生物金属材料表面修饰及性能研究

摘要

生物金属材料目前被广泛应用于医学领域，但是在应用中面临着一些亟待解决的问题：由于生理环境的腐蚀而造成金属离子向周围组织扩散以及金属材料自身性质的退变，从而导致毒副作用或金属材料失效，另外植入金属材料与机体组织结合不牢易松动以及植入式设备的细菌感染是一个重要的临床问题，并且细菌性感染与细菌粘附、细菌扩散和生物膜形成有联系。最常见的感染原因是存在着像金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肠球菌和绿脓杆菌这样的菌株。传统的治疗细菌感染的方法包括全身性和局部性抗生素治疗。由于全身抗生素治疗可能导致一些副作用(如敏感性，耐药菌株，双重感染)，局部性抗生素治疗已受到相当重视。一种用于局部性抗生素治疗的方法包括涂层或浸渍有抗生素生物材料。然而，这一技术还存在着一些重要的局限，如由于抗生素是通过物理作用吸附到生物材料上的，使得生物材料的抗菌活性不能持续很长时间。本论文紧紧围绕生物金属材料在生理环境下发生腐蚀失效，金属离子溶出与血液中生物大分子结造成血栓，以及植入金属材料易感染从而影响其生物安全性这一难点问题而展开研究。 金属材料与机体作用是在金属表面发生的，因此解决生物金属材料在生理环境下腐蚀失效、金属离子、与机体组织结合不牢易松动、易感染这一问题只能通过对金属表面改性来完成。本文针对银、铝、钛三种金属通过不同的方法对它们的表面进行修饰改性，并对它们的抗腐蚀、抗菌、生理环境中离子溶出等性质进行了研究。 本文主要开展了以下几项工作的研究： (1)以牛血清白蛋白为表面修饰剂仿生合成银单质纳米材料，并对其形貌、晶型、成分组成、抗菌性能以及其在模拟体液中Ag+溶出情况进行了研究。结果表明：纳米颗粒粒径越小其抑菌能力越强，在模拟体液中蛋白修饰纳米颗粒可以有效的解决离子的溶出问题。 (2)通过混合纳米化对铝表面进行修饰，并对其表面形貌、成分及其抗腐蚀、抗菌性能以及其在模拟体液中Al3+溶出情况进行了研究。结果表明：铝表面混合纳米化修饰可以提高其抗腐蚀能力，且赋予了铝片抗菌性能，还解决了离子溶出的问题。 (3)用三种方法制备不同形貌羟基磷灰石纳米晶，并对其形貌、晶型、成分进行了表征，通过电泳沉积技术制作钛基羟基磷灰石涂层，以解决钛与机体组织结合力不牢易松动的问题。结果表明：通过电泳沉积可以钛基底上得到致密的羟基磷灰石涂层。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1生物金属材料的特性与国内外的研究进展

1.1.1生物材料的概况及分类

1.1.2生物金属材料的概况

1.1.3生物金属材料的研究现状

1.1.4生物金属材料与生物体相互作用

1.1.5生物金属材料目前存在的主要问题

1.2抗菌金属材料的研究进展

1.2.1抗菌材料的概况及分类

1.2.2纳米银抗菌材料的研究进展

1.2.3抗菌金属材料的研究

1.2.4抗菌金属材料目前存在的问题

1.3本论文的选题背景和研究内容

1.3.1选题背景

1.3.2主要研究内容和测试手段

第二章纳米银表面蛋白质修饰及其性能研究

2.1序言

2.2实验部分

2.2.1试剂

2.2.2实验仪器

2.2.3实验方法

2.3测试方法

2.3.1电导率测定(Conductance Ratios)

2.3.2高分辨透射电镜测试(HRTEM)

2.3.3粒径测定(DLS)

2.3.4X射线衍射测试(XRD)

2.3.5热重-差热分析(TGA)

2.3.6紫外可见吸收光谱测试(UV-Vis absorption)

2.3.7光致荧光光谱测试(PL)

2.3.8光学显微镜测试

2.3.9凝胶成像测试

2.3.10原子发射光谱仪测试

2.4结果与讨论

2.4.1电导率测定结果分析

2.4.2透射电镜结果分析

2.4.3粒径测定结果分析

2.4.4 X射线衍射测试结果分析

2.4.5热重-差热结果分析

2.4.6紫外可见吸收光谱测试结果分析

2.4.7光致荧光光谱测试

2.4.8光学显微镜测试结果分析

2.4.9凝胶成像测试结果分析

2.4.10原子发射光谱仪测试结果分析

2.5小结

第三章铝表面混合纳米化修饰及性能研究

3.1序言

3.2实验部分

3.2.1试剂

3.2.2实验仪器

3.2.2实验方法

3.3测试方法

3.3.1原子力显微镜测试(AFM)

3.3.2扫描电子显微镜测试和能谱测试(SEM、EDS)

3.3.3原子发射光谱仪测试

3.4结果与讨论

3.4.1原子力显微镜测试结果分析

3.4.2扫描电子显微镜测试和能谱测试(SEM、EDS)

3.4.3原子发射光谱仪测试

3.5小结

第四章钛表面羟基磷灰石涂层修饰的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1试剂

4.2.2实验仪器

4.2.3实验方法

4.3测试方法

4.3.1透射电镜测试(TEM)

4.3.2 X射线衍射测试(XRD)

4.3.3傅立叶变换红外光谱测试(FT-IR)

4.3.4扫描电子显微镜测试和能谱测试(SEM、EDS)

4.4结果与讨论

4.4.1透射电镜测试结果分析

4.4.2 X射线衍射测试结果分析

4.4.3傅立叶变换红外光谱测试结果分析

4.4.4扫描电子显微镜测试和能谱测试结果分析

4.4小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

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