逦＾邋＾邋?

阳极氧化法,等离子体,涂层

表面制备得到了羟基磷灰石和硅灰石的复合涂层材料，制备得到涂层材料好的生物活性。逡逑等离子注入法逡逑等离子体注入法是指将工件放入等离子体注入机中，在室温下，施加１０４－１０电压，将预设量的高能离子注入到材料表面预定位置和深度，使材料表面成分和微观组织结构发生改变，从而改善材料的性能。等离子体注入工艺，注入的元素不受限制，在生物医用材料的表面改性中得到了广泛的应用是等离子体注入设备投资大，注入时间较长，注入深度有限（？０．２邋ｐｍ），在用中较受限制。Ｍｅｉ等［５３］用阳极氧化法在钕金属表面制备了邋丁丨０２纳米管再用等离子体注入法将银纳米粒子注入到丁丨0２纳米管中，，通过调整工艺变了银纳米粒子的注入深度，如图１．３所示，得到了具有生物活性和抗菌氧化钛涂层。逡逑Ａｇ邋ｐｌａｓｎｕ邋ｉｍｍｍｉｏｎ邋ｉｏｎ邋ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;TB33

【参考文献】