銀基納米材料在生物材料表面的構(gòu)建及其抑菌性能.pdf

1、生物醫(yī)學(xué)材料在植入體內(nèi)的感染問題一直是一個(gè)令人困擾的難題。但是,由于臨床環(huán)境不可能是一個(gè)封閉式的環(huán)境,所以,不管采取怎樣的消毒方式,總是不可避免致病菌的存在。致病菌幾乎存在于環(huán)境中的任何角落,讓人防不勝防。它可能來源于材料上貼附的細(xì)菌,也可能來源于常用的醫(yī)療設(shè)備上,甚至有可能是其他患者攜帶的細(xì)菌。更為嚴(yán)重的是,一旦附著在材料表面的細(xì)菌沒有及時(shí)清除,它們會大量繁殖,在材料表面形成生物膜。生物膜內(nèi)的細(xì)菌分泌大量的多糖物質(zhì),保護(hù)細(xì)菌在惡劣的環(huán)

2、境下生存,同時(shí),有些細(xì)菌還可能進(jìn)入休眠狀態(tài),在環(huán)境適宜的時(shí)候隨時(shí)可能爆發(fā),大大增大了滅菌的難度。由于材料上致病菌的繁殖引發(fā)的感染問題給患者帶來了生理和心理的雙重痛苦,它不僅給患者帶來劇烈的病痛,延緩疾病的治療,增加患者的治療負(fù)擔(dān),還有可能導(dǎo)致植入材料的失效,使患者錯(cuò)過最佳的治療時(shí)間。因此,如何防止臨床材料的感染問題是一項(xiàng)重要的任務(wù)。
　　多年的實(shí)踐和研究證明,銀納米材料是一種非常有效的廣譜抗菌劑,它不僅能夠殺死細(xì)菌,還對其他微生物

3、和病毒具有抑制作用。幾千年前,人們便開始使用銀制容器米儲藏和保存食品,防止細(xì)菌引起的變質(zhì)。近期的研究表明,雖然單質(zhì)銀在作為抗菌劑的使用過程中容易引起銀中毒,但是銀納米材料在繼承了單質(zhì)銀高效抗菌性能的基礎(chǔ)上,大大降低了單質(zhì)銀的毒性,是一種優(yōu)良的抗菌劑。銀納米材料的抗菌性能足以與抗生素相媲美,而且細(xì)菌不會產(chǎn)生抗藥性,抗菌效果好。目前,有很多的研究利用了銀納米材料的抗菌性能制各具有自抑茵作用的生物材料。這種生物材料不僅能夠抑制細(xì)菌在材料表面的

4、貼附,還能夠向周圍環(huán)境中釋放銀離子,殺死環(huán)境中的細(xì)菌,杜絕生物膜的形成,預(yù)防感染的發(fā)生。
　　本論文在以上事實(shí)的基礎(chǔ)上,利用銀納米材料的抗菌性能,制備了3種具有抗茵性的生物醫(yī)學(xué)材料:載銀納米顆粒的不銹鋼醫(yī)用材料,載銀納米顆粒的豬脫細(xì)胞真皮基質(zhì)皮膚組織工程材料和載磷酸銀的殼聚糖-羥基磷灰石骨組織工程支架材料。材料制備后,對不同材料的結(jié)構(gòu)、抗菌性能和生物相容性進(jìn)行了檢測和表征。
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.通過

5、將不銹鋼片依次浸泡到氨基硅烷偶聯(lián)劑的乙二醇溶液和銀溶膠中的方法將銀納米顆粒固定在不銹鋼的表面。銀納米顆粒由超聲方法制得,利用乙二醇作為還原劑,PVP作為穩(wěn)定劑。用X射線衍射、紫外-可見光分光光譜和動態(tài)光散射表征了制制備的銀納米顆粒。顆粒尺寸在20-30nm,穩(wěn)定性好。用掃描電子顯微鏡表征了銀納米顆粒在不銹鋼片表面的分布。用原子吸收分光光度計(jì)表征了載銀不銹鋼片48小時(shí)內(nèi)在超純水中的銀離子釋放速率。銀離子緩慢釋放,在24h后能達(dá)到0.07p

6、pm。用大腸桿菌DH5α表征載銀不銹鋼的抑菌性能,材料的殺菌率為99%,抑菌圈尺寸為28mm。由于銀納米顆粒表面的銀原子可以與氨基硅烷偶聯(lián)劑一端的基團(tuán)-NH2通過配位結(jié)合連接在一起,而硅烷偶聯(lián)劑的另一端在溶液中水解形成的Si-OH可以與不銹鋼中的Cr2O3鈍化層水解產(chǎn)物形成Si-O-Cr鍵合連接在一起,從而將銀納米顆粒固定在不銹鋼材料的表面。
　　2.利用豬脫細(xì)胞真皮基質(zhì)(PADM)的主要成分—I型膠原中存在的大量的氨基殘基,將脫

7、細(xì)胞的豬真皮基質(zhì)浸泡到銀納米顆粒的懸浮液中,將銀納米顆粒固定在真皮基質(zhì)的表面,以制備具有抗菌性的傷口敷料。銀納米顆粒由紫外照射制得,用X射線衍射儀和紫外-可見光分光光譜儀對其進(jìn)行了表征。銀納米顆粒通過銀原子與-NH2的配位結(jié)合連接在一起。利用電子萬能試驗(yàn)儀傅里葉變換紅外光譜儀對PADM的機(jī)械性能和成分進(jìn)行了測試。由于材料中銀納米顆粒的尺寸很小,且含量少,所以,PADM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能不受影響。對PADM和載銀的PADM的水蒸氣揮發(fā)率

8、和吸水性進(jìn)行了測試,載銀后,PADM的水蒸氣揮發(fā)率和吸水性不變。用原子吸收分光光度計(jì)表征了載銀PADM一周內(nèi)在PBS中的銀離子釋放量。利用大腸桿菌DH5α和成纖維3T3細(xì)胞培養(yǎng)對載銀的PADM的抑菌性能和細(xì)胞相容性進(jìn)行了表征。載銀濃度為0.005mM的樣品對大腸桿菌DH5α的殺菌率為99.8%,抑菌圈尺寸為21mm。隨著載銀濃度的增加,材料的殺菌率變大。成纖維3T3細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)顯示對于0.005mM和0.01mM載銀的樣品對細(xì)胞的正常增

9、殖沒有不利影響,細(xì)胞在材料表面的形態(tài)為典型的成纖維細(xì)胞的形態(tài),高濃度則抑制細(xì)胞的增殖。因此,低濃度載銀的豬脫細(xì)胞真皮基質(zhì)既具有抗菌性能,又具有細(xì)胞相容性。
　　3.將殼聚糖-納米羥基磷灰石復(fù)合材料浸泡到不同濃度的硝酸銀溶液中,利用離子置換法在生物礦化的羥基磷灰石表面原位合成納米磷酸銀抗菌材料,改善殼聚糖-羥基磷灰石支架的抗菌性能。利用X射線光電子能譜、X射線衍射和傅里葉變換紅外光譜儀檢測了載銀殼聚糖-羥基磷灰石支架的成分。生物礦化

10、形成的羥基磷灰石中的鈣離子容易與硝酸銀溶液中的銀離子置換,原位生成了磷酸銀。銀離子釋放實(shí)驗(yàn)表明磷酸銀在PBS中可以緩慢釋放出銀離子,具有抑菌作用。利用掃描電子顯微鏡對支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,由于磷酸銀量很少,又是原位合成,因此材料仍然保持原來的二級三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),利于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的輸送。0.01mM硝酸銀載磷酸銀的殼聚糖-羥基磷灰石樣品對大腸桿菌DH5α的殺菌率為99.7%,抑菌圈尺寸為15mm。前成骨細(xì)胞MC3T3-E1的培養(yǎng)證明了低