壳聚糖-月桂酸偶联物改性钛材表面生物相容性和抗菌性能研究

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由于具有优良的机械性能和良好的生物相容性,钛及钛合金被广泛地应用于整形外科和牙科领域。然而,钛材本身缺乏骨诱导性、与周边骨组织整合性较差,且界面易发生细菌感染,从而导致植入体植入失败。植入体表面功能化是一种非常有前景的途径来提高骨整合性且抑制细菌粘附。本文旨在以钛材为基材,通过改善其表面的相关特性,提高钛材的细胞相容性,同时抑制钛材的细菌粘附。首先利用酯化反应合成壳聚糖-月桂酸梯度浓度的偶联物(1wt%,1.67wt%,2.5wt%),通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和氢谱核磁共振波谱仪(1HNMR)进行表征。结果表明:成功地合成了系列壳聚糖-月桂酸偶联物。其次,将壳聚糖-月桂酸偶联物固定在以聚多巴胺为中间层的钛基材表面,通过场发射扫描电镜(FE-SEM)和接触角检测仪进行表面形态表征。结果表明:聚多巴胺,壳聚糖-月桂酸偶联物成功地固定在钛材表面。体外细胞实验证实:和纯钛相比,固定有壳聚糖-月桂酸偶联物的钛基材表面可以显著地(p<0.05或p<0.01)促进成骨细胞粘附,并且提高细胞增殖、碱性磷酸酶活性和矿化能力。本文抗菌实验采用两种常见细菌——金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌。接种4h之后,SEM观察可知,固定有壳聚糖-月桂酸偶联物的钛基材表面可以显著地抑制早期“关键期”内细菌的粘附。接种12h之后,通过CLSM及定量分析可知,壳聚糖-月桂酸偶联物具有良好的短期抗菌性能。最后,利用涂布平板法检测壳聚糖-月桂酸偶联物接钛基材的长期抑菌率,结果表明,在接种4d和7d后,壳聚糖-月桂酸偶联物接枝的钛基材能够有效地抑制细菌生长,具有较好的长期抗菌性能。本研究提供了一种有效地钛材表面改性方法,可以促进成骨细胞功能的同时抑制钛基材表面的细菌粘附,这对研发功能钛基植入体有潜在的科学意义。
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