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随着医疗技术的提升,生物材料越来越广泛地应用在人们的疾病治疗和医疗康复中。医用钛金属材料由于具有很好的耐腐蚀性能和耐磨性能,同时具有良好的生物相容性等优点,是骨齿科手术治疗中常用的支撑材料,被广泛的运用在手术外科中。然而,导致植入体手术失败的主要因素之一就是生物材料的细菌感染。常用的治疗细菌感染手段是利用抗生素静脉注射,但是抗生素的滥用导致大量耐药菌的出现,而全身用药损害人体的免疫系统。因此,大量新型的和反复感染出现的病原体已经导致了广泛的疾病与死亡。虽然对植入材料进行了灭菌处理,但仍然会因为植入体部位发生细菌感染引起严重的并发症,甚至导致患者死亡。同时,由于细菌与生物医疗装置的接触,通过外科手术的植入医疗装置都会被感染。细菌沉积并粘附在生物医疗装置表面并开始聚集快速生长,在生物材料表面形成严重的细菌生物膜,不仅破坏了生物材料的医用属性,还会导致植入体中周围组织的病变。基于以上问题,本研究课题着重于生物材料的抗菌应用,选择了金属有机骨架配位聚合作为研究体系,选择含羧酸铁盐的金属有机骨架作为功能化的载体,可以负载抗菌药物形成金属有机骨架缓释系统,同时缓释出来的铁离子不仅具有抗菌作用,对人体的细胞增殖修复也有促进作用。选择具有光热增强效应的含铁的双金属有机骨架体系,不仅具有物理/光热双重作用的抗菌效果,同时对组织修复愈合具有一定的促进作用。构建基于钛合金表面形成金属有机骨架功能化的抗菌涂层,充分利用钛基底具有较强的机械性能;同时结合功能化金属有机骨架涂层,在高效抗菌的同时,具有良好的生物活性,促进组织器官等细胞的增值与修复,最终实现生物医用材料植入体的成功应用。研究的基本内容具体包括如下工作:1、具有生物相容性的金属有机骨架作为一种新型生物载体的药物释放系统通过水热法制备合成含羧酸铁盐的具有八面体结构的金属有机骨架纳米颗粒(MOF-53NPs),并作为多孔载体负载抗菌药物分子万古霉素,从而形成负载药物的金属有机骨架纳米复合颗粒(MOF-53@Van)。并在不同pH条件下(pH=5.5,6.5,7.4)的PBS溶液中进行长期的金属铁离子和药物万古霉素的缓释,测试释放趋势和释放量。同时将MOF-53完全降解后检测铁离子的含量,来证明缓释的金属铁离子析出含量极低,说明MOF-53颗粒的溶液稳定性。通过细菌平板涂覆和细菌形貌检测来观测抗菌效果。通过MTT和细胞荧光图来检测样品的生物相容性。2、具有光热增强效应的双金属有机骨架抗菌体系利用沉淀老化法合成制备含铁离子的纳米立方颗粒普鲁士蓝(PBNCs),并且掺杂不同含量的锌离子,形成含有铁离子和锌离子的双金属有机骨架纳米颗粒(ZnPBNCs)。通过测量光热曲线及光热图像,来说明掺杂金属锌离子能增强普鲁士蓝纳米颗粒的光热性能;同时测试了长期的铁离子和锌离子缓释曲线,检测PB最为载体具有长期缓释的效果。通过体外细菌抗菌测试来证明PB及ZnPB具有短期的光热抗菌治疗效果,以及长期的金属离子释放的物理抗菌效果。通过成纤维细胞的细胞毒性检测,来说明掺杂锌离子的普鲁士蓝具有很好的生物相容性。通过体外实时荧光定量PCR来检测掺杂锌离子的普鲁士蓝具有促进胶原蛋白的合成以及促进伤口愈合。通过体外动物伤口模型,来验证光热及金属离子对细菌感染的伤口愈合具有积极的促进治疗作用。3、基于钛基底构建具有可见光响应的金属有机骨架抗菌复合涂层首先,对钛表面物理抛光后并超声清洗;通过煅烧法在钛金属表面形成氧化石墨烯(GO),形成基于钛金属的氧化石墨烯涂层(Ti/GO);通过水热法合成的含铁的三元羧酸金属有机骨架(MIL-100(Fe)),壳聚糖(CS)包裹MIL-100(Fe)形成CS@MIL-100颗粒,随后通过旋涂法将CS@MIL-100颗粒旋涂在氧化石墨烯涂层(Ti/GO)上形成基于钛基底的金属有机骨架复合涂层(Ti/GO/CS@MIL-100)。并探究金属有机骨架薄膜的抗菌性和生物相容性。