研究背景和目的目前对先天性或外伤等原因造成的体表组织器官的畸形和缺损主要依靠手术的方法来修复和重建。采用软组织填充材料在畸形和缺损部位进行植入,是其主要的治疗方式,也符合现代医学的发展趋势―以“无创修复”替代“以创伤修复创伤”。作为能满足临床领域需要,拥有良好性能的“理想”材料,应具备以下条件:1.良好的生物相容性;2.优异的生物力学特性;3.稳定的化学性能;4.非磁性、易于加工、消毒等。目前,整形外科常用材料如膨体聚四氟乙烯(e PTFE)、硅橡胶(Silicone rubber,SR)、β-磷酸三钙(β-TCP)、羟基磷灰石(HA)、聚乳酸(PLA)等,以上材料各有利弊,无法满足机体多样性的要求,使之不能成为“理想”的软组织充填材料,在临床实际应用上存在很多弊端。影响传统软组织植入材料硅橡胶(SR)临床应用效果的关键问题是SR的疏水性。对SR进行改性,增强亲水性,是增加其生物相容性、降低感染率的一个有效方法。前期研究中,本课题组采用碳离子(C)对SR进行表面注入,得到碳-硅橡胶(Carbon ion implanted silicone rubber,C-SR),发现其细胞相容性增强。本实验基于前期研究基础上,采用邵氏A型硬度计和微机控制电子万能试验机对表面改性后的碳-硅橡胶材料进行机械性能的评价;按照国家标准采用溶血实验、植入实验、刺激与致敏实验、全身毒性实验对改性材料的生物安全性进行评价;同时采用一系列实验研究不同细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌)在改性材料的表面的生长、黏附情况进行研究。以期研发出具有良好生物相容性同时具有抗细菌黏附性能的软组织植入材料,为进入临床应用奠定良好的基础。研究方法研究分为三部分:第一部分:SR和C-SR的制作及理化性能检测1.在25℃室内环境下采用双组份医用液态硅橡胶,按模具制作成100mm×100mm×1mm大小的硅橡胶片,随后通过离子注入机进行1×1015 ion/cm2、3×1015ion/cm2、1×1016ion/cm2三种剂量的碳-硅橡胶制备,分别标记为c1、c2、c3。2.使用邵氏a型硬度计和微机控制电子万能试验机对材料进行硬度、撕裂强度、撕裂伸长率、抗拉强度进行测定。第二部分:参照《医疗器械生物学评价》,对sr和c-sr的生物安全性进行评价1.按照国家溶血实验标准,对sr、c1、c2、c3的溶血率进行测定;2.按照国家全身毒性实验标准,采用sr、c1、c2、c3的浸提液对sd大鼠进行腹腔注射,检测注射前后体重及肝肾功变化情况来判断材料的毒性;3.按照国家植入实验标准,将sr、c1、c2、c3植入sd大鼠皮下,检测术后7天、1个月、3个月、6个月材料周围炎症、包膜厚度情况,并作相关免疫组化染色分析;4.按照国家刺激实验标准,将sr、c1、c2、c3材料浸提液对豚鼠皮肤进行刺激实验;5.按照国家致敏实验标准,将sr、c1、c2、c3材料浸提液对豚鼠皮肤进行致敏实验;6.按照国家热源实验标准,将sr、c1、c2、c3材料浸提液对家兔进行耳尖静脉注射后监测体温情况。第三部分:sr和c-sr表面抗细菌黏附性能评价1.平板菌落计数实验:将四种材料分别置于菌液中1h和24h,其后采用恒温震荡器将其黏附细菌分离并涂布于培养平板上观察,统计菌落数;2.死活细菌染色:将四种材料分别置于菌液中1h和24h,其后分离材料表面细菌,用死活细菌染色试剂盒(lifetechnologylive/dead)对菌液进行染色,并在激光共聚焦显微镜下观察细菌死活情况,并采用ipp6.0对结果进行分析;3.扫描电镜观察:将四种材料置于菌液中1h,将材料表面细菌进行固定脱水喷金,并在扫描电镜下观察细菌的黏附情况。研究结果1.成功制备了硅橡胶片,采用多功能离子注入机成功制备了三张不同注入剂量的碳-硅橡胶(c1、c2、c3)。2.使用邵氏a型硬度计和微机控制电子万能试验机,对sr和c1、c2、c3进行了硬度、抗拉强度、撕裂强度、撕裂拉伸率检测,通过对数据的分析得出,“c”离子的表面注入改性没有影响硅橡胶的机械性能。3.溶血试验结果得到三种硅橡胶(c1、c2、c3)的溶血率分别为0.1%、0.3%、0.4%,完全符合国家标准。4.对SD大鼠的肝肾功、体重等监测未发现异常增高或降低,无死亡情况,说明改性材料无毒性。5.对植入皮下材料周围包膜组织进行HE、Masson、CD4、CD68、TNF等染色,并进行相关数据的统计学分析得出,改性材料的炎性反应、包膜增生情况明显好于普通硅橡胶。6.材料浸提液对豚鼠皮肤进行刺激实验,进行皮肤观察和HE染色后得出,改性材料无刺激作用。7.材料浸提液对豚鼠皮肤进行致敏实验,进行皮肤观察和HE染色后得出,改性材料无致敏作用。8.材料浸提液行家兔耳尖静脉注射后,通过测量肛温进行对比分析后得出改性材料无致热源作用。9.培养平板细菌菌株生长情况得出,细菌在改性材料表面的黏附明显少于普通硅橡胶,且随着碳离子注入剂量的增加,细菌黏附情况降低。10.细菌死活免疫荧光染色结果显示,活细菌在改性材料表面的黏附明显少于普通硅橡胶,且随着材料碳离子注入剂量的增加,活细菌黏附情况降低。11.扫描电镜结果显示,细菌在改性材料表面的黏附明显少于普通硅橡胶,且随着材料碳离子注入剂量的增加,细菌黏附情况降低。结论1.C-SR改性材料制作工序简单,有保持了SR的良好机械性能;2.C-SR改性材料无溶血性、无毒性、无刺激作用、无致敏作用、无致热源作用,改性材料植入老鼠体内后周围组织炎性症状轻于普通硅橡胶,包膜增生厚度小于普通硅橡胶;说明碳-硅橡胶具有良好的生物安全性和相容性。3.C离子表面注入降低了细菌在SR表面的黏附,且随着注入剂量增加减少细菌黏附的作用更好,说明C-SR的应用将会减少感染的发生率。