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温敏抗菌/抗污高分子涂层的构建及其在骨科植入体中的应用研究

温敏抗菌/抗污高分子涂层的构建及其在骨科植入体中的应用研究

引用

作者：王瑾北京化工大学

学位级别：硕士

钛及其合金以优良的机械性能和良好的生物相容性被广泛应用于骨科植入物,在骨缺损、骨折和关节炎等骨科疾病中具有广泛的应用。然而,在临床手术中,极少量的细菌也可能引发植入物相关感染（IAIs）,从而给患者造成不必要的身体损伤和大额... 详细信息

钛及其合金以优良的机械性能和良好的生物相容性被广泛应用于骨科植入物,在骨缺损、骨折和关节炎等骨科疾病中具有广泛的应用。然而,在临床手术中,极少量的细菌也可能引发植入物相关感染（IAIs）,从而给患者造成不必要的身体损伤和大额经济支出。此外,钛及其合金的骨整合能力不足,易导致植入物松脱。因此,开发具有高效抗菌和促成骨能力的多功能医用材料是解决这一难题的关键和有效途径。针对钛植入体易感染和成骨不足两个问题,本论文制备了高分子季铵盐和亲水性温敏聚合物改性的钛植入体,赋予表面抗污/菌可转换特性的同时引入近红外Ⅱ区光响应性材料以产生温和光热效果,通过上调热休克蛋白的表达激活热应激相关的成骨通路,促进干细胞成骨分化,从而促进骨整合。本论文第二章通过多巴胺共沉积作用将酰溴化的季铵化聚乙烯亚胺（QPEI-Br）和近红外Ⅱ区光响应性材料二（1,4,5,8-四羟基蒽醌）合三铜（Ⅱ）(Cu（Ⅱ）-THQ)沉积在钛片表面。QPEI-Br作为杀菌组分可以杀灭粘附在钛片表面上的细菌,而Cu（Ⅱ）-THQ可以在近红外Ⅱ区光的作用下调控钛片表面温度。利用表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）通过“Grafting-from”的策略在材料表面引入温敏聚合物P（MEO2MA-co-OEGMA）,使钛片表面具有温敏响应性的抗污/抗菌功能。本章成功构建了具有优良光热转换性能和抗菌性能的功能化钛材Ti-Cu/Q。实验结果表明,Ti-Cu/Q在1 W/cm2的1064 nm激光照射下在空气中可升温50 ~oC,且对大肠杆菌（***）和金黄色葡萄球菌（***）的杀菌率均可达到99.99%。然而,进一步研究发现SI-ATRP体系所用溶剂会溶解前述沉积层,且通过SI-ATRP构建的聚合物刷未能表现出温敏性能。这一现象可能是由于QPEI-Br作引发剂改变了温敏聚合物的构象,从而改变了聚合物链与水分子的相互作用。针对第二章SI-ATRP方法遇到的问题,论文第三章采用“Grafting-onto”的策略在材料表面修饰温敏聚合物。首先,在钛金属表面通过多巴胺共沉积作用构建具有抗菌和近红外二区光热作用的QPEI/Cu（Ⅱ）-THQ复合涂层。之后,利用原子转移自由基聚合（ATRP）方法构建含有邻苯二酚基团的温敏聚合物P（MEO2MA-co-OEGMA）,随后将P（MEO2MA-co-OEGMA）通过邻苯二酚基团修饰到材料表面。通过控制聚合物溶液的浓度获得具有抗污/抗菌性能的高分子涂层。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和激光共聚焦显微镜（CLSM）等方法对制备的样品进行表征,结果表明在钛金属表面成功构建了具有温敏响应性抗菌/抗污功能的高分子涂层Ti-Q/Cu-PMO。CLSM下观察粘附细菌的Ti-Q/Cu-PMO样品,结果表明在1064 nm激光处理下,Ti-Q/Cu-PMO可表现出优良的杀菌效果,撤去1064 nm激光后Ti-Q/Cu-PMO的杀菌效果减弱,主要表现为抗污性能。随后通过SD大鼠股骨髁植入模型进行抗感染和温和光热促成骨的体内研究。结果表明该功能化钛材在体内同样具有优异的抗菌性能,钛材表面温度的适度升高可以促进骨组织再生。综上,本论文在钛表面构建了温敏响应性抗菌/抗污高分子涂层,研究了该涂层的光热转换性能、抗污/抗菌转换性能与促成骨性能,阐明了温敏聚合物分子链构象与抗污/抗菌性能的关系,并通过体内股骨髁植入实验模型验证了该涂层的作用效果。

关键词：表面改性温敏聚合物抗菌温和光热骨整合

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近红外光触发释放一氧化氮敏化光热治疗的抗肿瘤作用研究

近红外光触发释放一氧化氮敏化光热治疗的抗肿瘤作用研究

引用

作者：李倩山西医科大学

学位级别：硕士

目的:首先,将黑色素纳米颗粒(melanin nanoparticles,MNP)经精氨酸(L-Arginine,Arg)功能化修饰后合成得到AM(L-Arg-MNP)纳米粒,为了提高纳米粒AM在肿瘤组织的滞留作用,在其外部包裹水凝胶HF,利用该温敏性水凝胶可在适当温度下发生相转... 详细信息

目的:首先,将黑色素纳米颗粒(melanin nanoparticles,MNP)经精氨酸(L-Arginine,Arg)功能化修饰后合成得到AM(L-Arg-MNP)纳米粒,为了提高纳米粒AM在肿瘤组织的滞留作用,在其外部包裹水凝胶HF,利用该温敏性水凝胶可在适当温度下发生相转变的特性,成功制备HFAM纳米凝胶。其次,验证了纳米凝胶HFAM可在近红外光照射作用下释放NO,且释放的NO可通过抑制肿瘤细胞自噬机制,有效敏化PTT,实现温和光热治疗恶性肿瘤的目的。方法:***纳米凝胶的构建及表征制备新型水溶性黑色素纳米粒,经精氨酸功能化酸修饰,合成AM纳米粒,采用傅里叶红外光谱仪和DLS通过红外光谱、Zeta电位验证其成功合成,并通过透射电镜和DLS考察其外观形态、粒径;AM纳米粒通过物理混合HF水凝胶制备纳米凝胶HFAM,采用单因素分析分别以胶凝时间、胶凝温度及通针性作为评价指标,考察不同浓度F127对凝胶的影响,最终确定F127最适浓度;采用扫描电镜观察纳米凝胶HFAM的形貌;利用热成像仪及Griess试剂法评估纳米凝胶HFAM的光热性能与NO释放能力。***纳米凝胶的体外药效研究CCK-8法检测纳米凝胶HFAM对4T1细胞的细胞毒性及HFAM在激光照射条件下对4T1细胞的增殖抑制作用;流式细胞术考察了4T1细胞对纳米凝胶HFAM在不同时间点的摄取情况,确定最适孵育时间;采用Annexin V-FITC/PI双染法及流式细胞术检测HFAM在不同条件下对细胞的诱导凋亡作用;使用DAF-FM DA荧光探针检测了HFAM在不同条件下的NO释放能力;采用CYTO-ID自噬试剂盒和Westernblot考察了HFAM+Laser温和光热的作用机制。***纳米凝胶的体内药效研究建立小鼠4T1皮下乳腺癌模型,以PBS、HF+Laser、MNP+Laser、HFAM+Laser为分组,分别考察了HFAM在小鼠体内的光热效果以及NO释放性能;经过不同组别的治疗后观察小鼠14天后的肿瘤生长情况、小鼠体重、HE病理切片,综合评价HFAM+Laser的体内抗肿瘤效果。结果:***纳米凝胶的构建及表征FT-IR表征在1496cm出现C=N的吸收峰且1622cm处C=O的伸缩振动增强表明纳米粒AM成功合成,电位表征中MNP的Zeta电位为-27.4m V,而AM的Zeta电位为+6.28m V,进一步验证了纳米粒AM成功合成;透射电镜下观察制备的纳米粒AM呈分散均匀、大小均一的球形,粒径为10.1 nm;当F127浓度为18%,且质量比F127:HA=1:1时,我们得到了理想的纳米凝胶HFAM,它可在(31.8±0.5)℃且具有良好通针性的条件下,经过(97±5)s,发生由液态转变为固态的相转变;扫描电镜下观察纳米凝胶HFAM呈多孔隙结构,可将纳米粒AM成功包裹在水凝胶HF内部;纳米凝胶HFAM的升温曲线表明其具有浓度依赖性及激光功率密度依赖性,经五个光热循环后温度无下降趋势,表明其具有良好的热稳定性,选用600μg/m L、0.5 W/cm作为温和光热的条件;纳米凝胶HFAM的NO释放曲线表明其在NO供体的存在下、0.5 W/cm激光照射的条件下,可释放大量NO,浓度可达10μM。***纳米凝胶的体外药效研究CCK-8实验表明纳米凝胶HFAM在设定浓度范围内没有显示出明显的细胞毒性,而在激光照射下可对4T1产生增殖抑制作用;流式细胞术表明4T1细胞对HFAM的摄取量随着时间的延长而增多且在4h后达到99.98%,因此确定4h为最适孵育时间;Calcein-AM/PI细胞双染法定性检测细胞凋亡实验和Annexin V-FITC/PI双染法定量检测细胞凋亡实验均表明HFAM+Laser组可以通过诱导细胞凋亡达到细胞抑制效应;DAF-FM DA荧光探针在HFAM+HO+Laser组的荧光强度最强,表明HFAM+HO+Laser组的NO释放能力最强;经CYTO-ID自噬试剂盒和Western blot实验证明了HFAM纳米凝胶可通过抑制细胞自噬增强4T1细胞对光热治疗的敏感性。***纳米凝胶的体内药效研究HFAM在小鼠体内任然具有良好光热效应以及NO释放性能;与对照组相比,HFAM+Laser组肿瘤体积基本不生长,且HFAM+Laser组小鼠肿瘤H&E染色出现大片空洞现象,表明HFAM+Laser可起到抑制肿瘤生长的作用;各组小鼠的体重没有明显下降,且各组小鼠主要器官H&E染色可证明HFAM对小鼠无明显毒性。上述结果表明,HFAM+Laser可有效抑制肿瘤生长且无明显毒性。结论:本文成功制备纳米凝胶HFAM,可增强了其在肿瘤部位的滞留作用且该纳米凝胶具备良好的光热性能和NO释放能力。此外,纳米凝胶HFAM在近红外光照射下可触

关键词：黑色素纳米粒精氨酸一氧化氮自噬温和光热

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