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种植体周围炎是影响种植体周围软硬组织健康的炎症疾病,随着炎症进展会导致种植体周围大量支持骨丧失并最终引起种植体脱落。种植体周围炎的治疗主要包括感染组织的去除以及对缺损软硬组织的修复,目前临床上主要用于种植体周围炎治疗的骨缺损修复材料为自体骨或异种骨。尽管自体骨和异种骨收获了令人满意的临床治疗效果,但是它们往往存在一些问题:供区并发症、价格昂贵、产量低、抗菌性能差等。人工合成骨替代材料是目前的研究重点。纳米介孔钙硅颗粒是有较高比表面积与孔体积的新材料,研究表明其拥有良好的生物相容性、较好的载药能力,并能在溶液中释放对成骨有重要意义的钙离子和硅离子,材料自身也有一定的抑菌能力。磁场有丰富的生物学作用,交变电磁场已经临床应用于伤口愈合、骨疾病等的治疗中。关于恒定磁场对人骨组织的作用目前还存在争议,前期研究中我们发现恒定磁场能提高纳米介孔钙硅颗粒硅离子的释放速率,磁场作用下纳米介孔钙硅颗粒可能会因为更多的的硅离子释放而拥有更好的体外矿化成骨能力。季铵盐是广泛应用于印染、化工的抗菌涂剂,具有作用时间长、生物安全性好、抵抗细菌附着的能力。载季铵盐的纳米介孔钙硅颗粒可能能提高材料抵御微生物在表面的附着的能力。综上所述,我们设计了下列三个实验来解决前述问题:(1)合成纳米介孔钙硅颗粒,探究其形貌特性。从Wistar大鼠骨髓腔中提取原代细胞培养,对原代细胞进行鉴定后用于纳米介孔钙硅颗粒的细胞毒性的探究。以纳米羟基磷灰石作对照,研究纳米介孔钙硅颗对牙龈卟啉单胞菌的抑菌杀菌效果、并对离子释放、降解、体外矿化等性能作探索。(2)使用永磁体创造恒定磁场,研究恒定磁场作用下纳米介孔钙硅颗粒离子释放、降解、体外矿化等性能的变化。同时研究恒定磁场作用下纳米介孔钙硅颗粒浸提液对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。使用唾液和牙龈卟啉单胞菌构建钛片表面菌斑生物膜模型,探索磁场作用下纳米介孔钙硅颗粒对钛片表面菌斑生物膜内细菌的杀菌效果。(3)将季铵盐载入纳米介孔钙硅颗粒,研究载药后纳米介孔钙硅颗粒的形貌、离子释放、体外矿化等性能,并研究其抵抗微生物在材料表面附着的能力。使用较为耐药的粪肠球菌探究载QAC的纳米介孔钙硅颗粒对其的杀菌效果。第一部分MCSNs的合成及其理化、抗菌和矿化作用目的:合成纳米介孔钙硅颗粒(MCSNs),分析其理化性质。分离并鉴定大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs),检测MCSNs的生物学性能。研究MCSNs的体外矿化能力。材料和方法:以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板合成MCSNs。场发射扫描电镜(SEM)观察MCSNs的表面形貌,透射电镜(TEM)观察MCSNs的孔隙形貌,XRD检测MCSNs的物象,全自动比表面积及孔隙分析仪检测MCSNs的比表面积、孔直径、孔体积、孔分布。测量MCSNs在水中的pH值和在pH=7.4缓冲液中的离子释放情况。研究MCSNs在模拟体液和培养基中的降解趋势。从Wistar大鼠骨髓腔中分离骨髓间充质干细胞并进行成骨、成脂、表面抗原的鉴定。使用鉴定后的骨髓间充质干细胞研究MCSNs的细胞毒性。使用牙龈卟啉单胞菌研究MCSNs的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)。在模拟体液(SBF)中研究MCSNs的体外矿化能力。结果:场发射扫描电镜(SEM)下MCSNs为直径50-200nm的接近球形颗粒,透射电镜(TEM)表明MCSNs有介孔结构。XRD结构分析表明MCSNs是无定型结构。比表面积及孔隙分析表明MCSNs比表面积为202.54m2/g,孔体积为0.35cm3/g,平均孔直径为3nm。MCSNs在水中pH稳定在9.8左右,pH在15天内呈稳定不变的趋势。全谱直读等离子发射光谱结果表明MCSNs在3天内爆发性释放完所有的钙离子,硅离子释放平缓稳定。MCSNs降解实验说明MCSNs在模拟体液和培养基中更倾向于吸附离子在表面形成结晶。提取的骨髓间充质干细胞具有成骨、成脂分化的能力,细胞表面抗原CD44、CD29为阳性,CD11b、CD45为阴性符合骨髓间充质干细胞表面抗原特性。CCK-8细胞毒性测试说明MCSNs浓度在40mg/ml以下时对骨髓间充质干细胞生长没有影响。MCSNs对牙龈卟啉单胞菌的最小抑菌浓度为40mg/ml,最小杀菌浓度为60mg/ml。MCSNs在模拟体液中能形成大量的“花蕾状”矿化结晶沉积,能谱表明结晶中钙磷比与羟基磷灰石相符。结论:MCSNs成功合成,MCSNs有适合于载药的比表面积,在溶液中呈碱性,能较快释放钙离子和缓慢释放硅离子。成功分离骨髓间充质干细胞,浓度为40mg/ml及以下的MCSNs浸提液对骨髓间充质干细胞无明显毒性。MCSNs在模拟体液中能在表面形成大量矿化结晶沉积。第二部分IMCSNs在恒定磁场作用下的抗菌及体外矿化成骨研究目的:研究MCSNs在恒定磁场(SMF)作用时的理化性质变化,探究MCSNs在恒定磁场作用下(SMF-MCSNs)的抗菌性能,观察SMF-MCSNs对骨髓间充质干细胞增殖的影响,探索SMF-MCSNs的体外矿化成骨性能。材料和方法:使用烧结钕铁硼永磁体建立恒定磁场,测量SMF-MCSNs在水中的pH值和在pH=7.4缓冲液中的离子释放情况。研究SMF-MCSNs在模拟体液和培养基中的降解趋势。在钛片表面构建牙龈卟啉单胞菌菌斑生物膜,探究SMF-MCSNs对生物膜内牙龈卟啉单胞菌的杀菌效果。使用CCK-8法观察SMF-MCSNs浸提液对骨髓间充质干细胞增殖的影响,用异硫氰酸荧光素(FITC)标记的鬼笔环肽观察SMF-MCSNs浸提液对骨髓间充质干细胞细胞骨架的影响。使用茜素红s染色观察SMF-MCSNs对骨髓间充质干细胞成骨的作用,用荧光定量PCR探索SMF-MCSNs对骨髓间充质干细胞成骨相关基因表达的影响。在模拟体液(SBF)中研究SMF-MCSNs的体外矿化能力。结果:成功建立强度100mT的恒定磁场,SMF-MCSNs在水中pH稳定在9.8左右,SMF-MCSNs钙离子释放趋势与MCSNs类似为爆发性3天内全部释放,硅离子释放量较MCSNs显著提升。SMF-MCSNs降解实验结果同MCSNs类似,在模拟体液和培养基中表现为质量增加。激光共聚焦显微镜观察结果表明SMF-MCSNs作用后钛片表面菌斑生物膜内观察不到细菌,平板计数结果证实SMF-MCSNs有效降低钛片表面菌斑生物膜内细菌数量。CCK-8结果说明SMF-MCSNs浸提液对骨髓间充质干细胞的增殖在第5、7天时有一定抑制作用,荧光标记的鬼笔环肽染细胞骨架后发现SMF-MCSNs浸提液培养的细胞偏向扁平。茜素红s染色发现SMF-MCSNs成骨诱导浸提液培养的细胞皿内有散在红染结晶。荧光定量PCR结果表明SMF-MCSNs的OCN、ALP等成骨基因表达与MCSNs的差异无显著性意义。模拟体液中SMF-MCSNs表面形成大量矿化结晶,结晶形成比MCSNs更厚。结论:恒定磁场会提升MCSNs的硅离子释放速率,提升MCSNs的抗菌性能,提升MCNSs体外矿化的能力。恒定磁场对MCSNs的pH、钙离子释放无明显影响,SMF-MCSNs对骨髓间充质干细胞增殖与形态的影响与MCSNs无明显差异,SMF-MCSNs诱导骨髓间充质干细胞增殖与成骨的能力与MCSNs无明显差异。第三部分载QAC对MCSNs抗菌和矿化能力的影响目的:合成载季铵盐二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵的MCSNs颗粒(M-QAC),探讨M-QAC的理化性质,细胞毒性和抗细菌附着与抑制细菌生长的能力,并研究M-QAC的体外矿化能力。材料和方法:水热法将QAC载入MCSNs内,傅里叶红外光谱检测QAC载入情况。场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察M-QAC的形貌与孔隙。使用MC3T3-E1细胞测试M-QAC的细胞毒性。在模拟体液中研究M-QAC的体外矿化能力。使用BTB显色培养基和平板计数的方法研究M-QAC对粪肠球菌的抑菌效果。使用场发射电子显微镜和比色法分析M-QAC抗粪肠球菌附着的能力。结果:场发射扫描电镜表明M-QAC为直径100-200nm的接近球形颗粒,透射电镜结果表明M-QAC内有大量杂乱孔隙,边缘不清晰。傅里叶红外光谱结果表明QAC成功的添加到MCSNs上。M-QAC在水中的pH在9.5左右,钙离子和硅离子释放速率较MCSNs下降。体外矿化实验结果表明M-QAC能在表面形成磷灰石沉积,沉积的结晶钙磷比在1.4-1.8间。BTB显色培养基实验表明M-QAC组在第9小时出现变色,MCSNs组在第7小时开始变色,平板计数结果表明M-QAC组平板内菌落数量最低。扫描电镜结果说明M-QAC表面几乎看不到粪肠球菌,而MCSNs表面有大量粪肠球菌。结论:成功合成M-QAC颗粒,载QAC后MCSNs有更缓和的钙离子和硅离子释放趋势,更强的抑菌和抵抗细菌附着能力,并有良好的体外矿化能力。