骨科内植物在推动骨科发展的同时,也增加了内植物感染的风险。内置物感染是骨科手术后灾难性的并发症,不但给国家和个人造成巨大的经济损失,也对骨科医生提出了巨大挑战。由于内置物感染发生在生物材料与周围组织的界面,而且细菌贴附是感染的始动因素,因此在内置物表面进行抗菌或抑菌修饰成为新的治疗和预防策略。从理论上讲,内置物表面修饰后,局部形成抗菌或抑菌的微环境,可以减少细菌的贴附,提高自身免疫力和抗菌素杀灭细菌的能力。目的:为了降低内植物感染的发生,首先解决细菌在内植物表面种植、贴附这一始动环节。通过分析不同亲疏水表面对细菌贴附影响的作用机理,提出了降低内植物表面亲水程度,形成超疏水表面的设计方案,并验证其抑菌效果。同时,在钛金属表面构建载体层,负载有效抗菌素,观察其抗菌效果。材料和方法:1.通过电化学阳极氧化法在钛金属表面构建TiO₂纳米管阵列薄膜2通过X射线能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和接触角（CA）仪分析TiO₂纳米管阵列薄膜的表面构成、晶体结构、表面形貌以及表面浸润性3.通过自组装的方法,在TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上修饰低表面能物质,构建了钛金属超疏水表面4.通过接触角分析自组装后钛金属表面的超疏水性5.通过体外抑菌试验,比较了不同表面对细菌贴附的影响,观察超疏水表面的抑菌效果6.通过药物的吸附和释放实验,观察TiO₂纳米管阵列薄膜的吸附性能7.体内和体外抗菌试验,观察载药TiO₂纳米管阵列薄膜的抗菌效能结果:表面形貌:在含氟溶液中,通过控制反应电压、反应时间等参数,可以在含钛金属的表面制备出形态规则,均匀一致管状结构,形成丛林状纳米管阵列。结构表征:纳米管阵列仅由钛元素和氧元素构成,不含任何其它元素。通过热处理可以改变TiO₂纳米管的晶型,加热到450℃后,由无定型转变成锐钛矿型。钛金属表面氧化成纳米管阵列后,其表面亲水性增加,接触角由原来的80.4°±1.5°下降到48.6°±1.0°,和20.2°±2.7°。超疏水表面抑菌效果:在TiO₂纳米管阵列表面修饰低表面能物质PETS,其接触角可以达到156°±1.0°。体外抑菌试验证明:相对于亲水和普通疏水表面,其抑菌程度可以降低50%-90%,能够有效降低细菌贴附。TiO₂纳米管载药和释放:TiO₂纳米管有强大的吸附能力,可以将万古霉素和妥布霉素吸附到管内。但是从释放角度考察,抗菌素释放较少,释放的时间不规律,需要进一步探索研究。载药TiO₂纳米管抗菌实验:体外实验证明,载药TiO₂纳米管可以减少细菌贴附,相对于为载药组减少贴附程度达到50%。动物实验证明,在适当浓度,载药TiO₂纳米管可以改善骨感染和骨髓炎临床症状。核素骨扫描:股骨下端感兴趣区,载药侧放射性计数明显低于对照侧。Micro CT:明确观察到对照侧,皮质骨破坏和骨膜反应,而载药侧不明显。病理结果与Micro CT结果一致,对照侧骨髓感染程度、皮质骨破坏和骨膜反应程度明显高于载药侧。结论:1.电化学阳极氧化法在钛金属表面构建了TiO₂纳米管阵列薄膜。2.在TiO₂纳米管阵列表面,可以形成超疏水表面,并且能大大降低细菌的贴附和种植。3.TiO₂纳米管吸附能力强大,可能成为新型药物载体,吸附有效抗菌素治疗或者预防内植物感染