目的:钽金属是骨科常用的生物材料,其生物安全性以及骨整合特性已经在数十年的临床应用中得到证实,但是其抗菌性能目前仍存在争议。本研究拟探究钽纳米颗粒涂层的体内外抗菌效能及其相关机制。方法:首先通过磁控溅射的方法在钛基表面喷涂不同厚度的钽纳米颗粒涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和X射线衍射(XRD)进行材料表征的研究。CCK8实验检测材料体外生物相容性。构建小鼠背部皮下内植物模型,通过检测血常规、血生化指标以及重要脏器病理表现评估材料的体内生物相容性。构建mcherry大肠杆菌/HL60-eGFP类中性粒细胞/生物材料双荧光三相动态共培养体系,初步评估钽纳米颗粒涂层的体外免疫抗菌效能。使用ST1792-lux生物发光细菌构建小鼠皮下内植物周围感染模型,应用IVIS系统动态观察小鼠体内感染的变化情况,通过组织病理切片评估内植物周围组织的病理改变,通过CFU计数定量统计内植物表面及其周围组织的细菌生物量。体外细菌与材料共培养,通过CFU计数的方法,统计浮游菌和生物膜的细菌生物量;通过live/dead荧光染色以及扫描电镜定性研究材料表面的生物膜。构建生物材料-静脉血-细菌三相共培养体系,通过血涂片以及瑞士吉姆萨染色定性定量研究不同体系内中性粒细胞的吞菌率;构建生物材料-分离的中性粒细胞-细菌三相共培养体系,使用LDH试剂盒检测不同体系内中性粒细胞的裂解率。构建LPS-小鼠巨噬细胞-生物材料三相共培养体系,使用ELISA检测试剂盒测定体系内IL-6、TNF-α以及IL-1ra的水平。最后,构建大鼠骨髓炎模型,通过X线以及microCT评估植入不同材料后感染性骨溶解的严重程度。结果:随着磁控溅射时间的延长,钛基表面的钽纳米颗粒涂层逐渐变厚,XPS和XRD结果显示钽纳米颗粒以金属单质和稳定的氧化物的形式存在。钽纳米颗粒涂层能够促进前成骨细胞以及巨噬细胞在材料表面的增殖,同时,不会对小鼠主要脏器和血液系统造成不良影响。双荧光共培养模型初步证明了钽纳米颗粒涂层能够促进类中性粒细胞的吞菌。小鼠皮下内植物周围感染模型发现钽纳米颗粒涂层能够明显减轻体内感染的严重程度;然而,体外研究发现钽纳米颗粒涂层本身不具备直接抗菌能力。离体共培养模型发现,钽纳米涂层能够促进中性粒细胞对细菌的吞噬,而抑制中性粒细胞的裂解。同时,其能够促进巨噬细胞释放促炎细胞因子IL-6和TNF-α,而抑制抑炎细胞因子IL-1ra的释放。大鼠骨髓炎模型显示,钽纳米颗粒涂层能够减轻感染状态下的骨溶解以及骨破坏。结论:钽纳米颗粒涂层具有良好的体内抗菌活性,而不具备体外直接抗菌能力。其抗菌性能是通过对中性粒细胞和巨噬细胞的免疫激活而实现的。同时,钽纳米颗粒涂层具有优良的体内外生物相容性,具有临床转化的前景。