医用钛表面金纳米粒子负载及其生物学性能

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunlai_zhang
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钛金属具有良好的力学性能和生物相容性,常用于硬组织修复与替换,但其是生物惰性材料,缺乏必要的抗菌性能和生物活性。金纳米粒子具有表面等离子体共振特性,广泛应用于生物传感器、体内成像和光热治疗等生物医学领域。利用不同的物理化学方法可制备不同形貌的金纳米粒子,并显示其独特的性能和应用前景。本文制备了不同形貌的金纳米粒子,采用静电自组装技术将其负载于表面改性钛样品表面。探查金纳米粒子的形成及其与基底钛的结合,进一步探查金纳米粒子负载的钛表面的结构、组成与理化性质,评价载金钛表面的抗菌性能和生物相容性,阐述相应的抗菌机制。论文的主要研究结果有:1.通过阳极氧化技术的工艺探查,在预处理钛表面制备管径约100 nm的有序氧化钛纳米管结构。通过硅烷偶联剂使金纳米颗粒自组装于氧化钛纳米管表面,并以调控偶联剂的负载工艺调节金纳米颗粒的负载量。负载金纳米颗粒的钛表面有利于样品对蛋白的吸附,进而提高了大鼠骨髓间充质干细胞的早期黏附与铺展、增殖和分化。钛表面金纳米颗粒的负载降低了样品表面Zeta电位值,可有效抑制细菌的黏附。金/氧化钛的肖特基接触使载金钛表面对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有一定的抑菌能力,且抑菌能力与金纳米颗粒的负载量有关,实验组中相对载金量少的钛表面的抑菌能力更为明显。2.通过静电自组装技术,可将金纳米棒均匀的负载于酸处理的钛表面。实验显示,金纳米棒的纵向等离子体共振吸收在近红外光区,因而负载金纳米棒的钛表面能够吸收近红外光并转化为热能,具有明显的光热效应,因而对革兰氏阴性杆菌(大肠杆菌和绿脓杆菌)和革兰氏阳性球菌(金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌)具有可重复的光热抗菌能力,其中对革兰氏阴性杆菌的抗菌效果更为明显。近红外光辐照的载金钛表面会降低小鼠成骨细胞的细胞相容性。3.采用化学还原技术,将银和铂包覆在金纳米棒表面,形成核-壳纳米棒(金核-银壳纳米棒Au@Ag、金核-铂壳纳米棒Au@Pt)和核-壳-壳纳米棒(金核-银壳-铂壳纳米棒Au@Ag@Pt)。通过静电自组装技术,在确定的工艺条件下,将Au、Au@Ag、Au@Pt、Au@Ag@Pt纳米棒负载于酸洗钛表面。实验显示,负载Au@Ag和Au@Ag@Pt纳米棒的钛表面可实现银的缓慢释放,显示出对表皮葡萄球菌和绿脓杆菌的接触抗菌和释放抗菌能力。细胞实验表明,Au@Ag纳米棒表面包覆Pt可有效提高其细胞相容性,使负载Au@Ag@Pt纳米棒的钛表面兼具良好的抗菌性能和适宜的细胞相容性。4.基于多巴胺的自聚合作用,可在负载金纳米棒的钛表面沉积含锌的聚多巴胺薄膜。实验发现,锌以Zn2+的形式存在,且均匀分布于聚多巴胺薄膜。聚多巴胺的沉积不仅不影响金纳米棒的光热效应,且可加速近红外光辐照下Zn的释放,使复合表面显示出Zn的光控释放能力。含锌聚多巴胺/金纳米棒/钛样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均表现出接触抗菌效果和光控释放抗菌能力。含锌聚多巴胺的修饰和近红外光的辐照会降低小鼠成骨细胞的细胞相容性。
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