钛合金抗菌界面的构建本科毕业设计(论文)(编辑修改稿)

钛合金抗菌界面的构建本科毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

装等不同类型 [18]。 随着生物医学相关领域研究的 飞速发展 ,人们对复杂生物体中各种生物分子间的弱相互作用 从而 实现 其 复杂功能的机制的理解也越 发深刻。 如 某 些生物大分子如蛋白质、核酸等复杂的生物功能的形成，是以 它 们特定复杂三级结构 作 为基础 ,这种三级结构是通过 了 各分子片断 之 间不同的弱相互作用 ,来 使分子的各个部分自发组装、堆积形成相应空间结构。 在各个分子组装相关的研究中 ,由于自组装体系结构简单，制备起来经济又方便， 从而 吸引了 非常 多研究者的目光。 如 Decher等 人在 1991年 ，以 LB膜为基础 ,结合 了 阴阳离子之 间静电相互作用，发展 形成的 静电层层自组装技术 [19]。 从此 ,静电层层自组装技术 成为国际 众多研究者的 研究热点 ,随着 静电层层自组装技术 的日趋成熟， 该技术也 开始 在各个领域中被广泛 的 运用。 层层自组装技术 其 主要 的 特点是在 其 表面带 有 荷电的基质上通过阴阳离子间的静重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 5 电相互作用 来使 阴阳离子聚电解质交替吸附， 以此来 完成多分子薄膜的构建 [40]。 层层自组装技术 有以下优点 ： 备 广泛 实用 的组装分子选择范围 ,比如 蛋白质、 DNA、 多糖 等 生物 大分子活性物质，同时也 能组装 一些聚电解质； 2此技术 制备工艺简单没有特殊要求 的设备 ，只 需 简单 的 交替组装 实际需 要的膜材料即可； 相对 简单 ,可在常温下进行 ,能够 确保生物分子不失去其活性； 对基底材料的要求简单 ,适用材料范围广泛 ，并且可以 运用于具有 复杂结构的器件 上。 因为 该技术 具备以上优点， 在生物医用材料领域 中层层自组装技术得到了广泛地运用 [19]。 材料与设备 直径为 ，厚度 为 2mm 的钛片（ 西北有色金属研究所 订制及加工 ）。 P400、 P1000、 P2020 的砂纸 试验中用到的仪器 超声清洗机 SB32020 （宁波新芝生物科技股份有限公司） HHS 数显恒温水浴锅 （江苏金坛市医疗仪器厂） 试验中用到的试剂如表 1 层层自组装构建涂层 g壳聚糖 (CHI)溶解于 100 mL2%的 醋酸 溶液 中， 明胶 (Gel)和 聚乙烯亚胺 (PEI)分别 溶解于去离子水中形成 5mg/mL 的溶液。 首先将 阳极 氧化处理后的基材 ， 置于匀胶机上。 采用旋涂法构建自组装多层膜， 2020 rpm 旋涂速度 ， 20s 的旋涂 时间。 首先 滴加一定量的 PEI 溶液，旋涂，然后滴加去离子水， 清洗 两次。 然后 开始层层自组装沉积滴加 Gel 溶液，旋涂 之后 ， 用 去离子水清洗两次，然后滴加 CHI表 1 主要试剂 试剂 简介 壳聚糖 Sigma Chemical Co. (MO, USA) 明胶 5mg/mL 无水乙醇分析纯 重庆川东化工（集团）有限公司 丙酮 天津市 河东区 红岩 试剂厂 醋酸锌溶液 10/20/40 mg/mL 聚乙烯亚胺 Sigma Chemical Co. (MO, USA) 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 6 溶液， 继续 旋涂，去离子水清洗两次， 然后滴加 醋酸锌 溶液，继续清洗，再加 CHI溶液 ，旋涂，清洗后， 完成一个 自组装 循环，记 为 PEI/(Gel/CHI)1。 不断重复 层层制备 过程 ， 直到得到 PEI/(Gel/CHI)5，即最终需要的涂层 [35][36]。 表面特征 样品覆盖层的表面形态通过扫描电子显微镜观察（ Quanta 200, PhilipsFEI Corporation, Netherlands）。 其表面元素组成通过配备扫描电子显微镜的能谱仪（ EDAX Corporation, .）来研究 [20]。 处理过的样品在 4004000nm 范围内的纳米组成由红外光谱仪（ model 6300, BioRad Co. Ltd., USA）来测定。 获得所有这些光谱数据时分辨率为每 4cm1扫描 64 次 [37][38]。 涂层耐腐蚀性 能 测试 样品的耐腐蚀性采用 AutoLab 电化学工作站 (瑞士万通 公司 )进行测定 [21]。 测试是在人工模拟体液中进行， 采用三电极体系进行电化学测试， 以 饱和甘汞电 极 (SCE)为参比电极， Pt 电极为辅助电极，样品作为工作电极。 模拟体液的配置： 1) 将所需容量瓶、烧杯等器材均用酸泡洗之后用去离子冲洗干净； 2) 称量以下所需试剂： g NaCl， g NaHCO3， g Na2CO3， g KCl ， g K2HPO43H2O ， g MgCl26H2O ， g HPEPS （在 100 ml M NaOH 中溶解）， g CaCl2， g Na2SO4。 配制 M NaOH调 pH；（注：以上试剂除 HPEPS 由 Sigma Chemical Co.（ MO, USA）提供外，其他试剂均由 重庆川东化工（集团）有限公司提供） 3) 将 700 ml 去离子水倒入烧杯中 ，加入磁子，于 ℃ 下在磁力搅拌器上搅拌； 4) 将上述所称试剂依次加入；（注：等上一试剂完全溶解后再加下一试剂） 5) 用 M 的 NaOH 溶液调 pH 至 ； 6) 将溶液转移至 1000 ml 的容量瓶中，待溶液冷却至 20 ℃后，加去离子水定容至1000 ml； 7) 放置几日后再次测定其 pH，并过滤溶液。 测试过程： ① 打开电脑和 AutoLab电化学工作站，预热 5分钟； ② 接好电极 ； ③ 在 Gpes软件中选择 Method， Linear sweep voltametry， Normal； ④ 设定参数如 起始电位、静止时间及灵敏度等； ⑤ 开始测试； ⑥ 保存数据，格式为 .ocw； 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 7 ⑦ 对数据进行分析， Analysis—Tafel Slope Analysis—Tafel Slope， 得到腐蚀电位 和 腐蚀电流 密度； ⑧ 在 Origin 中作图。 图 1 扫描电镜图 (a)是未处理的钛材； (b)、 (c)和 (d)分别是 以 20 和 40 mg/mL 的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后钛材。 首先利用扫描电镜对钛材的表面进行了表征，如图 1 所示 ， 从图中可以看 出 未经处理的钛材和在 20 和 40 mg/mL 的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后 的 钛材表面的表征结构。 图 1 中 (a)是未处理的钛材 ， 其表面粗糙不平整，造成钛材表面不平整的原因可能是钛材在打磨的时候没能使钛材表面处理光滑；也有可能是在对重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 8 钛材清洗时不彻底，导致钛材表面残留有杂质，在扫描电镜下表面粗糙不平整。 观察图 (b)、 (c)和 (d)（ 分别是 以 20 和 40 mg/mL 的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后钛材 ） 发现钛材表面逐渐趋于平整此结果说明 醋酸锌溶液 在钛材表面成功的进行 了 层层组装。 由于 (b)、 (c)和 (d)的平整度 变化说明了随着 醋酸锌溶液 浓度的增加层层自组装的效果更佳。 观察 40 mg/mL 的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后钛材的能谱图 ， 如图 2， 从图中可知涂层中主要含有钛、 锌 、氮、 金 这几种元素。 锌 元素的出现说明了 实验成功的将 锌离子通过 层层组装 处理 构建于钛材表面。 而 金元素的出现是因为在 对钛材 进行检测时，对 其 表面进行了喷金的操作。 图 2以 40 mg/mL 的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后钛材的能谱图 表 3展示了 以 40 mg/mL的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后钛材的表面化学组成 与元素的 具体含量。 其中钛元素（ Ti）含量 为 %，金（ Au）元素的含量为 %，锌（ Zn）的含量为 %，氮 (N)的含量为 %。 表 3 以 40 mg/mL 的醋酸锌溶液进行 层层组装 处理后钛材的表面化学组成 基材 Ti(wt %) Au(wt %) Zn(wt %) N(wt %) TiLBL(Zn) 结论 本实验 利用 层层自组装技术成功地将锌离子构建到钛材表面 ，使得 心离子 粘附在钛基植入材料表面形成 一 层 含锌离子的 薄膜，改变了钛基植入材料的表面特性；重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 9 并尝试将其应用于 外 植体表 面抗菌涂层的研究， 因为锌离子具有杀菌能力当其通过层层自组装技术黏附 在钛基植入材料表面， 所以钛材料获得了抗菌能力。 利用扫描电镜、 EDS 能谱等对钛材表面涂层的结构和表面形貌进行表征 并测定了改性后钛材表面化学组成及其元素含量 ，证实了在材料表面形成了 含锌离子 薄膜。 实验研究表明，层层自组装技术在钛材表面建立含锌离子的抗菌涂层时，锌离子的浓度是可控的，我们可以根据实际需求来实现对钛材表面的改性。 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 10 3 改性后钛材的抗菌能力评估 简介 钛合金由于其优良的力学性能 与 耐腐蚀性， 同时 兼具有良好的生物相容性，使钛合金成为 了当下 临床骨组织修复 和 替代使用的重要材料。 然而， 术后感染成为临床应用中医疗设备植入失败的常见原因之一。 外植物 表面的细菌粘附 是引起外植物 感染的主要 原因。 材料 表 面引 起 的感染往往会 导致外植物 过早松动和脱落，并 可能诱发 邻近组织和器官的感染 严重时 甚至 会使组织和器官 坏死，给患者带 设备反复植入 的痛苦和严重 的经济 负担。 钛材料也 面临同样的难题 ，近年来，随着钛 合金 材的植入物表面改性方法 的 广泛研究， 在钛合 金表面 引入相关的有机或无机物质 实现对 钛 合金 材表面进行针对性的改性，从而改善钛 合金 植入物的 缺陷 ，使钛 合金 材 料 更 加 符合人们需要 的需要 [22]。 研究发现 ,刚进行 植入手术后最容易引发感染。 金黄色葡萄球菌 与 铜绿假单胞杆菌 在 医院内分布最为广泛，也是引发 术后 感染的主要病原菌。 铜绿假单胞杆菌 和 金黄色葡萄球菌都具 备 较强的化学药物抵抗能力。 近年来由于 滥用 抗生素，这两种菌的耐药性越来越高 [23]。 随着 感 染菌的耐药菌株 的 不断产生，药物的效果逐 渐 减弱， 导致了 患者术后费用越来越高，但 患者的 病痛却 并 没有得到有效的治疗。 本实验通过纳米 锌 抗菌涂层的钛材在金黄色葡萄球菌上进行 的 一系列抗菌测试，来验证通过涂覆纳米 锌 的钛材是否 具有 了 目标 改性 功 能 ，对表面改性后的钛材的抗菌性进行评 估 ， 检测材料 是否具有优良的抗菌性能 [34]。 材料与方法 材料与设备 材料：金黄色葡萄球菌菌株 （重庆大学生物工程学院） ，肉汤培养基 （青岛日水生物技术有限公司， MH 肉汤， 配制比例 21g/L H2O） ， cck8 试剂 （购于 碧云天生物技术研究所 ，产品编号 C0038） 实验仪器： 1) CO2培养箱 （ SHELLAB） 2) 培养瓶 （ Greiner） 3) TL16R 台式高速冷冻离心机 （上海伟业仪器厂） 4) 超净工作台 （上海博讯实业有限公司医疗仪器设备厂） 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 钛合金抗菌界面的构建 11 5) 数码相机 （ C5050 型， OLYMPUS） 6) 倒置相差显微镜 （ IX71 型， OLYMPUS） 7）酶标仪： Model 550，美国 BIORAD 公司 细菌的培养 在本次研究中，我们使用金黄色葡萄球菌。 金黄色葡萄球菌属于 革兰氏阳性菌 ，是人类的一种重要 病原菌 ，。