等离子体电解氧化方法在Ti表面制备生物相容性抗菌膜层研究

骨科植入物相关感染是当今医学上亟待解决的难题之一。等离子体电解氧化方法可以克服现有表面修饰方法膜基结合不牢固，抗菌层易脱落等缺陷，并且该方法制备的膜层具有多孔结构，有利于植入物与原骨的附着及植入物附近抗生素的渗入和释放。本项目拟将具有抗菌性能的AgNO3和纳米Ag颗粒加入含Ca、P离子的电解液中，用等离子体电解氧化方法在Ti植入材料表面制备同时含有Ag和羟基磷灰石(HA)的膜层Ag/(nano)Ag-HA-TiO2，并对其进行体外细胞相容性和抗菌性实验，通过优化实验参数获得兼具良好机械性能、生物相容性及抗菌性能的膜层，确定无细胞毒性条件下最佳AgNO3和纳米Ag颗粒的掺杂浓度。并且通过对膜层形貌、结构、表面粗糙度及亲疏水性等测试，分析该膜层的生长规律及抗菌机理。本项目研究将为制备理想骨科植入物材料提供一条行之有效的途径。

Ti 及其合金广泛应用于人工关节和义齿等植入材料，然而作为植入手术最严重的并发症之一，植入物相关感染成为医学上亟待解决的难题。应对植入物相关感染最直接的措施是在现有的植入物表面制备抗菌膜层。该措施的优点是既对原材料不产生较大影响，又使其具备了抗感染特性。本研究用等离子体电解氧化方法对Ti6Al4V医用钛合金进行了表面处理，制备出了生物相容性良好的抗菌膜层。在不同电源参数下制备了HA-TiO2膜层，结果表明电源频率为1000 Hz, 电流密度为8A/dm2，占空比为10%时制备的膜层的HA含量较高，且耐腐蚀性能较好。在电解液中添加不同浓度的纳米Ag，制备出（nano）Ag-HA-TiO2膜层，对膜层的耐腐蚀性能、耐磨性能及生物相容性和抗菌性进行系统研究。结果表明，经等离子体电解氧化处理后的膜层的耐腐蚀性较Ti6Al4V基底有明显提高，在电解液中添加纳米Ag对膜层的耐腐蚀性没有明显影响。等离子体电解氧化处理后的样品的耐磨性比基底有所下降，但添加纳米Ag后有利于提高HA-TiO2的耐磨性能。电解液中添加纳米Ag所制备的（nano） Ag-HA-TiO2膜层具有良好的生物相容性，（nano） Ag-HA-TiO2上小鼠成纤维细胞的活性可以达到130%。同时膜层又具有良好的抗菌性，电解液中添加浓度为5和50 mg/L 的纳米Ag制备的样品上牙龈卟啉单胞菌的细菌活性分别降至21%和32%。由实验结果可知，在本实验条件下，50 mg/L的纳米Ag添加浓度为最佳添加浓度。本研究为制备理想的抗菌性植入材料提供了一条行之有效的方法。