具有防污/抗菌功能的医用纳米凝胶表面涂层的研究进展

蛋白质、细菌等在生物医用材料表面的黏附,不仅会诱导身体产生炎症和血栓等,还会降低医用材料和设备的使用寿命。因此,赋予生物医用材料表面防污/抗菌性能成为国内外的研究热点。纳米凝胶所具有的高含水量、生物相容性、纳米尺度、结构可设计等良好的性能,使其成为很有应用前景的生物涂层材料。本文主要探讨了纳米凝胶作为防污/抗菌医用表面涂层,综述了纳米凝胶涂层在基材表面的构建方法,从防污和抗菌两方面讨论了纳米凝胶涂层的应用,并对存在问题和发展前景进行了展望。     

AZ31B镁合金表面氟涂层的生物相容性和抗菌性能

采用化学转化方法在AZ31B镁合金表面制备氟涂层,系统研究了氟涂层的表面形貌,体外生物相容性和抗菌性能.结果表明:AZ31B镁合金表面的氟涂层均匀致密;氟涂层镁合金的溶血率明显降低,且无细胞毒性,可满足生物医用材料的要求.同时,氟涂层镁合金的抗凝血性能与316L不锈钢相当,并具有显著的抗菌功能.     

生物医用材料表面高分子基涂层的功能化构筑

生物医用材料是为生物和医用相关领域使用而设计并制备的功能材料。随着社会的快速发展,人们对生活水平的要求相应提高,并伴随着医疗水平的不断提高和材料科学领域的高速发展,生物医用材料在人类社会生活中的应用越来越广泛。例如,在过去的几十年里,人工髋关节和膝关节植入物的数量显著增加;血管支架、心脏瓣膜、血管移植物和其他植入装置被广泛用于挽救生命和提高患者的生活质量;各种非植入的、短期使用的导管和固定螺钉等生物医用装置也在临床中广泛使用。生物医用材料作为一种人类生命和健康密切相关的功能材料,应当满足良好的生物相容性和具有一定的生物功能性,例如不会引起生理系统的严重排斥等。当生物材料与生命体例如细胞、组织、微生物等相接触时,材料的表面首当其冲,因此其在生物材料的综合性能中扮演着极为关键的角色。通过对材料表面做一定的处理或特定修饰,改变材料表面物理、化学或生物性能,就有可能在材料表面引发特殊的生物反应,促进或影响材料与生物体之间的作用,从而有可能获得促进细胞活性、组织修复或再生的功能。因此,生物材料的表面功能化研究已成为生物医用材料研究和发展的一个热点和重要领域。近年来,抗菌功能、药物负载以及细胞行为调控等功能是生物材料表面功能化构筑的重要研究方向,在材料表面构筑各种功能涂层是重要的策略之一。在抗菌涂层方面,经典的研究集中在抗黏附、接触杀菌以及释放杀菌分子的设计上,但新型的抗菌策略也不断发展,例如光热杀菌以及动态响应抑菌等。在药物负载传递方面,层层组装技术是一种被用来制备各种药物涂层的重要技术手段,组装单元的多样性为层层组装构建药物控释涂层的多样化提供了良好的基础。在细胞行为调控方面,基于层层组装的材料表面理化性能调控以及生物活性分子的固定,能够对包括黏附、铺展、迁移、增殖分化等细胞行为产生关键性的影响。本文归纳了当前生物医用材料表面功能化构筑的研究进展,分别从抗菌表面、药物负载传递、细胞行为调控等三个方面进行介绍,分析了在具体的功能化应用中生物医用材料表面面临的问题以及目前的功能化修饰方法,并展望了其应用前景,以期为制备具有更优化、更高效实际应用的生物医用材料表面提供参考。     

基于共价固定高密度透明质酸构建具有抗菌抗凝血双功能的表面

表面血栓生成和细菌感染是导致体外血液循环装置及留置器械等血液接触类器材失效的重要原因,表面接枝生物活性分子是赋予材料表面抗血栓及抗菌性能的重要手段。然而,现有的抗菌抗凝血双功能改性方法通常基于复杂的改性策略并难以良好地整合抗菌抗凝血的效能,如普遍使用的含银抗菌策略对血液抗凝并不友好。因此,利用简单接枝生物分子同时提高血液接触材料的抗菌抗凝血性能具有很大的挑战和意义。本研究将透明质酸(HA)分子高密度地接枝在氨基化表面,利用透明质酸的高度水合能力和除污特性,赋予了材料表面有效的抗菌与抗凝血功能。本策略首先将聚烯丙胺(PAa)在碱性条件下以席夫碱反应和迈克尔加成方式接枝在聚多巴胺(PDA)涂层表面,从而构建出富氨基涂层(PADA)。进一步通过酰胺化反应将HA共价固定在PADA表面,得到功能化涂层(HA-PADA)。衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实成功制备了HA-PADA涂层。体外纤维蛋白原和血小板的粘附激活实验以及抗菌实验的结果验证了HA-PADA涂层可以显著抑制凝血和细菌粘附。因此,该方法构建的具有高HA密度且稳定的HA-PADA双功能涂层对于提高血液接触类器材表面的血液相容性和抗菌性能具有很好的参考意义。     

医用金属表面含锶涂层耐蚀性和生物相容性研究进展

随着全球人口老龄化进展以及骨关节疾病发病率的增加,人们对于骨修复医用金属材料的需求日益增多.生物医用金属材料包括不可降解钛及可降解金属镁和铁.金属材料在耐蚀性及骨整合方面存在一些不足,有必要对其表面改性进一步优化.锶元素具有促进成骨抑制破骨的作用,将其用作改性成分对提高医用金属表面骨细胞活性具有重要意义.本文主要对近年来医用金属钛、镁和铁表面掺锶涂层在耐蚀性和生物相容性方面进行了归纳及比较.重点介绍了锶与降解性、生物相容性好的载体(如羟基磷灰石、透钙磷石等)结合制备的复合涂层在钛合金、镁合金表面及铁合金表面提高骨整合性能的研究.最后,提出将锶元素与锌元素结合使得金属材料在促进骨修复的同时具有抗菌性能的建议.     

可吸收医用镁合金缝合线的研究进展

当前医用可吸收高分子缝合线仍存在不少问题,亟需寻找综合性能更好的替代材料。镁合金具有比强度高、生物相容性良好、可生物降解、资源丰富等优势,作为可吸收缝合线具有巨大的应用前景,越来越引起医学界的关注与重视。本文介绍了可吸收缝合线的研究现状、生物镁合金材料的优点和临床医学应用情况及镁合金丝材制备技术,特别关注了医用镁合金及其可吸收缝合线的未来发展方向。     

可直接还原银纳米粒子的儿茶酚基聚合物膜的制备及抗菌性能研究

将预先合成的聚合物PVA-DOPA与PVA共混制备聚合物膜PVA/PVA-DOPA;由于含儿茶酚基的3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)具有氧化还原活性,可直接利用PVA/PVA-DOPA聚合物还原银纳米粒子并使其负载在PVA/PVA-DOPA膜表面。紫外可见光谱表明,PVA-DOPA与Ag+作用时,发生氧化还原反应,酚羟基被氧化成醌,在415nm处出现特征吸收峰。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜,可观察到聚合物膜表面Ag纳米粒子的形态;并通过热失重分析计算出PVA/PVA-DOPA/Ag0膜中Ag的负载量。抗菌性研究测试表明制得的聚合物膜具有良好的抗菌性。因而,PVA/PVA-DOPA聚合物膜可用作抗菌性包装材料、涂层材料和生物医用材料等多种功能材料。     

钛表面铜离子注入对细菌和细胞行为的影响

医用钛及其合金被广泛用作骨组织替换材料, 但缺乏抗菌性, 易导致细菌感染。铜具有良好的抗菌性能, 将其引入到钛表面, 可改善医用钛的抗菌性能; 然而铜含量过高对细胞具有毒性。因此, 需要调节铜的含量, 实现铜的抗菌性能和细胞相容性之间的平衡。本研究采用等离子体浸没离子注入技术对医用钛进行表面改性, 获得表面含铜量不同的样品, 并研究改性钛表面对细菌和细胞行为的影响。结果表明, 钛表面含铜量较低的样品能够促进大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的增殖, 但对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌没有抑制能力; 随着离子注入时间的延长, 钛表面含铜量较高的样品抗菌能力显著提高, 同时也未产生明显细胞毒性。因此, 通过控制钛表面的铜含量, 可以获得兼具良好抗菌性能和生物相容性的钛植入材料。     

可降解医用金属功能化表面改性研究进展

近年来,以镁、铁、锌为代表的可降解医用金属由于其独特的体内降解性能和优异的生物相容性成为国内外研究热点.这类可降解医用金属能够在体内逐渐被体液腐蚀降解,它们所释放的腐蚀产物能够给机体带来恰当的宿主反应,当协助机体完成组织修复的任务后将全部被体液溶解,避免了二次手术.前期研究表明,三种可降解医用金属在实际临床应用中尚存在一些不足:镁及镁合金的体内降解速率过快,降解过程中产生的氢气会对植入物周围组织和细胞产生不利影响;铁及铁合金的体内降解速率过慢;锌及锌合金的降解速率最符合临床要求,但是其较低的力学性能限制了锌及其合金的应用.鉴于此,可降解医用金属的功能化表面改性技术应运而生.功能化表面改性技术不仅可以实现对可降解医用金属腐蚀行为的调控,还可根据不同的临床需求提高其生物相容性、抗菌活性、抗凝血性能和促成骨性能等.目前,各类表面改性技术已能够有效改善各类可降解医用金属的性能.镁及其合金是研究最为广泛的一类可降解医用金属,各类表面改性技术,如转化涂层、沉积涂层、复合物涂层等已能够显著降低镁及其合金的腐蚀速率.针对铁及其合金的表面改性技术主要以纯铁以及Fe-Mn合金为主,但目前针对铁及其合金的表面改性技术尚难以满足其理想的降解模式要求.锌及其合金是新一代可降解医用金属,现有的表面改性技术主要是为了增强其生物相容性和抗菌性能.本综述归纳了各类表面改性技术的特点,对各类技术的制备方法、应用及目的进行了介绍,并对其未来研究趋势进行了展望.     

硅橡胶表面壳聚糖载铜凝胶涂层的制备及其抗菌功能

在硅橡胶表面制备一种具有抗感染功能的涂层—壳聚糖载铜凝胶涂层。为了克服硅橡胶的生物惰性,在其表面制备涂层,先用逐步化学接枝法对其表面进行活化预处理,然后化学接枝壳聚糖载铜凝胶涂层。对比浸泡前后涂层的形貌,研究了活化预处理对功能化涂层与硅橡胶基体之间结合性能的影响。结果表明,用化学接枝法可在硅橡胶表面生成丰富的活性官能团从而提高了功能化涂层与硅橡胶的结合强度。载铜功能化涂层使硅橡胶导管具有良好的抗菌功能。     

硅藻土/TiO2基超疏水涂层的制备及应用研究

以硅藻土和TiO₂为微纳米结构的构筑物，以聚二甲基硅氧烷为低表面能改性剂，采用喷涂法在多种基底表面制备超疏水涂层材料。该涂层具有优异的超疏水性能，水静态接触角高达161°,表面自清洁性能优异，且耐热温度可高达350℃。该超疏水涂层材料在纺织品自清洁、医用防水及工业防腐等领域具有一定的应用前景。     

具有可逆润湿性Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用

具有特殊润湿性材料的应用是近年来研究的热点.疏水改性的Bi2O3涂层在紫外-可见光光照和暗室存储的条件下可以实现超疏水-超亲水的可逆转换,本工作研究了在不同润湿性条件下Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用.结果表明,超疏水表面对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗细菌黏附作用,而超亲水表面则表现出选择性的抗菌活性.在油水分离方面,超疏水表面可以阻隔水,使油通过滤网,分离效率达93％以上,而超亲水表面在预润湿处理后可以阻隔油,使水通过滤网.因而具有可逆润湿性Bi2O3涂层可作为一种智能的抗菌油水分离膜材料,在油水分离领域具有潜在的应用前景.     

磁控溅射纳米银含量对钛种植体抗菌性的影响

纯钛因具有优良的生物相容性，被广泛应用于口腔种植相关领域，但其本身并不具备抗菌性能，为改善钛种植体表面的抗菌性，采用磁控溅射法在钛种植体表面制备Ti-Ag纳米复合涂层，研究了涂层中纳米Ag含量对具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum, Fn)抗菌性能的影响。分析了样品的表面形貌、粗糙度和水接触角；对Ag⁺释放进行了检测；采用CCK-8法检测材料的细胞毒性；将各组样品与具核梭杆菌共培养，检测材料的抗菌性能。结果表明，载Ag复合涂层成功沉积在Ti片表面，并且随着纳米Ag含量的增加，样品的表面粗糙度和水接触角均增大。该Ti-Ag纳米复合涂层对小鼠L929细胞未表现出细胞毒性，符合生物安全标准。抗菌实验结果表明，随着纳米Ag含量的增加，Ag⁺释放量增加，涂层的抗菌效果也增强。可见，Ti-Ag纳米复合涂层可有效抑制Fn的生长，有望提高钛种植体的抗菌性能，为其临床运用奠定了实验基础。     

卷材用聚氨酯抗菌涂料的研制

为了研制合适的、具有优异抗菌性能的卷材用涂料/涂层,根据颜料体积浓度(PVC)、临界颜料体积浓度(CPVC)对卷材涂料耐腐蚀性、附着力等性能的影响,结合卷材涂料黏度、固含量等性能指标,选取合适的材料,设计并研制了聚氨酯抗菌涂料与涂层.大肠杆菌试验表明,该涂层在抗菌剂含量质量分数为0.5%时,抗菌率达99.9%,具有优异的抗菌性能.涂料、涂层的基本性能测试表明,各项性能均符合要求.     

微波辅助萃取/分光光度法快速测定抗菌纺织品中的三氯生

为了测定抗菌纺织品中三氯生的含量,本文以二氯甲烷为萃取溶剂,采用微波萃取技术萃取抗菌纺织品中的抗菌剂三氯生。萃取液蒸发至干后,用甲醇定容,然后以甲醇为参比溶液,在282nm波长下测定其吸光度,从而建立了一种测定抗菌纺织品中的抗菌剂三氯生的分光光度方法,并对萃取条件、方法的线性关系、精密度、回收率、检出限等进行了研究。三氯生在0.2-80mg/L范围内呈现良好的线性关系,线性相关系数为0.9998,回收率为91.98%-104.94%,相对标准偏差均小于6%,检出限为0.1mg/kg(S/N=3)。采用该方法对市售抗菌纺织品进行检测,发现部分抗菌纺织品中使用高含量的三氯生。     

大气压射流等离子体引发PVC表面接枝聚合季铵盐及其抗菌性的研究

为了提高医用聚氯乙烯(PVC)抗菌性,采用大气压等离子体射流(APPJ)技术对PVC表面接枝并制备季铵盐(QAC)涂层。通过纹影仪和发射光谱仪诊断了等离子体射流的流动状态和活性组分,结合静态水接触角方法、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪表征和分析APPJ处理前后PVC表面的亲水性、微观形貌和化学组分,并测试了季铵盐/PVC对大肠杆菌的抗菌性能。结果表明,随着放电电压的增大,与PVC接触区域的等离子体射流流动状态从层流向湍流转变,PVC表面亲水性增强,改性后的PVC表面水接触角最低可达26°,含氧官能团含量高达31.02%(原子分数)。放电电压的增大,有助于PVC表面含氧官能团量的提升,并促进季铵盐在PVC表面的接枝和聚合形成致密涂层,提高其对大肠杆菌的抗菌性能。     

骨科植入物无机抗菌涂层的研究现状

植入物感染是骨科最常见和最严重的并发症之一，也是导致植入手术失败的重要原因。当细菌在植入物表面形成生物膜后会极难消除，并吸附更多的细菌和真菌。大量研究表明，通过采用表面改性技术可有效减少致病菌的黏附和聚积，进而预防植入物周围感染。本文首先分析了细菌生物膜在骨科植入物表面的形成过程以及金属抗菌剂的抗菌机制。然后综述了目前国内外使用最广泛的一些金属基无机抗菌涂层及其相关的制备工艺，讨论了这些涂层在应用中存在的问题和改善方法，并展望了未来无机抗菌涂层的发展方向，包括协同抗菌型涂层和促成骨型抗菌涂层等。     

细胞外基质/二氧化钛复合涂层的制备及其细胞响应

细胞外基质(ECM)具有调节干细胞响应的功能,微/纳表面结构也对细胞行为有着重要影响.本研究首先在基板上水热生长TiO2纳米棒,之后通过细胞培养将ECM沉积到TiO2纳米棒薄膜中,最终形成ECM/TiO2复合涂层.研究结果表明,ECM有效地沉积在TiO2纳米棒之间,且其含量会显著影响骨髓间充质干细胞的初始粘附、扩散和早期分化.这显示利用宿主自身的ECM形成复合涂层可以有效地改进钛基金属植入体表面的细胞响应,在生物医用金属植入物表面修饰方面具有潜在应用价值.     

骨植入医用钛合金表面改性涂层研究进展

钛合金具有优良的力学性能以及良好的生物相容性,使其广泛应用于骨植入生物医药领域.随着植入物性能要求的不断提高,力学性能优异的高强模比新型医用钛合金逐渐被开发,同时,由于钛合金存在表面细胞粘附性差等骨整合问题,通过表面改性来提升钛合金生物相容性成为医用钛合金的研究焦点.概述了骨植入医用钛合金的发展历程和常用的表面改性涂层...     

胶原/HA复合涂层多孔钛的细胞响应行为

为提高医用多孔钛的表面活性及生物相容性,以纤维烧结多孔钛为载体,采用碱热处理+模拟体液等化学方法进行羟基磷灰石(HA)沉积,随后进行水溶性胶原涂覆,制备具有三维贯通孔结构的胶原/HA复合涂层多孔钛。研究了胶原/HA复合涂层的表面形貌及化学成分,探讨复合涂层的形成机理;进行体外细胞毒性实验并分析了多孔钛表面细胞响应行为。结果表明,胶原/HA复合涂层在钛纤维表面均匀附着,胶原的填充连接可修复HA涂层表面的微裂纹,有利于小鼠前成骨细胞的黏附、增殖及分化,促进细胞的孔内跨纤维生长。胶原/HA复合涂层可以得到更好的细胞响应,对于促进早期骨与植入体的固定有很大的潜力。