納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯抗菌性能及生物相容性研究.pdf

1、研究背景:
　　 生物材料是與生物系統(tǒng)起作用的醫(yī)療物件的非生命材料，也稱作生物醫(yī)學(xué)材料。炎癥反應(yīng)是生物材料植入人體后主要副作用之一。生物材料的植入為游離細菌提供粘附的位點，使感染更容易發(fā)生。隨著細菌的感染粘附，逐漸形成一層水合多聚糖性質(zhì)的生物膜。在這種生物膜內(nèi)，細菌的抗藥性要遠遠大于游離細菌，傳統(tǒng)的抗菌治療作用不大，因此植入物的使用常并發(fā)以生物材料為中心的感染(BCI)。BCI及其它組織反應(yīng)是臨床植入手術(shù)的重大問題，經(jīng)常是再次手

2、術(shù)和醫(yī)療事故的主要原因，并給病人帶來經(jīng)濟上的重大負擔。因此，研究本身具有抗細菌感染能力的生物醫(yī)用材料已經(jīng)成為生物材料領(lǐng)域的一個熱點問題。
　　 聚氨酯是結(jié)構(gòu)中含有重復(fù)的氨基甲酸酯基(-NHCO-)的聚合物的總稱，可以通過設(shè)計軟硬段的比例對其物理、化學(xué)性質(zhì)進行比較大的調(diào)整。聚氨酯材料具有優(yōu)異的力學(xué)強度、高彈性、耐磨性、潤滑性、耐疲勞性、生物相容性、可加工性等而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以及良好的生物相容性和抗凝血性能，被稱為“理想

3、的生物材料”。在許多醫(yī)療裝置和人工器官中得到了廣泛應(yīng)用，是一種很重要的生物醫(yī)用材料。但在適宜的溫度和濕度條件下，醫(yī)用制品表面極易生長和繁殖細菌，嚴重威脅人類的健康，同時也會帶來醫(yī)療事故和巨大的經(jīng)濟損失。
　　 開發(fā)抗菌聚氨酯材料，保護人民的身體健康，防止細菌的傳播，乃至預(yù)防局部或世界流行疾病的爆發(fā)都具有十分重要的意義。
　　 目的:
　　 研制納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯材料，并觀察其在體外及體內(nèi)的生物相容性，以期制

4、作出一種理化性質(zhì)優(yōu)越，生物相容性高的人工生物材料，為其進一步應(yīng)用于人體植入材料提供最佳材料的選擇。
　　 方法:
　　 1、采取目前普遍使用的母粒法制備抗菌聚氨酯。
　　 首先將納米載銀磷酸鋯、聚氨酯(EG100A-B20)和分散劑按一定比例在高速混合機中混合均勻，以提高抗菌劑在聚氨酯中的分散和附著能力，然后將混合均勻的物料經(jīng)雙螺桿擠出機、切粒機制成抗菌母粒，最后將抗菌母粒同空白聚氨酯按一定比例混合，制備出抗菌劑

5、質(zhì)量分數(shù)分別為0％（空白）、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、5％的抗菌聚氨酯，經(jīng)注塑機注塑成型為5×5×0.5cm標準樣板，蒸餾水中浸泡24，消毒備用。
　　 2、納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯材料的體外抗菌性能研究。采用貼膜法檢測納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯材料對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌性能。將標準菌株金黃色葡萄球菌、大腸桿菌傳代培養(yǎng)，混懸于TSB培養(yǎng)液中，采用麥氏比濁法配置成濃度為1.5×108CFU/mL的菌液，并依

6、次做4次10倍遞增稀釋。分別吸取100μL菌液接種在各組抗菌試件表面，蓋上消毒PE膜，培養(yǎng)24h。然后將試件放置在含9.99mLTSB培養(yǎng)液滅菌試管中，旋渦振蕩1min。分別取1mL接種于TSA平板上，培養(yǎng)24h后，計數(shù)菌落數(shù)CFU。實驗重復(fù)5次，結(jié)果取平均值。
　　 3、按ISO10993.12-2009和國家GB/T16886-2008中的系列標準要求，對制備的納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯材料進行細胞毒性實驗、急性全身毒性實驗、

7、溶血實驗、熱原實驗、兔肌肉植入實驗，以綜合評價其生物相容性。
　　 細胞毒性實驗:將實驗組（抗菌聚氨酯浸提液）、陰性對照組（聚乙烯浸提液）與陽性對照組（6.4％苯酚溶液）各3ml，分別置于35mm細胞培養(yǎng)皿內(nèi)，加入6x104/mlL929細胞懸液3ml，培養(yǎng)箱培養(yǎng)24h、48h及72h后，觀察細胞形態(tài)及生長情況。將100ul濃度為6X104/mL的細胞懸液接種于96孔培養(yǎng)板，細胞貼壁后棄原液，分別加入實驗組（2％抗菌聚氨酯浸提液

8、）、空白對照組（0％抗菌聚氨酯）、陰性對照組（聚乙烯浸提液）與陽性對照組（6.4％苯酚溶液）各100ul，采用MTT比色法測定L929細胞培養(yǎng)24h、48h、72h的相對增殖率(RGR)，評價材料的細胞毒性。
　　 急性全身毒性實驗:按50ml/kg劑量標準，無菌條件下將2％納米載銀磷酸鋯聚氨酯材料的浸提液注入試驗組小鼠腹腔內(nèi)，陰性對照組注入生理鹽水，陽性對照組注入苯酚。給藥后連續(xù)7天觀察小鼠，記錄小鼠呼吸、進食、運動等一般情況

9、、毒性反應(yīng)、體重變化或死亡。溶血實驗:取10ml受試樣品浸提液（實驗組）、10ml生理鹽水（陰性對照組）、10ml蒸餾水（陽性對照組），分別加入0.2ml的新鮮抗凝稀釋兔血，肉眼觀察是否出現(xiàn)明顯的溶血現(xiàn)象;酶標儀檢測各樣本上清液的吸光度，評價受試材料的體外血液相容性。
　　 熱原實驗:以5ml/kg劑量將受試材料浸提液自兔耳緣靜脈緩慢注入，給藥后連續(xù)測量兔體溫并與實驗前預(yù)檢體溫相比較，評價受試材料的制熱作用。
　　 兔肌

10、肉植入實驗:將2％納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯材料植入新西蘭大白兔背部肌肉中，分別于術(shù)后1w、4w、12w后取出進行大體觀察與組織病理學(xué)檢查，觀察材料植入后的組織炎癥反應(yīng)程度與纖維囊形成情況，評價材料植入肌肉后的組織反應(yīng)。
　　 結(jié)果:
　　 1、抗菌聚氨酯的抗菌性能評價
　　 添加納米載銀磷酸鋯的熱塑性聚氨酯能有效抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長?？咕鷦┨砑颖壤?.5％-5％組對金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為80.

11、23％、91.32％、95.23％、99.19％、99.87％、99.93％，對大腸桿菌的抑菌率分別為76.70％、86.96％、92.92％、99.14％、99.34％、99.87％，與0％比例組（對照組）比較均有顯著差異(P＜0.05)，且抗菌效能隨抗菌劑添加比例的上升而顯著提高。
　　 2、抗菌聚氨酯材料的生物相容性評價
　　 細胞毒性實驗:2％納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯浸提液細胞貼壁生長，細胞呈梭形，折光性強，細胞

12、突充分伸展;浸提液作用小鼠成纖維細胞24h，48h和72h后RGR分別為97.3％、96.5％、96.3％，組細胞毒性毒性反應(yīng)均為Ⅰ級，無細胞毒性。提示2％納米載銀磷酸鋯抗菌抗菌聚酯與普通抗菌聚氨酯(0％)均有良好的細胞相容性。
　　 急性全身毒性實驗:實驗組小鼠注射后沒有出現(xiàn)異常癥狀，活動、進食、排泄正常，未見步態(tài)不穩(wěn)、驚厥、癱瘓以及呼吸抑制等毒性反應(yīng)，在7天觀察期內(nèi)，體重呈增加趨勢，無死亡。
　　 溶血實驗:受試材料

13、浸提液不引起體外溶血反應(yīng)，溶血率為1.56％。
　　 熱原實驗:注射受試材料浸提液后體溫升高均低于0.60℃，三只兔體溫升高總數(shù)為0.5℃，按國家藥典的標準受試材料無不良的的制熱作用。
　　 兔肌肉植入實驗:大體觀察受試材料植入后切口無明顯滲血、滲液，無感染發(fā)生，纖維囊隨時間逐漸變薄。組織病理學(xué)檢查提示，材料植入后局部有少量炎細胞浸潤，以中性粒細胞和散在的淋巴細胞為主，無組織壞死。隨著植入時間增加，炎癥基本消失，且形成微

14、薄且透明的纖維膜包裹。
　　 結(jié)論:
　　 1、本課題首次將納米載銀磷酸鋯通過熔融共混法加入聚氨酯制備出納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯，并證實其具有良好的抗菌效果和優(yōu)異的生物相容性。
　　 2、隨著納米載銀無機抗菌劑添加比例的上升，聚氨酯的抗菌性能明顯提高。當添加比例達到1.5％時，納米抗菌聚氨酯對金黃色葡萄球菌抑菌率達到95.23％，對大腸桿菌的抑菌率達到92.92％。由于QB/T2591-2003規(guī)定材料對微生物的

15、抑菌率＞90％才能被稱為抗菌材料，所以從抗菌角度出發(fā)，推薦納米載銀無機抗菌劑在聚氨酯中的添加比例應(yīng)不低于1.5％。
　　 3、據(jù)IS010993-2009和GB/T16886-2008系列標準對于生物材料相容性的檢測方法與要求，實驗結(jié)果表明本課題組制備的納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯材料無細胞毒性、無急性全身毒性、不引起溶血反應(yīng)、無致熱作用，與空白的醫(yī)用聚氨酯比較，生物相容性無明顯差異。納米載銀磷酸鋯抗菌聚氨酯具有良好生物相容性，為下