钛表面改性材料、术中生物多糖冲洗液及术后负压封闭引流术在预防骨科感染的研究

发布时间：2018-03-25 05:35

本文选题：钛　切入点：表面功能化　出处：《南方医科大学》2015年硕士论文

【摘要】：研究背景：随着社会经济的发展,因工业生产、车祸、体育运动等导致的骨与关节损伤逐年增加,越来越多的患者因骨关节、创伤和脊柱疾病接受了手术治疗,包括接骨板内固定、矫形和人工关节置换等手术。即使在严格的手术无菌操作和全身应用抗菌素预防感染的治疗措施前提下,骨科感染时有发生。骨科手术的病人一旦发生将导致手术失败,肢体功能障碍,增加患者的痛苦,降低患者生活质量以及大大增加其医疗费用。因此,寻找预防骨科手术感染的方法尤其重要。在基础医学研究部分,钛及钛合金因具有良好的生物相容性、生物力学性能、抗腐烛性能及细胞再生和骨生长等,为现阶段在临床及实验研究中最受欢迎的金属材料,在人工关节、人工椎体、骨折内固定物、骨螺钉等骨科以及牙齿种植体等牙科临床中得到广泛的应用。然而,钛及钛合金植入物存在生物惰性高、生物活性较差、不具备抗菌性能等不足,易导致感染和早期松动等并发症。如何提高材料表面生物活性,使之既能促进骨整合而又可一定程度上抑制细菌粘附,从而降低松动与感染风险,成为了当前钛及钛合金植入物研究的热点和难点。随着纳米技术的不断发展,纳米抗菌材料已是一大类具备抑菌性能的新型材料。因纳米抗菌材料中的高比表面积和高反应活性,抗菌剂的抗菌性能增大,延长其使用寿命。纳米银抗菌材料结合了无机抗菌材料与纳米抗菌材料的双重优势,被公认为最强的纳米抗菌剂。广东工业大学轻工化工学院利用化学腐蚀技术在纯钛表面制备特定形貌和尺寸的纳米化结构,同时利用聚多巴胺具有仿贻贝蛋白结构在钛表面形成纳米孔聚多巴胺膜层,再利用聚多巴胺膜层中存在邻酚羟基、醌基等功能基团接枝纳米银,获得新型的聚多巴胺修饰多孔钛载纳米银钛基表面改性材料,但其具体的生物学性能如何尚不清楚。在临床医学研究部分,除了改进金属材料以外,目前有无其他有效预防术后感染的方法,需从术中方法改进和术后处理方法改进两方面做进一步探讨。研究目的：1.通过多巴胺聚合在纳米孔钛表面构建了仿生聚多巴胺(PDA)膜层,再利用聚多巴胺的螯合效应及还原性,调节将纳米银颗粒载入聚多巴胺修饰钛表面的反应时间,得到不同纳米银颗粒浓度的聚多巴胺修饰钛。利用扫描电镜(SEM)、细胞粘附、细胞毒性及杀菌率等对载不同纳米银颗粒浓度的聚多巴胺修饰钛进行体外生物相容性及抗菌性能检测,为后期动物实验及临床应用提供参考依据。2.统计分析南方医科大学附属江门市人民医院近年进行人工股骨头置换手术及足踝部骨折手术的病例,评价生物多糖冲洗胶液在人工股骨头置换术中的止血及抗感染效果及负压封闭引流术在预防足踝骨折术后伤口感染中的作用。研究方法1.基础医学研究部分：聚多巴胺修饰多孔钛载纳米银材料制备及其生物性能研究应用化学腐蚀技术在纯钛表面制备纳米化结构,通过多巴胺聚合在纳米孔钛表面构建了仿生聚多巴胺(PDA)膜层,再利用聚多巴胺的螯合效应及还原性,通过调节将纳米银颗粒载入聚多巴胺修饰钛表面的反应时间,得到不同纳米银颗粒浓度聚多巴胺／纳米银修饰纳米孔化钛样品(Ti-PDA-Ag-15min,Ti-PDA-Ag-30min, Ti-PDA-Ag-60min)。实验分为纳米表面组(nTi组)、聚多巴胺修饰多孔钛组(Ti-PDA组)和不同纳米银颗粒浓度聚多巴胺/纳米银修饰纳米孔化钛组(Ti-PDA-Ag-15min, Ti-PDA-Ag-30min, Ti-PDA-Ag-60min),以纯钛(Ti组)为对照组。通过扫描电镜观察材料的表面形貌,并采用直接接触法进行细胞及细菌实验,以小鼠前成骨细胞系为研究对象,采用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)染色法通过荧光显微镜观察细胞的早期黏附、扫描电镜下观察材料表面细胞黏附形态,以金黄色葡萄球菌及大肠埃希菌为研究对象,采用共培养后利用固体LB培养基倒平板法计算菌落总数,换算杀菌率。2.临床医学研究部分：(1)生物多糖冲洗胶液在人工股骨头置换术中的应用48例行人工股骨头置换术的患者随机分至2组,1组应用生物多糖冲洗胶液,1组应用生理盐水处理创面。观察两组患者入院年龄、术前血红蛋白(Hb)、红细胞比积(HCT)、血小板总数(PLT)、凝血酶原时间(PT)、凝血酶时间(TT)、术中出血量、术后总引流量,需要输血的例数,不良事件发生的情况进行对比研究。(2)负压封闭引流术在预防足踝骨折术后伤口感染的临床研究43例足踝部闭合骨折的患者随机分至观察组及对照组,观察组术后切口接受负压封闭引流处理,对照组术后切口应用常规方法处理。观察两组患者在发生骨折距实施手术治疗的时间、切口愈合时间、术后切口并发症的出现、骨折愈合后行《美国足与踝关节协会踩与后足功能评分》(AOFAS评分)进行对比研究。结果1.聚多巴胺修饰多孔钛载纳米银材料制备及其生物性能研究以小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1细胞)为研究对象,观察纯钛组(Ti组)、纳米表面组(nTi组)、聚多巴胺修饰多孔钛组(Ti-PDA组)和不同纳米银颗粒浓度聚多巴胺／纳米银修饰纳米孔化钛组(Ti-PDA-Ag-15min, Ti-PDA-Ag-30min, Ti-PDA-Ag-60min)共6组材料对细胞粘附、增殖等细胞生物学影响,发现聚多巴胺修饰多孔钛组(Ti-PDA组)和不同纳米银颗粒浓度聚多巴胺/纳米银修饰纳米孔化钛组(Ti-PDA-Ag-15min, Ti-PDA-Ag-30min, Ti-PDA-Ag-60min) 120min早期细胞粘附的数量较观察纯钛组(Ti组)、纳米表面组(nTi组)显著增多,差异均有统计学意义(P0.05)。扫描电镜观察显示,Ti-PDA, Ti-PDA-Ag-15min, Ti-PDA-Ag-30min及Ti-PDA-Ag-60min组样本MC3T3-E1细胞早期粘附的数量均较Ti及nTi组表面细胞的粘附状态更佳且粘附数量更多。增殖能力显示MC3T3-E1细胞在材料上培养1d和3 d,各组细胞数量无显著性差异；培养至第5d和7 d,Ti,nTi和Ti-PDA之间的细胞数量无明显差异,而Ti-PDA-Ag-15min及Ti-PDA-Ag-30min显示出对MC3T3-E1细胞增殖一定的抑制作用,增殖率仍大于90%,但是至Ti-PDA-Ag-60min,增殖率已明显降低,降低接近于80%,与Ti-PDA-Ag-15min及Ti-PDA-Ag-30min样本比较,已有较大的细胞毒性,差异均有显著性(P0.01)。以金黄色葡萄球菌及大肠埃希菌为对象,观察纳米表面组(nTi组)、聚多巴胺修饰多孔钛组(Ti-PDA组)和不同纳米银颗粒浓度聚多巴胺/纳米银修饰纳米孔化钛组(Ti-PDA-Ag-15min, Ti-PDA-Ag-30min, Ti-PDA-Ag-60min)的杀菌率,以纯钛组(Ti组)为对照组。共培养法培养后发现Ti-PDA-Ag-15min, Ti-PDA-Ag-30min及Ti-PDA-Ag-60min样本,对金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为60.4%,100%和100%,对大肠埃希菌的杀菌率分别为83.8%,100%和100%。2.生物多糖冲洗胶液在人工股骨头置换术中的应用观察组中患者术后总引流量为(243.70±112.17)ml,对照组为(382.68±130.20)ml,两组病例术后总引流量的比较有明显差异(P0.01)；术后观察组的输血率为2%,而对照组的输血率为32%,两组病例术后输血率比较有明显差异(P0.05)；两组患者的入院年龄、术前血红蛋白(Hb)、红细胞比积(HCT)、血小板总数(PLT)、凝血酶原时间(PT)、凝血酶时间(TT)、术中出血量等均无明显差异(P0.05)。3. 负压封闭引流术在预防足踝骨折术后伤口感染的临床研究观察组和对照组患者在性别、年龄及受伤距手术时间的差异无统计学意义(P0.05)；观察组患者在感染等并发症发生率、愈合时间、AOFAS评分均优于对照组(P0.05)。结论1.传统金属内植物材料具有良好的生物相容性、综合力学性能和生物环境下的抗腐蚀性,已被广泛大量应用于临床。但感染和内植物松动是其两个主要失败的原因。医用钛作为传统的内植物金属材料,其具有良好的生物相容性、生物力学性能、抗腐蚀性能,同时相对密度小、机械强度高,弹性模量更接近于人体骨等优点,在目前临床中应用广泛。如在其基础上引入仿生修饰及抗菌涂层,将大大提高其利用价值。2.通过纳米孔化钛表面及利用聚多巴胺的还原能力将纳米银颗粒负载至钛表面,其聚多巴胺／纳米银修饰钛表面有较好的细胞粘附性能及对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌均具有较强的杀菌能力。3.银离子有一定的细胞毒性,通过调整纳米银沉积反应时间,可调节材料表面银离子释放量,得到既有较低的细胞毒性,又有较强抗菌能力的聚多巴胺／纳米银修饰钛表面材料。4.生物多糖冲洗胶液具有生物屏障作用,可有效清除组织创面的血污和细菌,并可在冲洗部位形成保护胶膜,具有减少渗出,在人工股骨头置换术中应用可通过减少术后出血,有效预防术后感染发生几率。5.负压封闭引流术是一种治疗难愈性创面的方法。足踝骨折术后伤口应用负压封闭引流术能有效避免足踝部骨折术后伤口感染,减少骨折内固定失败,是一种对预防伤口感染较好的方法。6.无论提高金属材料抗菌性,还是术中术后操作方法的改进,均不能代替无菌操作。
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【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.3

【参考文献】