生物医用材料表面功能化涂层的构建及其抗菌/抗污性能研究

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lianghaoxian1988512
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疾病、意外损伤和组织器官功能病变需要及时诊治,利用生物医用材料制品参与治疗或恢复逐渐成为常态。随着我国慢慢步入老龄化社会以及人们对自身健康和生活质量的重视,人造血管、人工心脏瓣膜、种植牙、关节置换植入物、医用导管等生物医用材料制品的需求也随之快速增长。医用钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性、较低的弹性模量等优点,常被选用为理想的牙科和骨科植入物。聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有优良的耐高低温性、耐腐蚀性、生物惰性和无毒性等特点,被广泛用于医用导管、假体植入物、试剂承载容器和整容手术填充物等生物医用材料。这些材料给病患带来希望的同时,也暗藏着巨大的风险,即植入物相关感染。当暴露于有菌的体液环境中,钛合金和PDMS表面会触发蛋白质吸附,引起细菌和血小板粘附,形成血栓性疾病和细菌生物膜。植入物相关感染有可能导致伤口难以愈合,严重的需要二次翻修手术,浪费大量人力、物力和财力,更严重的后果甚至会导致患者死亡。因此,在生物医用材料表面构建具有抗污/抗菌功能的涂层以解决植入物相关感染问题显得尤为重要。生物医用材料表面功能化改性是材料研究领域热点之一,各式各样表面改性技术被成功运用于构建抗污/抗菌涂层。然而,一些报道的方法制备过程复杂,原材料不易获得需要合成表面活化试剂以及功能化无机、有机和有机-无机复合涂层材料,使用昂贵的仪器设备对表面进行预处理。本论文旨在探索简便、原料廉价易获取的表面改性方法,以构筑具有抗污/抗菌性能的涂层。首先,本论文使用“一锅法”在钛片表面同步沉积单宁酸(TA)和四臂聚乙二醇(PEG10k-4-OH),得到具有抗污性能的TA/PEG涂层;其次,利用氩气辅助风干法在PDMS表面连续沉积TA和ε-聚赖氨酸(ε-Ply),形成具有杀菌性能的TA-Ply涂层。本论文的主要研究内容包括:1.表面共沉积PEG10k-4-OH和TA以构建抗污涂层及其性能研究。首先采用“一锅法”在钛表面同步沉积TA和PEG10k-4-OH以构建聚合物防污涂层(Ti-TA/PEG);再采用“两步法”在钛表面连续沉积TA和PEG10k-4-OH以构建聚合物防污涂层(Ti-TA-PEG)。用静态水接触角、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)等表征了Ti-TA/PEG和Ti-TA-PEG涂层表面的亲水性能、元素组成特征和形貌变化;通过表面等离子体共振仪(SPR)分析评价了涂层对牛血清白蛋白(BSA)和纤维蛋白原(FBG)的抗蛋白吸附性能;利用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(CLSM)研究了涂层对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌粘附能力以及抗血小板粘附性能。结果表明:Ti-TA/PEG涂层比Ti-TA-PEG涂层具有更好的表面覆盖度和更高的涂层厚度,因而具有更好的防污性能。2.TA辅助的表面快速沉积ε-Ply抗菌涂层及其性能研究。首先利用TA的表面附着作用将其沉积在PDMS表面,再通过ε-Ply与固定的TA之间相互作用将其接枝到表面,由此制备出两种抗菌表面:PDMS-TA-Ply0.5和PDMS-TA-Ply2。通过XPS和接触角测量仪表征改性PDMS表面涂层的元素组成和亲疏水性;利用SPR评价了改性PDMS表面抗蛋白非特异性吸附性能;通过抑菌圈法、稀释涂布平板法、SEM和活/死荧光染色实验研究了改性PDMS表面抗细菌粘附和抗生物膜形成等性能;用噻唑蓝(MTT)法评价改性PDMS表面对L929小鼠成纤维细胞的毒性。结果表明:PDMS-TA-Ply0.5和PDMS-TA-Ply2可以抑制BSA和FBG对材料的非特异性吸附以及细菌粘附,且对L929小鼠成纤维细胞表现出极低的细胞毒性。此外,PDMS-TA-Ply2涂层含有更高的ε-Ply含量,对细菌生物膜的抑制形成作用更加明显。
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