铜离子注入钛合金抑制细菌生物被膜形成的研究

发布时间：2020-11-21 09:52

　　 目的骨科内植物置入人体后,术中或宿主血行播散来的细菌在材料表面容易定植,并大量增殖,形成细菌生物被膜立体结构,再通过细菌播散到远处增殖,循环往复,形成细菌生物被膜生态系统,导致治疗失败,成为临床棘手的难题。骨科内植物金属如钬合金作为一个无机体,缺乏自身抗感染性能。本研究拟通过离子注入技术对钛合金进行表面改性,在其表面注入铜离子,并以注入银离子为对照来探索铜离子注入改性后的钛合金抑制细菌生物被膜形成作用。方法通过金属蒸汽真空弧(Metal Vapor Vacuum Arc,MEVVA)离子注入技术,对钛合金表面进行铜离子注入。利用扫描电镜(SEM)观察表面形态;通过能谱仪(EDS)与XPS元素分析钛合金表面注入铜元素含量。利用结晶紫染色与激光共聚焦显微镜方法,观察不同离子注入后钦合金抑制细菌生物被膜与表面存活细菌的比例。分析解放军总医院骨科关节相关感染病原谱,针对常见病原菌,使用实时荧光定量PCR技术检测金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌细菌生物被膜形成相关基因icaADR和aap基因转录水平,检测改性后钛合金抑制细菌生物被膜形成能力,采用体外细胞增殖实验验证材料的生物安全性。在内植物置入后骨髓炎大鼠模型上,结合感染的影像学评分,检测离子注入后钦合金材料的抑制细菌感染作用。结果通过金属蒸汽真空弧离子注入技术,可以在钛表面定植纳米颗粒铜;注入后在钛合金表面能够检测到相应的铜元素,定植铜元素粒子数量与注入时间成正比。铜离子注入钛合金抑制了金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌在钛表面形成生物被膜,降低了内植物感染的发生率。通过检测细菌生物被膜形成有关基因转录水平检测,证实铜离子注入钛合金能有下调icaAD和aap基因转录水平,上调了阻遏子基因icaR的转录水平;体外细胞增殖实验实验证实材料没有明显的细胞毒性作用。在大鼠胫骨细菌感染模型上,通过大鼠动物体内实验证实了铜离子注入钛合金能够降低骨科感染影像学评分,降低感染组织的活菌计数,实现抑制细菌感染的功能;大鼠的肝肾脏器没有出现病理学改变。结论通过MEVVA技术,我们可以在钛表面可控的定植纳米铜元素金属粒子,赋予钛合金抑制金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌细菌生物被膜形成的能力,在宏观和基因转录水平上均证实能有抑制葡萄球菌生物被膜形成,体外和体内实验证实该材料没有明显毒性,生物相容性好。
【学位单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R68;R318.08
【部分图文】：

?解放军医学院博士学位论文???由山东威高骨科公司生产的Ｔｉ６Ａ１４Ｖ钛合金棒材作为基体材料，标准为??ＧＢ／Ｔ?１３８１０－１９９７，成分见表?１－１???表１－１钛合金质量百分比组成???标准?Ａ１?Ｖ?Ｆｅ?Ｃ?Ｎ?Ｈ?０??ＥＬＩＡＳＴＭＦ１３６?５．５￣６．５?３．５—４．５?０．３?０．０８?０．０５?０．０１２?０．１３??ＩＳＯ?５８３２－３?５．５－６．７５?３．５—４．５?０．３?０．０８?０．０５?０．０１２?０．２??ＥＬＩ?ＧＢ?１３８１０?５．５－６．５?３．５￣４．５?０．２５?０．０８?０．０３?０．０１２?０．１３??２）将钛合金金属片打磨抛光，研磨至表面粗糙度Ｒ＜〇．１。??１．２离子注入实验??１．２．１离子注入设备??北京师范大学低能核物理学院金属蒸汽真空弧离子源（ＩＩＡ－Ｈ源）强流金属离??子注入机上加工。??

才能具备相应的性质。对于金属材料，离子质量百分比达到１．０％可实现改性效果。??本研宄拟注入量按照１０１７与１０１８ｉｏｎｓ／ｃｍ目标量来加工，具体参数如表１－２所示，具??体过程如图１－３。???表１－２?Ｃｕ、Ａｇ离子注入加工参数???指标￣真空度?加速电＂＂＂触发电￣￣Ｍ?平均电注入能￣￣束流密￣???§?＆?荷态量?度??数值?３．０＊?丨０－３?４０ｋＶ?ＩＫＹ?６ｋＶ?８０Ｖ?２．１?８０ｋｅＶ?２ｍＡ??１１??

１．２．４扫描电镜（ＳＥＭ）观察表面特征??扫描电镜（日本日立公司Ｘ－６５０型）观察试样表面的形貌；采用ＥＤＳ能谱对离子??注入后加样进行成分分析将待观测的样品，按照下图所示（图１－４），现在盘托上贴??上导电胶，后将样品贴到盘托上，然后在贴上导电胶，进电子显微镜观测。所有样??品中表面有羟基磷灰石的金属片，即ＨＡ组，由于羟基磷灰石不导电，不能直接利??用ＳＥＭ观察，进行了喷金后再观察。喷金所用仪器（日立Ｅ－１０４５）如下图（图１－４）。??ＸＰＳ仪原理如示意图（图１－５）。??［ｌｉ?＿Ｈｋｉ／?／Ｉｄ??ＭＬ，，??图１－４扫描电子显微镜与Ｅ－１０４５喷金仪器??１２??
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本文编号：2892838