钛表面聚多巴胺—纳米银复合膜层的构建及抗菌性能研究

【摘要】细菌感染是骨植入手术中最严重的并发症之一,传统的治疗方法依赖于长期使用抗生素、清除手术等,增加了患者的痛苦和经济负担,甚至导致残疾和死亡。钛具有良好的力学性能,较好的生物相容性和耐腐蚀性,因而广泛用作硬组织修复材料。但钛生物活性差,植入人体后其表面会形成大量的纤维包囊,不能与周围骨组织形成骨性结合,易导致植入失败。因此,对钛基植入材料进行表面改性,赋予其良好的抗菌性能和成骨活性具有重要的现实意义。本课题从模拟类骨纳米结构及细胞外基质组分角度出发,利用化学氧化法构建了纳米结构化表面的活性钛基材；进一步接枝仿生聚多巴胺(PDA)膜层,构建出适宜的细胞外微环境；最后利用PDA的螯合作用和还原性制备出聚多巴胺-纳米银复合膜层,以期提高钛基植入体的抗菌性能的同时促进其骨整合,主要研究内容和结论如下：通过化学氧化法在亚微米“台阶”结构钛表面构建出纳米形貌,调控化学氧化的反应时间、温度和反应液(H2O2/H2SO4)配比得到了不同纳米结构化钛表面,推导了化学氧化法构建钛表面纳米结构的机理,探究了纳米结构化钛基材对小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)行为的影响。结果表明,钛表面原有的亚微米“台阶”结构随着氧化的进行而逐渐被刻蚀,亚微米粗糙度减小；化学氧化法在钛表面构建出无定型的Ti02薄层,其表面亲水性和表面能大大提高；与未处理的纯钛相比,表面纳米结构化促进了BMSCs在钛表面的粘附、增殖及成骨分化,体现较好的成骨活性。进一步利用多巴胺自聚合在纳米结构化钛表面构建出仿生聚多巴胺膜层。傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见光谱(UV-vis)等证实PDA均匀沉积在钛表面。体外矿化实验证明,PDA分子末端裸露的羟基能够螯合模拟体液中的Ca2+,从而大幅提高了羟基磷灰石(HA)的沉积能力,体现较好的生物活性。蛋白质定性吸附结果表明PDA膜层促进了牛血清白蛋白(BSA)的吸附,细胞实验证实PDA修饰钛表面成骨细胞(MC3T3-E1)早期粘附数量及增殖率高于未处理的对照组,显示了良好的细胞相容性。为提高钛表面的抗菌性能,本研究以PDA为桥梁,利用其对金属离子的螯合能力和自身的还原性成功将纳米银(AgNPs)沉积在PDA修饰钛表面,通过控制钛片在硝酸银溶液中的浸泡时间制备出不同负载量的AgNPs。银离子释放结果表明,反应1h和2h得到的AgNPs修饰钛表面银离子在释放3d内达到平衡,而反应4h样品在释放3d后仍呈上升趋势。选用金黄色葡萄球菌测试样品表面的抗菌性能,结果表明低负载量(1h和2h)AgNPs修饰钛表面具有优异的杀菌能力的同时,具有较好的细胞相容性,而高负载量(4h)的AgNPs修饰样品会对细胞粘附、增殖有一定的抑制作用。本研宄有望为临床制备出兼具抗菌和成骨活性的钛基植入材料提供新的研究思路。
【作者】谭英；
【导师】谭帼馨；
【作者基本信息】广东工业大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】钛；纳米结构；聚多巴胺；纳米银；抗菌；

【参考文献】
[1]朱海华,吴俊,陈龙夫.1780mm热连轧机厚度控制优化[J].冶金自动化,2011,05:57-60.
[2]程建.我国医疗器械政府全程监管问题研究[D].云南财经大学,公共管理,2013,硕士.
[3]陈永超.多描述编码的设计及其在图像传输中的应用[D].中南民族大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[4]侯彦超.啁啾脉冲激光小尺度自聚焦中不同位置的时空演变研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2011,硕士.
[5]张爱莲.基于创新能力培养的中职学前教育课程管理研究[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[6]唐慕清.弹载相控阵高重频雷达前视真实孔径成像方法研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[7]张健欣,童朝南.用P-MA解决多目标炉次计划编制问题[J].冶金自动化,2009,02:7-11.
[8]周洁.基于博弈论的窃听信道安全性能研究[D].南京邮电大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[9]张华.论无单放货责任的诉讼时效[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[10]徐明.HER-2/neu胞外配体结合区蛋白的原核表达及甘露糖化修饰[D].中国人民解放军军事医学科学院,免疫学,2003,硕士.
[11]齐承宇.基于FPGA的混沌信号发生器设计[D].沈阳工业大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[12]白娟.基于.NET和SQL Server的教务管理系统[D].郑州大学,计算机技术,2013,硕士.
[13]张慧超.柯尔施《卡尔·马克思》解读[D].吉林大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[14]胡海峰.表面缺陷对径向滑动轴承润滑性能的影响研究[D].大连海事大学,轮机工程,2014,硕士.
[15]杨俊杰.丝素/聚乳酸—乙醇酸共混纳米纤维膜制备及孔结构控制[D].浙江理工大学,材料工程（专业学位）,2014,硕士.
[16]刘嘉佳,刘俊勇,田立峰,张力,都亮.基于分位数的CVaR方法在水电多风险分析中的应用[J].电力系统自动化,2007,21:20-25.
[17]黄希.基于QoS的超级节点模式网格调度研究[D].宁波大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[18]杨小云.数据挖掘在图书馆中的应用[J].渭南师范学院学报,2005,S2:128-129.
[19]汪洪涛.数据挖掘中关联规则算法研究[D].重庆大学,2003.
[20]魏祖宽.FIC-2000天然气流量计量系统[D].合肥工业大学,电气工程,2003,硕士.
[21]崔谨想.下肢外骨骼机器人系统建模与仿真实验研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[22]刘艳.《论衡》文献学研究[D].黑龙江大学,中国古典文献学,2013,硕士.
[23]廖鄂.南极磷虾蛋白提取技术研究[D].中国海洋大学,水产品加工及贮藏工程,2014,硕士.
[24]彭莹.菜心(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee)Eru细胞质雄性不育系的研究与利用[D].华中农业大学,蔬菜学,2014,硕士.
[25]崔磊.LTE系统小区间干扰抑制技术的研究[D].湖北大学,微电子学与固体电子学,2011,硕士.
[26]王曦.风险投资公司与风险企业界面间激励机制研究[D].西安电子科技大学,企业管理,2004,硕士.
[27]邵青贤.我国FDI区位选择影响因素空间计量研究[D].西南大学,区域经济学,2014,硕士.
[28]郭怀文.福建三明地区森林火灾碳排放研究[D].北京林业大学,生态学,2013,硕士.
[29]李彩琼.三角范畴中的余挠偶[D].湖南师范大学,基础数学,2013,硕士.
[30]刁勤华,林济铿,倪以信,陈寿孙.博弈论及其在电力市场中的应用[J].电力系统自动化,2001,01:19-23.
[31]陆琬青.传统炊饮竹器设计特色及在现代的传承与创新[D].江南大学,设计艺术学,2012,硕士.
[32]王亚哲.1，25-（OH）_2D_3对哮喘小鼠肺内TIM-4表达的影响[D].郑州大学,儿科学,2013,硕士.
[33]龚维辉.工业园污水处理设计、调试与运行研究[D].南昌大学,环境工程（专业学位）,2012,硕士.
[34]程锡璠,李国义.世界纸盒包装工业的现状与趋势面面观[J].包装世界.1995(05)
[35]赵品品.年产3000t红枣浓缩汁的工厂设计[D].西北大学,制药工程（专业学位）,2012,硕士.
[36]许洪林.不要符号的符号[D].中国艺术研究院,美术学,2013,硕士.
[37]程捍东.湖北农村核心竞争力培育研究[D].武汉理工大学,工商管理,2003,硕士.
[38]苏鑫.姜黄中姜黄素类抗癌活性成分识别与成分配伍研究[D].天津大学,制药工程,2013,硕士.
[39]张辛瑞.星巴克（中国）的市场营销策略分析[D].吉林大学,国际商务,2014,硕士.
[40]郭瑞.5-羟色胺对蟋蟀视觉学习记忆的影响研究[D].沈阳师范大学,神经生物学,2014,硕士.
[41]杨晓桐.基于IPv6的无线传感器网络低能耗网络协议的研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[42]王玉丹,卢佳琪,赵方波.GO/PVDF复合水处理膜在污水处理中的应用[A].中国化学会、中国机械工程学会、中国材料研究学会.2014年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集（下册）[C].中国化学会、中国机械工程学会、中国材料研究学会:,2014:2.
[43]张晓艳.关于汉字词对韩国高中生汉语学习影响的调查[D].沈阳师范大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[44]申琳.基于聚类分析的招商项目客户关系管理研究[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[45]王玉璇.湖南省某市稻谷重金属污染现状与防治对策[D].中南林业科技大学,食品加工与安全,2014,硕士.
[46]卢丽.论“战后派”文学的实验性[D].吉林大学,比较文学与世界文学,2004,硕士.
[47]冯萍萍.融合双重信任网络的协同过滤推荐算法研究[D].燕山大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[48]程颖平.《相见恨晚》电影文本的语用原则研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[49]闫小艳.柿果中黄色素的提取及其理化特性分析[D].中国农业大学,果树学,2004,硕士.
[50]邢高兴.PWM整流器模型预测控制研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.