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第一部分Vitamin C碳纳米点的制备和表征目的:骨髓炎是由细菌或真菌引起的破坏性、顽固性的感染,常导致骨的进行性坏死并进一步累及邻近关节和软组织。在当前骨髓炎治疗中,抗生素应用产生的细菌的耐药性及病灶清除后残留的骨缺损是影响临床疗效的重要原因。目前已经有不同的材料被研发用于治疗骨髓炎,但都有不足之处。理想的骨髓炎治疗材料应包含优秀的抗菌性能,成骨性能,良好的生物相容性,可降解性等。对此,我们尝试使用课题组之前报道的具有广谱抗菌性能的维生素C碳纳米点（Vitamin C Carbon nanodots,VCCDs）来研究其对骨髓炎的治疗效果。方法:通过一步电解法,将维生素C（Vitamin C）作为原料电解、提纯从而获得VCCDs,随后取其冻干粉末并制备成不同浓度溶液进行研究和检测。制备的材料分别行高分辨率透射电镜（HRTEM）、紫外吸收光谱（UV-vis spectra）、X射线电子能谱（XPS spectra）、傅里叶变换光谱（FT-IR spectra）等形态与结构的表征测试。结果:高分辨率透射电镜显示VCCDs呈圆形分散性分布,尺寸约为4.5 nm,紫外吸收光谱显示在235nm和290nm处有两处共轭结构的能级跃迁,X射线光电子能谱显示VCCDs主要由C、O元素组成,傅里叶变换吸收光谱可见VCCDs表面富含含氧官能团。结论:利用Vitamin C作为原料,经过一步电离法制得了 VCCDs。经过表征测试,由VitaminC制备的碳纳米点为尺寸4.5nm左右的纳米粒子,在溶液中均匀分散,主要由C、O元素组成。第二部分Vitamin C碳纳米点的体外抗菌性能研究目的:选取金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）作为研究对象,使用不同浓度的VCCDs进行干预,验证其对金黄色葡萄球菌的抑制作用。方法:通过最低抑菌浓度法（MIC）测定不同浓度VCCDs对金黄色葡萄球菌的抗菌活性,随后通过BCA定量法检测不同浓度干预后细菌蛋白的漏出量,提取DNA测定细菌内残余DNA量,最后构建金黄色葡萄球菌侵入成骨细胞模型,分别使用VCCDs与庆大霉素进行治疗。结果:最低抑菌浓度法（MIC）显示VCCDs浓度在100μg/mL时有明显的抑制作用,BCA定量表明随着VCCDs浓度升高,细菌蛋白漏出量明显增加。DNA定量表明经VCCDs干预后金黄色葡萄球菌的DNA含量减少明显,90min后VCCDs对成骨细胞内的金黄色葡萄球菌杀伤优于庆大霉素。结论:100μg/mL以上浓度的VCCDs对金黄色葡萄球菌有明显的抗菌作用且存在剂量依赖性,作用后能使细菌膜通透性增加并且对DNA造成损害。VCCDs对侵入成骨细胞的金黄色葡萄球菌有优秀的杀伤作用。第三部分Vitamin C碳纳米点的体外生物相容性及成骨性能研究目的:选取小鼠胚胎成骨细胞（MC3T3）作为研究对象,验证不同浓度的VCCDs的毒性及对细胞成骨分化的影响并加入原料Vitamin C作为对比,进一步验证VCCDs作为纳米点材料的新性质,为后续动物模型实验提供依据。方法:使用CCK-8法测量不同浓度VCCDs对MC3T3细胞活力的影响,并用荧光显微镜观察Live/dead染色情况;通过实时荧光定量PCR（Rt-qPCR）检测VCCDs干预下MC3T3细胞成骨相关基因的表达情况,Western blot法检测成骨相关蛋白的表达情况,碱性磷酸酶（Alp）染色检测成骨分化活性,茜素红S染色检测细胞基质矿化程度。最后通过干预小鼠巨噬细胞（RAW264.7）来检测对其表型极化影响,进一步研究VCCDs的免疫调控性能。结果:实验显示浓度低于300μg/mL的VCCDs对MC3T3细胞活性无明显影响,在400μg/mL时表现出对MC3T3细胞明显的活性抑制作用。浓度在100μg/mL以上的VCCDs对MC3T3细胞Alp表达和钙结节形成均有明显的促进作用,且效果优于Vitamin C。对于RAW264.7细胞,VCCDs能促进其M2表型基因的表达,使其分泌促成骨因子进一步加强成骨分化作用。结论:实验通过选取不同浓度的VCCDs,加入Vitamin C作为对比,采用CCK-8法、live/dead染色、Alp染色、茜素红S染色、RT-qPCR、Western blot等方法从MC3T3细胞活性、成骨分化能力,RAW264.7细胞极化表型等方面进行检测,研究结果表明一定浓度的VCCDs对MC3T3细胞有良好的相容性,能促进成骨表达,并且能促进RAW264.7细胞的M2表型极化。第四部分Vitamin C碳纳米点的体内抗菌及成骨性能目的:建立小鼠金黄色葡萄球菌感染骨髓炎模型,在此基础上研究VCCDs作为骨髓炎治疗材料的抗菌及成骨效果,以期为骨髓炎的纳米治疗提供新的思路。方法:选取balb/c小鼠胫骨近端进行骨髓炎造模,实验分为对照组、骨髓炎组和VCCDs组,记录手术前后小鼠体重,体温及白细胞数量变化,最后取胫骨标本,通过micro-CT扫描重建,微生物计数,组织学染色及免疫组化等手段评价治疗效果。结果:所有手术后的小鼠体重都有不同程度的减轻,之后对照组与VCCDs治疗组开始上升;三组动物的体温和白细胞数量在骨髓炎造模成功后也明显增加,清创术后加上VCCDs治疗后白细胞计数逐渐降低至10×109以下,体温也保持相对低的水平。清创术后14天的组织微生物培养计数发现金黄色葡萄球菌的菌落数明显减少,VCCDs治疗后减少更明显。Micro-CT扫描可见模型组胫骨髓腔及骨皮质破坏明显,定量分析显示骨密度相较于对照组明显降低,而VCCDs治疗组的骨密度降低程度较轻。HE染色也表明模型组有大量中性粒细胞浸润,治疗组结果显示炎症和脓肿明显减少。免疫组化结果显示VCCDs治疗后的组织成骨因子Runx2,OCN的表达上调。结论:VCCDs对小鼠金黄色葡萄球菌骨髓炎有较好的抗菌及骨缺损修复作用,作为新型纳米材料有望进一步挖掘其骨髓炎的治疗前景。