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等离子体喷涂钛涂层和羟基磷灰石涂层是临床应用的人工骨替换涂层材料。羟基磷灰石涂层的化学组成与人体骨组织无机成分类似,具有生物活性良好;钛涂层与金属基材结合强度较高,生物相容性良好。但上述两种材料均无抗菌特性。为减少术后感染,有必要研制具有抗菌功能的生物活性材料。银是一种常用的无机抗菌剂,具有高效、安全、广谱抗菌等优点,已被应用于抗菌制品。本文以银为抗菌添加剂,制备含银等离子体喷涂钛涂层和羟基磷灰石涂层,探查涂层的抗菌性能、生物活性、细胞相容性和溶血性能。通过动物实验探查含银羟基磷灰石涂层的体内抗菌性能和成骨性能。获得主要结果如下:
1.采用碱处理、碱水热处理和碱水热钙化三种化学处理方法对真空等离子体喷涂钛涂层进行表面活化改性。化学处理方法改性的钛涂层表面均呈现主要由Ti、O、Na三种元素构成的网状微孔结构。SBF浸泡试验显示,改性处理的钛涂层均具有生物活性。而碱水热钙化处理的钛涂层生物活性较强。
2.碱处理钛涂层具有生物活性,其原因是处理后的涂层表面形成无定形钛酸钠,在模拟体液中,它与水反应形成Ti-OH基团,诱导磷灰石形成。
3.将碱处理的钛涂层浸入含银过饱和钙磷溶液获得载银钛涂层,含银物质均匀分布于涂层表面。载银改性钛涂层对大肠杆菌、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌均具有良好的抗菌性能,其抗菌能力随涂层银含量增加而增强。改性钛涂层在体外模拟生理溶液中具有银缓释功能。
4.采用真空等离子体喷涂技术制备了含银羟基磷灰石涂层。涂层对大肠杆菌、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌均具有良好的抗菌作用,其抗菌能力随涂层中银含量增加而增强,且具有银缓释功能。
5.模拟体液实验表明,载银钛涂层和含银羟基磷灰石涂层具有良好的生物活性。小鼠纤维细胞在涂层浸提液中生长旺盛,细胞壁完整,和阴性对照组细胞形态相似,改性涂层样品的细胞毒性为0级,无明显细胞毒性。细胞接触培养实验亦表明,成骨细胞在含银涂层样品表面贴附,铺展较好,形态饱满且带伪足,呈现活细胞的典型特征,显示良好的细胞相容性。含银涂层溶血率小于2%,血液相容性亦较好。
6.动物实验表明,含银羟基磷灰石涂层能有效抑制金黄色葡萄球菌引发的感染,与宿主骨结合较好,显示出良好的组织相容性。