【摘要】：研究背景和目的:由于人口老齡化、運(yùn)動(dòng)損傷、骨腫瘤和醫(yī)療技術(shù)改進(jìn)等原因,植入物手術(shù)量正處于逐年上升趨勢(shì)。對(duì)于骨科手術(shù)而言,植入物手術(shù)仍然具有一定感染風(fēng)險(xiǎn),眾所周知感染是外科手術(shù)失敗和導(dǎo)致醫(yī)療糾紛的主要原因之一。因此,有必要通過適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎椩鰪?qiáng)植入物抗菌性能以降低植入物相關(guān)感染率�？咕{米顆粒作為未來臨床藥物受到很大關(guān)注,其具有抑菌劑量少,表面積大和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際臨床應(yīng)用中,修飾在植入物表面的抗菌成分理想釋放方式應(yīng)分為兩階段。首先的快速釋放階段(48h內(nèi)),快速殺死植入物表面和周圍組織的病原菌;隨后的緩慢釋放階段(約2周左右),以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期優(yōu)異抗菌效果。目前3D打印技術(shù)已經(jīng)在骨科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,精準(zhǔn)醫(yī)療和定制化設(shè)備已經(jīng)是未來醫(yī)療的發(fā)展方向。本研究將3D打印與納米修飾技術(shù)相結(jié)合,在3D打印植入物表面修飾ZnO雙層納米陣列,賦予定制化設(shè)備抗菌能力,為降低植入物相關(guān)感染率提供新的選擇。方法:(1)水浴法在PEEK/PLA材料表面修飾三種不同形貌的Zn O納米陣列;(2)通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)已修飾三種不同形貌Zn O納米陣列的PEEK/PLA材料表面進(jìn)行鏡下觀察,同時(shí)運(yùn)用X線衍射技術(shù)明確材料表面修飾的納米陣列;(3)將PEEK/PLA材料以及修飾三種不同形貌ZnO納米陣列的PEEK/PLA材料浸泡在緩沖液中,每2天換液一次持續(xù)2周,對(duì)浸泡后的緩沖液進(jìn)行ICP分析;(4)利用CATIA和3DMAX軟件設(shè)計(jì)腰椎融合器,骨釘和骨折內(nèi)固定板,通過3D打印機(jī)打印出PLA材料實(shí)物;(5)體外抗菌實(shí)驗(yàn)將已修飾不同ZnO納米陣列的PEEK/PLA材料分別與革蘭氏陽性和革蘭氏陰性代表菌共培養(yǎng),對(duì)存活的細(xì)菌數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)并計(jì)算抑菌率;(6)體內(nèi)抗菌實(shí)驗(yàn)將已修飾不同ZnO納米陣列的PEEK/PLA材料和致病菌同時(shí)植入動(dòng)物體內(nèi),經(jīng)過2周的飼養(yǎng),取植入物表面和周圍體液進(jìn)行細(xì)菌計(jì)數(shù)。另外,取植入物周圍組織進(jìn)行包蠟切片和HE染色觀察其中炎癥細(xì)胞數(shù)量。結(jié)果:(1)鏡下觀察和X線衍射技術(shù)表明材料表面成功修飾了ZnO納米片陣列,ZnO納米棒陣列和ZnO雙層(棒狀+片狀)納米陣列,經(jīng)過超聲處理后,ZnO雙層納米陣列呈現(xiàn)出優(yōu)異的材料表面黏附性;(2)材料表面修飾的ZnO雙層納米陣列存在48h內(nèi)暴釋和2周內(nèi)緩釋的現(xiàn)象,而單純修飾ZnO納米棒陣列的材料只存在2周緩釋的特征,同時(shí)單純修飾ZnO納米片陣列的材料只存在48h內(nèi)暴釋的形式;(3)3D打印PLA模型表面修飾三種不同形貌Zn O納米陣列與金黃色葡萄球菌和大腸桿菌共培養(yǎng)計(jì)數(shù)結(jié)果顯示,經(jīng)ZnO納米陣列修飾的3D打印模型對(duì)革蘭氏陽性和陰性代表菌呈現(xiàn)出良好的抗菌性能,對(duì)比未經(jīng)修飾ZnO納米陣列的PLA模型具有顯著差異性(0.001);(4)體外抗菌實(shí)驗(yàn),三種ZnO納米陣列在24h和48h均呈現(xiàn)較好的抗菌性能,其中48h更優(yōu)。ZnO納米陣列對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌能力較大腸桿菌更好,其中ZnO雙層納米陣列抑菌率將近100%。經(jīng)過超聲處理后,ZnO雙層納米陣列仍然展現(xiàn)出良好的抑菌性能,而ZnO單層納米陣列的抗菌性能相比較弱。同時(shí)生物膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ZnO雙層納米陣列表面只有極少細(xì)菌存在,展現(xiàn)出良好的破壞生物膜形成作用;(5)體內(nèi)抗菌實(shí)驗(yàn),經(jīng)Zn O雙層納米陣列修飾植入物的植入切口愈合良好,修飾ZnO單層納米陣列的植入切口呈現(xiàn)一定程度的延遲愈合,特別是未經(jīng)修飾植入物的植入切口明顯愈合緩慢。對(duì)植入物表面和周圍細(xì)菌進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示,相比未經(jīng)修飾的植入物,經(jīng)三種不同ZnO納米陣列修飾的植入物表面和周圍存在的細(xì)菌大大減少(0.001),而且未經(jīng)修飾的植入物周圍皮膚和肌肉組織切片經(jīng)觀察顯示有大量炎癥細(xì)胞存在,相反三種ZnO納米陣列修飾的植入物周圍組織中僅發(fā)現(xiàn)少量炎癥細(xì)胞。結(jié)論:(1)PEEK/PLA材料表面成功修飾了一種制備方法簡(jiǎn)單,抗菌效果極好的ZnO雙層納米陣列;(2)Zn O雙層納米陣列與3D打印植入物結(jié)合可以為降低植入物相關(guān)感染率提供新的有效方法,為減少抗生素使用提供新的選擇。
【圖文】：

圖 1 ZnO 雙層納米陣列釋放示意圖（a）蒲公英種子和莖干；（b）ZnO 雙層納米陣列的原始形貌；（c）快速釋放階段；（4）緩慢釋放階段。Figure 1. Schematic illustration the sources of inspiration and the system of ZnO DLNat different models.(a) Inspiration of studies were came from dandelion, some flying dandelion seeds wereemphasized in the yellow frame. (b) 3D view of ZnO DLN’s original morphology. (c)Model 1: quick release within early 48 hours. (d) Model 2: slow release within laterapproximately 2 weeks.

3.1 表征結(jié)果3.1.1 掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果掃描電子顯微鏡下觀察材料（PLA/PEEK）表面修飾的 ZnO 片狀納米陣列，ZnO 棒狀納米陣列以及 ZnO 雙層（棒狀+片狀）納米陣列。圖片經(jīng)過偽彩處理，，紅色區(qū)域是 ZnO 片狀納米陣列，綠色區(qū)域是 ZnO 棒狀納米陣列，藍(lán)色區(qū)域是基底材料。經(jīng)過超聲震蕩處理后，材料表面片狀 ZnO 納米陣列丟失嚴(yán)重，棒狀 ZnO相比片狀 ZnO 納米陣列保留的更多，提示棒狀 ZnO 納米陣列在材料表面優(yōu)良的黏附性。另外，雙層 ZnO 納米陣列顯現(xiàn)出優(yōu)越的黏附性能（圖 2）。在掃描電鏡下局部能譜分析結(jié)果顯示，兩種 ZnO 納米陣列中含有大量的 Zn 元素和 O 元素（圖 3）。掃描結(jié)果提示修飾在材料表面的納米陣列的成分確切為 ZnO 納米陣列。且無論在超聲震蕩前后，ZnO 雙層納米陣列都顯現(xiàn)出優(yōu)越的黏附性。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;R318.08

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本文編號(hào)：2674552