人工关节假体表面采用微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层的抗菌性能与促成骨细胞生物活性的实验研究

摘要

本研究分为三部分：
　　第一部分：微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层的制备及表征检测
　　目的：采用微弧氧化技术将钛金属假体的二氧化钛纳米涂层中注入铜离子，以制备含铜离子的微弧氧化微孔涂层，并检测其表证。 方法：在微弧氧化电解液中引入A酸铜，实验参数为怛流模式下，电压420 V、占空比20％、频率500 Hz、处理时间5 min，电流密度为16.5 A/dm2等，制备含铜离子的微弧氧化掺铜二氧化钛（Cu-TiO2)纳米涂层，然后检测该涂层的形貌特征、化学组成，以及离子溶出物等表证。
　　结果：检测显示在钛金属表而的微弧氧化搀铜二氧化钛(Cu-TiO2) 纳米涂层中，己形成含多孔的纳米级二氧化钛涂层，并同时含有一定浓度的铜离子，而相组成均为锐钛矿TiO2，涂层的形貌特征和相组成尤显著改变。微弧氧化CU-T1O2纳米涂层中的各离子成份呈均匀分布，钙磷比为1.68 , 当浸泡于缓冲溶液中，涂层能向溶液中释放铜、钙、磷等离子。
　　结论：应用微弧氧化技术，在钛金属微弧氧化电解液中引入乙酸铜，可在钛金属表而氧化膜中掺入铜离子，形成Cu-TiO2纳米涂层，对涂层表而形貌的相组成尤显著影响，并改善了涂层的钙隣比，使其iii接近于理想的牛物活性材料。
　　第二部分：微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层的抗菌性能检测
　　目的：探讨微弧氧化掺铜二氧化钛（Cu-TiO2)纳米涂层对金黄色葡萄球菌的抗菌性能。
　　方法：以Cu-TiO2、TiO]涂层作为实验组A、B，纯T i片作为对照组，以金黄色葡萄球菌菌株 ATCC25923为实验菌株。将金黄色葡萄球菌菌株ATCC25923接种与各材料培养〗、4、6、8天，观察抑菌效果；将实验菌株与各材料的离子溶出物接种培养2天后，光镜下观察细菌增殖情况；在各材料表面接种实验菌株培养8天后，应用荧光染色法观察细菌增殖情况。
　　结果：表面抑菌实验结果显示：从培养后2天起，实验组A（Cu-TiO2）表现出明显的抑菌效应，其表面的金黄色葡萄球菌菌株ATCC25923细菌密度低于接种浓度，并随时间延长而逐渐下降，与其他两组组间差别有统计学意义(p<0.05);而实验组B (TiO2)、对照组（纯钛片）尤抑菌效应，其表面的金色葡萄球菌菌株ATCC25923的细菌密度高于接种浓度，并随时间延长而逐渐升高。由实验组B（TiO2涂层）及对照组（纯钛片）的离子溶出物与金黄色葡萄球菌菌株ATCC25923的细菌混悬液共同培养2天后，光镜下可见有大量的金黄色葡萄球菌增殖，而实验组A（Cu-TiO2涂层）的离子溶出物与实验菌株共同培养2天后，光镜下细菌数量稀少，只管差别显著。在实验菌株接种培养8天后，实验组B（TiO2涂层）及对照组（纯钛片）表面绿色荧光繁多，表面已有大量细菌粘附生长，而实验组A（Cu-TiO2涂层）的钛板表面绿色荧光稀少，与前两组只管差别显著，提示较少细菌粘附生长。
　　结论:微弧氧化掺铜纳米（Cu-TiO2）涂层与金黄色葡萄球菌菌株ATCC25923共培养后观察，该涂层具有明确的抗菌作用，其作用机制考虑与该涂层释放铜离子有关。
　　第三部分：微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层对成骨细胞MC3T3-E1生物活性的影响
　　目的：探讨微弧氧化掺铜二氧化钛（Cu-TiO2)纳米涂层对成骨细胞MC3T3-E1牛物活性的影响。
　　方法：以Cu-TiO2、TiO2涂层作为实验组A、B，纯Ti片作为对照组，分别按一定的密度接种MC3T3-E1细胞进行培养。应用扫描电镜在24小时观察成骨细胞在各材料表而的粘附铺展情况；在4天和8天后，采用荧光染色法（碘化丙啶染色）观察成骨细胞在各材料表而的增猜数m ;在2，4，6和8天，分别应用MTT法检测各材料表而成骨细胞增猜数荒，采用流式细胞仪分析细胞增猜周期情况，以磷酸对硝基苯?底物法检测碱性磷酸酶(ALP)活性；以RT-PCR法检测成骨细胞分化标志物Ⅰ型胶原(ColⅠ)、碱性磷酸酶及骨钙素(OC)的基因表达情况。
　　结果：电镜扫描观察提示，培养24小时后Cu-TiO2组的成骨细胞铺展优于其它两组；荧光染色结果立观提示，在笫4天和8天，Cu-TiO2涂层表而成骨细胞增猜数量明显多于其他两组；MTT检测结果表明：Cu-TiO2组在笫4天和6天其表而成骨细胞增猜数显著多于其它两组（PC0.05);流式细胞仪分析细胞周期结果显示：在培养笫4，6天时，Cu-TiO2组G0/G1期细胞d分比则明显低于其余两组(P<0.05)，而S期、G2/M期细胞白分比明显高于其余两组(P<0.05);各组ALP活性隨培养时间而渐增，Cu-TiO2组在笫4，6天时明显增高H.差异有统计学意义（p<0.05 );各组ALP、ColⅠ及OC基因表达均随培养时间而渐增；Cu-TiO2组中，ALP基因在笫4，6天时，ColⅠ基因于笫6，8天时，OC基因在笫8天时，表达水平均明显增高且差异有统计学意义（p<0.05)。
　　结论：通过微弧氧化掺铜二氧化钛（Cu-TiO2)纳米涂层与成骨细胞MC3T3-E1共培养观察，提示Cu-TiO2涂层具有显著促进成骨细胞粘附铺展、增殖及分化活性的作用，促进人工假体与宿主骨组织的骨键合，符合新型人工假体研制的材料学要求。

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参考文献

第一部分微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层的制备及表征检测

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

第二部分微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层的抗菌性能检测

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

第三部分微弧氧化掺铜二氧化钛纳米涂层对成骨细胞MC3T3-E1生物活性的影响

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

全文结论

综述： 矫形外科植入物复合涂层研究进展

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