經(jīng)皮鈦植入體的納米結(jié)構(gòu)化表面改性及其生物學(xué)性能.pdf

1、經(jīng)皮植入器械穿過皮膚固定于體內(nèi)并保持部分于皮膚創(chuàng)口或伸出皮膚外，由于部分暴露于體外，就要求植入體與周圍皮膚組織形成良好的生物密封以避免發(fā)生感染。鈦及鈦合金以其良好的力學(xué)性能和骨整合性能被廣泛用作經(jīng)皮器械，然而鈦是生物惰性材料，植入體內(nèi)后與軟組織整合能力差，同時鈦植入體本身也無抗菌性能。為了降低術(shù)后感染的發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)良好的生物密封，我們對鈦植入體進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化的表面改性，以期獲得既有抑菌性能又有利于皮膚組織細(xì)胞黏附生長的功能表面。

2、　　大量的研究顯示鈦表面二氧化鈦納米管具有多孔形貌和納米級粗糙度，有利于細(xì)胞粘附，并且能促進(jìn)細(xì)胞增殖分化，這都表明二氧化鈦納米管改性的鈦植入體在植入材料領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。本研究通過體外蛋白質(zhì)、細(xì)菌、巨噬細(xì)胞、表皮角質(zhì)細(xì)胞，成纖維細(xì)胞實(shí)驗以及動物皮下體內(nèi)實(shí)驗，探究納米結(jié)構(gòu)改性后的鈦經(jīng)皮植入體是否能與周圍組織形成良好結(jié)合，及其與體內(nèi)相關(guān)組織的整合過程，為其應(yīng)用提供理論與實(shí)驗基礎(chǔ)。此外，還采用鈦結(jié)合噬菌體對鈦植入體進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化表面改性

3、并對其表面理化性能及生物相容性進(jìn)行初步評價。
　　本論文的主要工作及結(jié)論如下:
　　采用陽極氧化技術(shù)在鈦植入體表面構(gòu)建的二氧化鈦納米管膜(TNT)具有優(yōu)良的潤濕性和較高的比表面積，表面吸附的蛋白質(zhì)使材料具有更強(qiáng)的生物活性，可以促進(jìn)細(xì)胞在材料表面的粘附等行為。由于TNT的表面粗糙度屬于納米級，不利于細(xì)菌在其表面粘附。在紫外和日光條件下，TNT的光催化效應(yīng)使其表現(xiàn)出較好的抑菌能力。TNT的抑菌性能有助于減少經(jīng)皮感染的發(fā)生。

4、>　　在TNT表面培養(yǎng)巨噬細(xì)胞發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)抑制了巨噬細(xì)胞的增殖遷移及炎性因子分泌。脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）修飾的TNT表面能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的遷移并調(diào)控其功能轉(zhuǎn)化，在短時間內(nèi)大量表達(dá)促炎性因子及時清除周圍的細(xì)菌等病原體，并且在炎癥消退后誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促進(jìn)組織修復(fù)的方向轉(zhuǎn)化。這表明在植入體誘發(fā)的感染環(huán)境下TNT不僅具有良好的炎性調(diào)控功能，而且還能促進(jìn)組織修復(fù)。
　　在不同生理環(huán)境下，研究TNT與人表皮角質(zhì)

5、細(xì)胞(Human epidermal keratinocyte，HaCat)和人真皮成纖維細(xì)胞（human skin fibroblast，HSF）之間的作用機(jī)制。TNT能促進(jìn)HSF細(xì)胞的增殖遷移及相關(guān)因子分泌，但抑制了HaCat細(xì)胞的增殖及相關(guān)蛋白的表達(dá)。將兩種細(xì)胞接觸共培養(yǎng)時，TNT通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖分化進(jìn)而促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞的成熟分化，有利于在植入體表面形成與其緊密結(jié)合且完整的表皮真皮及皮下組織結(jié)構(gòu)。
　　動物皮下短期（4h

6、到7d）植入時，感染部位的TNT能有效激活免疫細(xì)胞釋放炎性因子，在炎癥得到控制后調(diào)節(jié)炎性因子的快速消退，促進(jìn)皮膚組織細(xì)胞粘附于植入體表面。這表明TNT抑制細(xì)菌的初始粘附，在短時間內(nèi)能清除術(shù)后感染，有利于隨后組織愈合并與材料緊密結(jié)合。長期植入(2w到8w)實(shí)驗時，感染部位的TNT能避免炎性因子大量持續(xù)釋放，促進(jìn)皮膚組織與其緊密結(jié)合和血管生成。這表明TNT植入體與皮膚組織形成良好的生物密封，從而抵御外界細(xì)菌侵襲，降低經(jīng)皮植入體感染風(fēng)險。

7、r>　　此外，通過鈦結(jié)合噬菌體對鈦植入體改性，表明鈦結(jié)合噬菌體與鈦表面具有較強(qiáng)的親和力及穩(wěn)定的結(jié)合性能，改性后的表面具有多孔結(jié)構(gòu)且有良好的細(xì)胞相容性。
　　綜合體內(nèi)外實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)TNT改性的鈦植入體能夠降低感染的發(fā)生率，促進(jìn)皮膚組織與其緊密結(jié)合。當(dāng)TNT改性的鈦植入植入后，血液和組織液蛋白迅速吸附到植入體表面，利于組織細(xì)胞粘附，而不利于細(xì)菌粘附。同時，細(xì)菌的存在可以激活巨噬細(xì)胞遷移至植入部位參與炎癥反應(yīng)。細(xì)菌清除后，炎癥減弱，TNT