关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的促成骨活性及抗菌性能研究

摘要

第一部分关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的制备及表征检测
　　目的：通过等离子体电解氧化（Plasma Electrolytic Oxidation，PEO）在钛金属的微孔纳米涂层中注入锌离子，以制备含锌离子的等离子体电解氧化微孔纳米涂层，并检测其表征。
　　方法：在等离子体电解氧化电解液中引入乙酸锌，制备含锌离子的等离子体电解氧化微孔纳米涂层，然后对微孔纳米涂层的化学组成、形貌特征、力学强度以及离子溶出物等进行表征。
　　结果：通过在等离子体电解氧化电解质溶液中引入锌离子，能成功地在钛金属表面产生多孔的纳米级含锌涂层；且注入锌离子后，对等离子体电解氧化涂层的表面形貌、相组成、机械强度、弹性模量、亲水性不产生显著影响；注入锌离子后，钙、磷离子减少。当含锌的等离子体电解氧化涂层浸泡于缓冲溶液中时，涂层能向缓冲溶液中释放锌、磷、钙离子。
　　结论：通过等离子体电解氧化法对钛金属表面进行微孔纳米涂层的同时，能在微孔纳米涂层的表面成功注入锌离子。且注入锌离子后，并未显著改变微孔纳米涂层的表面形貌、相组成、机械强度、弹性模量和亲水性。其相对较低的溶解率表明它可能是一种更好的表面涂层材料。
　　第二部分关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的促成骨活性研究
　　目的：探讨等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的促成骨活性。
　　方法：以含锌的等离子体电解氧化涂层(Zn-TiO2)作为实验组，不含锌的等离子体电解氧化TiO2涂层作为对照组，分别按一定的密度进行MG63细胞的接种培养。CCK-8法检测MG63细胞在涂层表面的粘附和增殖；扫描电镜扫描MG63细胞在涂层表面的铺展；倒置荧光显微镜检测MG63细胞骨架蛋白（Actin）的表达；磷酸对硝基苯R底物法检测碱性磷酸酶(ALP)活性；相关基因表达行RT-PCR法检测。
　　结果：CCK-8法显示：Zn-TiO2组在6、9、12小时表面粘附的MG63细胞明显多于TiO2组，差异有统计学意义(p<0.05)；Zn-TiO2组在笫3、5、7天时表面增殖的MG63细胞明显多于TiO2组，差异有统计学意义(p<0.05)。电镜扫描观察提示，培养12小时后Zn-TiO2组的成骨细胞铺展优于TiO2组。倒置荧光显微镜结果示：12小时后Zn-TiO2组的成骨细胞Actin蛋白表达优于TiO2组。Zn-TiO2组在3、5天时碱性磷酸酶活性显著高于TiO2组，差异有统计学意义(p<0.05)；第7天时，Zn-TiO2组碱性磷酸酶的活性虽仍高于TiO2组，但无统计学意义(p＞0.05)。两组碱性磷酸酶(ALP)、Ⅰ型胶原蛋白（ColⅠ）及骨钙蛋白（OC）基因表达均随着培养时间的延长而增加；ALP基因在笫3、5天时，ColⅠ基因于笫3、5、7天时， OC基因在笫7天时，Zn-TiO2组增幅明显高于TiO2组，具有统计学意义(P＜0.05)。
　　结论：等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层材料能有效促进成骨细胞MG63的粘附、增殖与分化，表明其具有较好的促成骨活性，能促进关节假体与宿主骨组织的骨键合及骨长入，符合新型关节假体研制的材料学要求。
　　第三部分关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层抗菌性能的研究
　　目的：探讨关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的抗菌性能。
　　方法：以含锌的等离子体电解氧化涂层(Zn-TiO2)作为实验组，不含锌的等离子体电解氧化TiO2涂层作为对照组，以大肠杆菌（ ATCC25922）和金黄色葡萄球菌菌株（ATCC25923）为实验菌株。以抑菌环法（Halo法）进行抗菌性能的定性测试，以平板计数法进行抗菌性能的定量测试，运用荧光染色法评价两组试样对粘附细菌的杀菌能力。
　　结果：抑菌环法示：培养24小时后，TiO2组试样周围细菌正常生长，没有形成抑菌圈；而Zn-TiO2组可以看到涂层周围已经有了明显较宽的抑菌圈的痕迹。平板计数法示：第7天时，TiO2组没有杀菌作用，细菌能够在其上生长和繁殖，Zn-TiO2组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都显示出较强的杀菌能力；Zn-TiO2组在第1、3、5、7天对金黄色葡萄球菌抗菌率分别达到98.94％、83.76％、81.12％和77.47％；对大肠杆菌抗菌率分别达到96.95％、86.35％、82.96％和72.98％，其抗菌能力随着时间的延长而减弱。荧光染色法观察结果示：第1天时，TiO2组表面粘附的细菌大部分是活的细菌，而Zn-TiO2组表面粘附的细菌绝大多数已经失去活性。
　　结论:等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层具备良好的抗菌性能，其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都具有明确的抗菌作用，可作为一种新型的方法用于关节外科假体的制备。

目录

声明

前言

参考文献

第一部分 关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的制备及其表征检测

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

第二部分 关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层的促成骨活性研究

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

第三部分 关节假体等离子体电解氧化掺锌微孔纳米涂层抗菌性能的研究

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

全文结论

综述:兼具成骨活性和抗菌性能多孔涂层骨科植入材料的研究进展

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