钛植入体表面乳铁蛋白复合涂层的制备及其生物学评价

发布时间：2020-06-13 22:48

【摘要】：由于具有良好的生物相容性、机械性能及抗腐蚀性能,钛及钛合金已被广泛应用于骨关节置换、牙植入体及整形外科等领域;然而研究表明,缺乏与周围骨组织的整合能力及术后细菌感染是导致钛基植入体失败的两大主要原因。因此,利用一系列改性方法提高钛基材表面生物活性已成为生物医用材料领域的研究热点。乳铁蛋白因具有广谱抗菌、促进成骨细胞分化、抑制破骨细胞生长等优点,被认为是生物医用材料改性领域最具潜力的天然蛋白之一。本研究利用生物仿生矿化及层层自组装技术在钛基材表面构建了以聚多巴胺为粘附层,羟基磷灰石复合乳铁蛋白的生物复合涂层(PDA-HA-LF),旨在改善植入体骨整合性的同时抑制细菌的早期感染。首先,多巴胺在碱性条件下通过自聚合形成聚多巴胺沉积在纯钛表面。然后,经处理的钛片在模拟体液(SBF)中浸泡7天,仿生矿化形成羟基磷灰石层,并通过聚多巴胺将其固定在钛表面。最后采用旋涂法将乳铁蛋白、羧甲基纤维素交替沉积在钛材最外层。我们采用场发射扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)及水接触角实验对制备的复合涂层进行了表征,结果证明在钛材表面成功制备了生物多层膜结构;体外细胞实验包括MTT、ALP、胞外基质矿化、RT-PCR及TRAP等表明PDA-HA-LF复合涂层能够有效地调控成骨细胞和破骨细胞的生物学行为;此外,从细菌CLSM及MTT实验结果可见,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在改性后钛材表面的粘附量及活力受到显著抑制,说明制备的PDA-HA-LF多层膜具有一定的抗菌能力。利用生物复合涂层对钛材表面进行改性,可在提高钛基植入体骨整合性的同时赋予其短期的抗菌能力,这对于解决其在临床应用中出现的一系列问题具有极其重要的意义。本研究为钛基材料表面改性提供了一种行之有效的方法,推动了其在骨关节置换及组织修复领域的进一步应用。
【图文】：

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图 1.2 PHEAA 分子刷和抗菌剂 TCS 修饰钛材表面的示意图[30]。Figure 1.2 Schematic Representation of the Ti Surface modified with a PHEAA Brush andAntibacterial Agent TCS[30].1.2.2 钛材表面成骨化的研究现状众所周知，生物材料表面的物理信号和化学信号对其表面生长的细胞的生物学行为有着极其重要的影响[31]，因此从以上两个方面对医用钛材表面进行改性是促进细胞成骨化，提高材料骨整合性能行之有效的方法。经过研究者们多年不断地努力，钛材表面成骨化的研究已取得重大的进展。总的来说，就是从三个方面对钛材表面进行改性，即：物理修饰、生物化学修饰及将物理和生物化学结合起来的双重修饰。① 物理修饰钛材表面的物理改性方法主要是通过在其表面制备TiO2纳米管及微/纳复合结构，以改变材料表面拓扑结构，进而促进表面细胞的成骨化[32,33]。阳极氧化是在纯钛表面生成 TiO

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③ 物理结合生化的双重修饰众所周知，在体内，细胞进行正常生理代谢的过程并不是由某个单一的的，而是需要多重因素共同的调控。因此，从仿生学的角度出发，我们材料表面改性时，需要将物理改性方法和生化改性方法结合起来，使材因素的调控下更好地与周围组织紧密结合。利用阳极氧化生成的二氧化钛纳米管可以作为药物储存器，对骨生长因剂和金属元素等进行装载，在适当的生理环境下，药物被持续释放，进应的生理功能。例如，Lai[55]等人在钛表面制备了 TiO2纳米管，以聚多巴剂将 BMP2 装载进不同管径的纳米管，，之后对两种因素的协同作用进行Shen[56]等将临床治疗骨质疏松的药物—阿仑膦酸钠（Aln）装入用 HA 修化钛纳米管，从体内、外考察了整个体系抗骨质疏松的潜能。而 Zhang[57制反应条件，在纯钛表面制备了不同管径的双层纳米管，该纳米管相比2纳米管具有载药量大、药物释放时间持续久等特点；之后作者将抗菌肽纳米管，发现该体系生物相容性好且抗菌效果明显。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08

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