構(gòu)建種植體表面Ti-GO-Ag多相復(fù)合材料抗菌性能及生物活性研究.pdf

1、鈦及鈦合金因其良好的材料學(xué)性能和生物學(xué)性能被廣泛應(yīng)用于牙科領(lǐng)域，但因其上部結(jié)構(gòu)暴露在口腔環(huán)境中，種植體－軟組織結(jié)合較薄弱部位容易受細(xì)菌侵襲；術(shù)中淤血及受損種植位點(diǎn)為細(xì)菌繁殖提供理想環(huán)境；植體下段表面粗糙程度不僅易于形成骨結(jié)合，也方便細(xì)菌黏附和定植；鈦及鈦合金的生物惰性性質(zhì)，這些因素均會(huì)誘導(dǎo)種植體周圍炎的發(fā)生。因此，如何使種植體材料表面修飾具有生物活性和抗菌性能以提高種植成功率是眾多學(xué)者一直研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本研究擬采用電鍍法和紫外還原法

2、使純鈦表面獲得膜狀和顆粒狀改性，以口腔常見菌為研究對(duì)象，就改性后純鈦表面抗菌性能進(jìn)行研究，并對(duì)其生物活性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，從抗菌和生物活性角度優(yōu)化種植體材料表面修飾。
　　第一部分、種植體表面Ti-GO-Ag多相復(fù)合材料的構(gòu)建及性能分析
　　目的：在純鈦(Titanium,Ti)表面構(gòu)建不同濃度的氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)膜和銀(Silver,Ag)顆粒，并對(duì)其材料學(xué)性能進(jìn)行分析。
　　方法：通過正交

3、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)；電壓為20V，時(shí)間為5min，濃度分別為20μg/ml、50μg/ml、80μg/ml、100μg/ml條件下通過電鍍法對(duì)Ti進(jìn)行修飾；采用紫外還原法在濃度為1mol/L的硝酸銀溶液中對(duì)Ti－GO進(jìn)行加載；利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)表面形貌進(jìn)行觀察；使用拉曼光儀對(duì)GO的性狀進(jìn)行分析；通過X射線光電子能譜對(duì)Ag進(jìn)行表征；采用原子力顯微鏡對(duì)材料表面輪廓和粗糙度進(jìn)行研究；利用接觸角測(cè)試儀對(duì)材料表面親水性進(jìn)行研究；使用納米

4、壓痕和納米劃痕對(duì)材料表面彈性模量和摩擦力進(jìn)行探討；通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對(duì)Ag離子釋放進(jìn)行研究。
　　結(jié)果：正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的工藝參數(shù)：電壓：20V，時(shí)間：5min；Ti表面經(jīng)過改性以后表面有類膜物質(zhì)和類顆粒狀物質(zhì)，經(jīng)分析可知膜狀物質(zhì)為GO，且濃度不同，GO在Ti表面的形貌和量也不一樣；顆粒狀物質(zhì)為Ag單質(zhì)，與GO的濃度成正比；表面輪廓高低起伏，粗糙度與濃度成正比；Ti－GO與濃度成反比，Ti－GO－Ag與濃度成反比；彈性模量與維

5、氏硬度隨GO濃度升高而升高，摩擦力與濃度沒有正反比關(guān)系；各組在第四天Ag離子釋放量出現(xiàn)相似情況。
　　結(jié)論：正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程，并使Ti表面獲得修飾；改性后的Ti，其表面形貌、輪廓、粗糙度、親水性能、彈性模量、維氏硬度、摩擦力等均與改性前有所不同，使Ti表面獲得生物涂層（如抗菌涂層）；四組實(shí)驗(yàn)組Ag離子釋放總體規(guī)律趨向于降低，指導(dǎo)抗菌過程。
　　第二部分、種植體表面Ti-GO-Ag多相復(fù)合材料的抗菌性能研究

6、　　目的：研究不同濃度的GO和Ag涂層表面對(duì)三種口腔常見菌的抗菌作用。
　　方法：以金黃色葡萄球菌、變形鏈球菌和牙齦卟啉單胞菌為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)20μg/ml、50μg/ml、80μg/ml、100μg/ml四種不同濃度Ti-GO-Ag涂層表面形成細(xì)菌生物膜的能力，并對(duì)細(xì)菌表面形貌進(jìn)行觀察；使用激光共聚焦顯微鏡對(duì)細(xì)菌胞膜完整性進(jìn)行檢測(cè)，并用Image J軟件對(duì)熒光強(qiáng)度值和涂層表面細(xì)菌三維形貌進(jìn)行研究；利用流式細(xì)胞儀對(duì)細(xì)菌凋亡情況進(jìn)行

7、評(píng)價(jià)；采用透射電子顯微鏡對(duì)細(xì)菌內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察；通過時(shí)實(shí)定量熒光PCR技術(shù)檢測(cè)細(xì)菌相對(duì)基因表達(dá)情況；對(duì)改性后Ti的抗菌機(jī)理進(jìn)行初步探討。
　　結(jié)果：20μg/ml、50μg/ml、80μg/ml、100μg/ml四種不同濃度Ti-GO-Ag涂層表面對(duì)金黃色葡萄球菌、變形鏈球菌和牙齦卟啉單胞菌的抗菌效果均達(dá)到或超過89％，明顯優(yōu)于對(duì)照組；三種細(xì)菌表面形貌發(fā)生明顯改變；涂層表面細(xì)菌胞膜完整性受損，紅色熒光強(qiáng)度值高于綠色熒光強(qiáng)度值，細(xì)菌

8、活性均低于對(duì)照組，細(xì)菌的三維形貌也比對(duì)照組量少、薄和松；細(xì)菌凋亡情況明顯不同于對(duì)照組；通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察可發(fā)現(xiàn)細(xì)菌破壞主要是銀離子接觸并穿過胞膜進(jìn)入到胞內(nèi)而使細(xì)菌結(jié)構(gòu)破壞；三種細(xì)菌的相對(duì)基因表達(dá)量均低于對(duì)照組。
　　結(jié)論：不同濃度的GO和Ag涂層對(duì)三種口腔常見菌均有抗菌作用，且對(duì)革蘭氏陰性菌的效果優(yōu)于革蘭氏陽(yáng)性菌，其抗菌機(jī)制是銀離子接觸攻擊細(xì)菌胞膜，使胞膜結(jié)構(gòu)穿孔，胞質(zhì)外泄，從而使細(xì)菌裂解死亡。
　　第三部分、種植體表面Ti-

9、GO-Ag多相復(fù)合材料的生物活性評(píng)價(jià)
　　目的：評(píng)價(jià)不同濃度的GO和Ag涂層表面生物活性。
　　方法：通過人體模擬液浸泡實(shí)驗(yàn)研究不同濃度的GO和Ag涂層表面鈣磷沉積情況；利用CCK-8實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)不同濃度的GO和Ag涂層表面鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞活性情況。
　　結(jié)果：不同濃度的GO和Ag涂層表面均可沉積鈣磷等元素，沉積效果較好的是對(duì)照組、G20組和G80組，其中對(duì)照組和G20組、G20組和G80組之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；四種不同濃度