Ag2O纳米颗粒负载TiO2纳米管阵列的长效抗菌性能及其对成骨细胞功能的影响

摘要

生物医用钛及钛合金因其良好的机械性能、抗腐蚀性及优良的生物相容性作为骨科植入物已经在临床上得到了广泛应用，但是仍然存在着两大严重并发症:因植入后骨整合不佳引起的松动和植入物相关的感染。近年来，利用阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列在生物医学方面的应用研究得到了广泛关注，这种纳米尺度排列整齐的管状形貌能够很好地模拟人体骨组织和细胞外微环境的结构，使植入物表现出显著的成骨诱导能力和促骨整合能力。然而，纳米管阵列抵抗感染的能力并不能满足临床需要。本研究采用磁控溅射镀膜技术先在纯钛表面沉积钛银复合薄膜，然后通过对该膜层进行阳极氧化制备银原位掺杂的TiO2纳米管阵列，并评价了该银掺杂纳米管阵列的长效抗菌性、细胞相容性及对成骨细胞功能的影响。综合本论文工作，所取得的主要研究结果如下:
　　(1)运用磁控溅射镀膜技术在钛基体上沉积不同银含量的TiAg复合膜层，银掺杂量可在0 at.％和27.23at.％之间调控;
　　(2)运用阳极氧化工艺在TiAg复合膜层上制备出不同银掺杂量的TiO2纳米管阵列;膜层中的银以Ag2O纳米颗粒的形式被包裹或镶嵌在非晶态的TiO2纳米管壁上，且纳米颗粒的数量、大小等可以通过镀膜和氧化参数进行调控;
　　(3) Ag2O负载TiO2纳米管阵列以初期大量、快速释放，后期缓慢、稳定释放的方式析出银离子;析出的银离子及Ag2O纳米颗粒的直接接触两种抗菌机理的共同作用赋予了Ag2O负载TiO2纳米管优异的长效抗菌性能;
　　(4) Ag2O负载TiO2纳米管阵列对MC3T3-E1成骨细胞的粘附、活性及分化没有影响，且适量的银掺杂能够促进细胞的铺展;银负载量较高的纳米管阵列表面MC3T3-E1细胞的胶原蛋白分泌和基质矿化出现了短期抑制现象，但这种现象随着培养时间的推移而消失。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 医用钛及钛合金的应用现状

1．2 医用钛及钛合金的表面改性

1．3 纳米级形貌的生物学效应

1．4 TiO2纳米管阵列

1．4．1 阳极氧化的基本原理

1．4．2 纳米管阵列的生物学应用

1．5 植入物相关感染

1．5．1 感染的原因及危害

1．5．2 钛及钛合金的抗菌改性

1．6 TiO2纳米管的抗菌性能

1．7 本课题的主要内容

1．8 实验方案

1．9 课题的研究意义

第二章 Ag2O纳米颗粒负载TiO2纳米管阵列的制备与表征

2．1 主要实验设备

2．2 主要实验材料及试剂

2．3 磁控溅射制备TiAg复合薄膜及其表征

2．3．1 试样预处理

2．3．2 磁控溅射镀膜工艺

2．3．3 沉积薄膜的表征

2．3．4 实验结果

2．3．5 讨论

2．4 TiAg复合薄膜的阳极氧化及其表征

2．4．1 TiAg复合薄膜的阳极氧化

2．4．2 阳极氧化后试样的表征

2．4．3 实验结果

2．5 Ag2O纳米颗粒负载TiO2纳米管阵列的形成机理

2．5．1 阳极氧化过程中电流-时间曲线分析

2．5．2 Ag2O掺杂TiO2纳米管的形成机理

2．6 本章小结

第三章 Ag2O纳米颗粒负载TiO2纳米管阵列的长效抗菌性能评价

3．1 主要实验设备

3．2 实验材料及试剂

3．3 实验方法

3．3．1 培养基的配制

3．3．2 菌悬液制备

3．3．3 平板计数法

3．3．4 荧光染色法

3．3．5 银离子的析出

3．3．6 细菌形貌观察

3．3．7 统计分析

3．4 实验结果

3．5 讨论

3．6 本章小结

第四章 Ag2O纳米颗粒负载Ti0O2纳米管阵列的细胞相容性

4．1 主要实验设备

4．2 实验试剂及耗材

4．3 实验方法

4．3．1 细胞培养基的配制

4．3．2 细胞培养

4．3．3 细胞增殖

4．3．4 细胞毒性

4．3．5 细胞形态

4．3．6 统计分析

4．4 实验结果

4．5 讨论

4．6 本章小结

第五章 Ag2O纳米颗粒负载TiO2纳米管阵列对成骨细胞功能的影响

5．1 主要实验设备

5．2 实验试剂及耗材

5．3 实验方法

5．3．1 诱导培养基的配制

5．3．2 碱性磷酸酶活性

5．3．3 胶原分泌

5．3．4 细胞外基质矿化

5．3．5 统计分析

5．4 实验结果

5．5 讨论

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文