Ag2O纳米颗粒负载SrTiO3纳米管阵列的抗菌、成骨和成血管活性

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生物医用钛(Ti)及钛合金由于具有优良的机械性能、耐腐蚀性和生物相容性等已被广泛用作骨科植入体,但植入后仍存在松动和感染两种并发症。本课题先采用磁控溅射在纯Ti表面制备出钛银(TiAg)薄膜,然后对TiAg薄膜阳极氧化制备出Ag2O负载的TiO2纳米管阵列(表示为NT-Ag),再对NT-Ag在Sr(OH)2溶液中水热处理制备出含Sr的NT-Ag(表示为NTSr-Ag)。表征和分析各组试样的形貌、成分、微观结构特征和离子释放行为,并综合评估了它们的体外长效抗菌、成骨和成血管活性。研究结果如下:(1)NT-Ag中Ag以Ag2O纳米颗粒的形式均匀的镶嵌在非晶态TiO2纳米管壁上,对其进行水热处理制备出NT-Sr-Ag后,其纳米管形貌得到完好保留。由于Sr的引入,纳米管的管壁会随水热时间(1-5 h)的延长而变厚,管壁中的非晶态TiO2逐渐转变为立方结构的Sr TiO3,一部分Ag2O纳米颗粒得到完好保留而另一部分则在水热过程中溶解。(2)所有NT-Ag和NT-Sr-Ag试样都能长期有效且安全地释放Ag+和Sr2+,且初期的释放量大而快,随后趋于稳定。10天后,各组试样释放的Ag+量无明显差异。NT-2Sr-Ag和NT-3Sr-Ag(水热时间分别为2和3 h)相较于NT-1Sr-Ag和NT-5Sr-Ag(水热时间分别为1和5 h)能释放更多Sr2+。(3)由于Ag+的缓慢且有效释放,NT-Sr-Ag和NT-Ag都拥有优异的抗菌性能。(4)TiO2纳米管中Sr和Ag的引入未产生细胞毒性,且对成骨细胞的粘附、铺展和增殖无显著影响。(5)相较于纯Ti试样,TiO2纳米管独特的纳米管状结构能够促进成骨细胞分泌I型胶原蛋白。NT-Sr-Ag能提高成骨细胞碱性磷酸酶(ALP)的活性和细胞外基质的矿化水平,一方面是由于Sr对骨生成的正向调节作用,另一方面的促进作用可能来自Sr对成骨细胞作用所分泌的血管内皮生长因子(VEGF),其中Sr2+释放量最大的NT-2Sr-Ag和NT-3Sr-Ag拥有最好的成骨活性。(6)提取在试样表面培养成骨细胞的条件培养基进行内皮细胞培养,发现NT-Sr-Ag相较于纯Ti和不含Sr的TiO2纳米管能显著促进内皮细胞合成NO,且具有更好的成血管活性。分析认为,上述结果是由于NT-Sr-Ag中Sr2+的释放可促进成骨细胞分泌VEGF,而VEGF可促进内皮细胞的迁移和NO的合成,进而促进血管生成。其中,Sr2+释放量最多,也即VEGF分泌量最大的两组试样(NT-2Sr-Ag和NT-3Sr-Ag)的条件培养基的成血管活性最佳。总之,NT-2Sr-Ag和NT-3Sr-Ag表现出了最佳的体外长效抗菌、成骨和成血管活性,作为硬组织植入体涂层有良好的应用前景。
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