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目的钛及其合金具有良好的机械性能、生物相容性和化学稳定性,在医疗领域应用广泛,比如骨科骨折固定用的钛板和口腔种植体等。然而种植体本身不具备抗菌能力,临床上,生物材料相关感染仍然时有发生。数据表明,尽管采取严格的无菌操作,种植体失败率仍然可达20%-5%。对种植体表面进行改性赋予其抗菌性能,预防种植体周围炎发生,具有重要的临床意义。同时,细胞相容性对于生物材料的应用也是至关重要的。本论文创新性地在钛片表面通过表面引发原子转移自由基聚合反应(SI-ATPR)的方法制备抗菌高分子刷聚季铵盐,以期获得环境友好型的抗菌改性钛表面。方法本实验通过SI-ATRP方法,在钛片表面引入聚季铵盐高分子刷。首先,通过多巴胺盐酸盐与2-溴异丁酰溴(BIBB)的酰溴化反应,制备引发剂2-溴-N-[2-(3,4-二羟基苯基)乙基]-丙酰胺。将制得的引发剂固定与钛片表面后在钛表面聚合接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体(DMAEMA),然后用十六烷基溴将聚基丙烯酸二甲氨基乙酯分子末端的叔胺季铵化,从而获得大分子季铵盐改性的钛表面。同时为了验证多巴胺的作用,通过将另外一种偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)引入钛片表面,再接入溴异丁酰溴用于接下来的聚合反应。聚合反应单体和条件及季铵化反应同前。用核磁共振波谱仪对合成的引发剂进行表征,两种改性的钛表面通过接触角、X射线光电子能谱(XPS)进行表征。革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌用于体外抗菌实验,Live/Dead BackLight assay kits试剂盒染色后在荧光显微镜下观察表面细菌分布情况,扫描电镜用于检查材料表面细菌粘附情况。通过培养皿上菌落形成单位计数法,评价改性钛片对两种细菌抗菌性能。MC3T3-E1细胞用于细胞毒性实验。将细胞培养于空白钛片和两种方法制备的聚季铵盐的钛表面,通过CCK-8法测定其OD值来检测其对MC3T3-E1的亲和性。结果核磁共振氢谱结果显示目标引发剂2-溴-N-[2-(3,4-二羟基苯基)乙基]-丙酰胺成功合成。接触角结果用于评价反应进行各步骤后材料表面的亲疏水性变化。将合成的2-溴-N-[2-(3,4-二羟基苯基)乙基]-丙酰胺固定于钛片表面后,接触角从接近0°增加到60°,而在聚合DMAEMA后接触角降至46°,季铵化后又变为55°。APTES组钛片表面接触角变化为,在用APTES氨基化钛片后,接触角从接近0°增大到38°,接入BIBB后增大到75°,而在聚合和季铵化之后的角度则分别为46°和66°。XPS结果显示,与空白钛片相比,固定引发剂之后的钛片在70.1 eV左右有一个明显的Br 3d峰,证明引发剂成功固定于钛片表面。在进行ATRP反应聚合DMAMEA单体后,C 1s和N 1s峰明显增强而Br 3d峰几乎消失。同时C/N元素含量比为57.15/7.5(APTES组C/N元素含量比为62.67/7.64),与DMAEMA的C/N原子组成比例8/1 一致,这证实通过ATRP反应,DMAEMA成功在钛片表面发生聚合反应。季铵化之后,C 1s信号继续增强而Ti 2p继续减弱,这证实了高分子刷成功被季铵化修饰。证实了两种目的聚季铵盐高分子刷在钛片表面的成功接枝。抗菌实验部分,荧光显微镜下可见,不管是4h还是24h实验时间点,与空白钛片相比,改性后的钛片表面粘附的细菌明显变少,且死菌占大多数。扫描电镜下可见粘附于改性后的钛片表面的细菌明显少于空白组。菌落计数也直观地证实改性钛片在4h、24h及72h均具有良好抗菌能力。通过菌落计数,三个时间段两种细菌的实验结果均为改性后的钛片抗菌率可达90%左右,两种不同偶联剂处理的钛片表面的细胞毒性显现不同的结果,纯钛作为空白组,多巴胺组改性的钛表面作为实验组,APTES偶联剂处理的聚季铵盐钛片表面作为对照组,结果显示实验组钛片对MC3T3-E1显示良好的细胞相容性,而对照组则表现出一定的细胞毒性。提示多巴胺在改善细胞相容性上起重要作用。结论本实验在钛表面成功制备了以多巴胺和氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂接枝的大分子季铵盐。以多巴胺为偶联剂接枝大分子季铵盐的钛表面具有良好的抗菌性,并且对成骨细胞在其表面的增殖无明显抑制作用;而以氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂接枝大分子季铵盐的钛表面则对成骨细胞表现出一定的毒性。