磁性羟基磷灰石纳米管涂层设计及其肽控释抗菌与骨整合

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51771142
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The poor bone integrity and bacterial infection may induce initial failure of titanium alloy after implantation. By mimicking the chemical composition and microstructure of bone matrix and considering the effect of micro-magnetic field on the cells and bone matrix, a composite coating composed of microporous TiO2 as an inner layer and Si- and Fe-codoped HA nanotubes as an outer layer is designed and prepared on Ti alloy. The HA nanotube layer is magnetic and degradable, and the release of loaded antimicrobial peptide can be controlled. The research interests of the project include: the formation mechanism of HA nanotubes, structure characterization and bond mechanism of the interfaces between the adjacent phases, the influence of structure of HA nanotube on its magnetism and degradation, the responses of cells and new bone tissue formation ability on the nanotube's structure, magnetism and ion releasing. After loading with antimicrobial peptide, the antimicrobial peptide releasing kinetics, antimicrobial behaviors, cells response and new bone tissue formation ability of the HA will also be clarified. By optimizing the structures of the composite coatings on the basis of the aformentioned investigations, it is expected to endow the composite coating with high bond strength, bioactivity, long-term antimicrobial effect and establish the fundamental of surface modification of metallic materials to improve their clinical functions.
针对钛合金植入体骨整合能力差及易细菌感染引起的种植早期失效,基于仿骨基质化学组成和几何构形的设计思想,结合微磁场对细胞及组织的作用效应,本项目在钛合金表面设计、构建“Si、Fe掺杂磁性可降解羟基磷灰石(HA)纳米管/TiO2”复合涂层并实现抗菌肽的可控释放;阐明Si、Fe掺杂HA纳米管的形成机理,揭示“HA纳米管/TiO2/钛”各界面的结合机制;研究HA纳米管结构与其磁学性能、降解性之间关系;探讨纳米管结构、离子释放及磁学性能对成骨相关细胞附着、功能表达及新骨形成之间的关系;揭示HA纳米管结构组态对抗菌肽释放动力学的影响规律及其抗菌行为的持续效应;阐明负载抗菌肽后纳米管对细胞、新骨形成量随涂层结构、种植时间的变化作用;提出钛合金表面呈高结合强度、生物活性、长期高效抗菌的复合涂层结构优化构建方案,为提升钛合金临床效能奠定基础。

结项摘要

本项目针对钛合金植入体由于骨整合能力差与宿主骨固定不稳以及植入早期、后期细菌感染等引起的种植失效,基于仿骨基质化学组成及几何构形的设计思想,结合微磁场对细胞及组织的作用效应,通过微弧氧化、水热处理、电化学处理、化学键合等关键技术,在钛表面获得了Fe掺杂的磁性TiO2为内层,Fe、Si掺杂的HA纳米阵为外层的复合涂层,并在HA纳米阵列表面物理吸附/化学接枝了抗菌肽;阐明了Fe掺杂TiO2的磁性形成机理:Fe掺杂进TiO2晶格形成Fe3+-Vo-Fe3+偶极子是TiO2显磁性的原因;揭示了磁性HA基面因晶格变形在电化学处理中发生选择性溶解的纳米管形成机制;揭示了纳米磁性粒子形成的微区磁场加快细胞分化,促进组织整合的作用效应;阐明了纳米阵列表面物理吸附及化学接枝抗菌肽的释放动力学及其抗菌行为的持续效应;阐明了负载抗菌肽后纳米阵列的抗菌性能及其对细胞、新骨形成量随涂层结构、种植时间的变化作用;提出钛表面呈高结合强度、生物活性、长期高效抗菌的复合涂层结构优化构建方案,为其满足临床应用奠定了基础。.研究结果发表论文16篇(3篇IF>10),授权国家发明专利6项,其中2项技术转让,培养博士生4人(毕业1人,在读3人),硕士生4人(毕业3人,在读1人)。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
BSA-lysozyme coated NaCa2HSi3O9 nanorods on titanium for cytocompatibility and antibacterial activity
BSA-溶菌酶涂层 NaCa2HSi3O9 纳米棒在钛上的细胞相容性和抗菌活性
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2021.01.074
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Xue Yang;Chen Jun;Zhang Lan;Han Yong
  • 通讯作者:
    Han Yong
pH-Responsive ECM Coating on Ti Implants for Antibiosis in Reinfected Models
钛植入物上的 pH 响应 ECM 涂层用于再感染模型中的抗菌作用
  • DOI:
    10.1021/acsabm.1c01143
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    ACS Applied Bio Materials
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Kai Li;Lan Zhang;Jianhua Li;Yang Xue;Jianhong Zhou;Yong Han
  • 通讯作者:
    Yong Han
Intrinsically ferromagnetic Fe-doped TiO2 coatings on titanium for accelerating osteoblast response in vitro
钛上的本征铁磁 Fe 掺杂 TiO2 涂层可加速体外成骨细胞反应
  • DOI:
    10.1039/c8tb01414k
  • 发表时间:
    2018-09-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Li, Kai;Yan, Ting;Han, Yong
  • 通讯作者:
    Han, Yong
Cytocompatibility and antibacterial activity of nanostructured H(2)Ti(5)O(11)·H(2)O outlayered Zn-doped TiO(2) coatings on Ti for percutaneous implants.
用于经皮植入物的 Ti 纳米结构 H2Ti5O11·H2O 外层 Zn 掺杂 TiO2 涂层的细胞相容性和抗菌活性
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-13954-4
  • 发表时间:
    2017-10-24
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang L;Zhang J;Dai F;Han Y
  • 通讯作者:
    Han Y
Silanized NaCa2HSi3O9 nanorods with reduced pH increase on Ti for improving osteogenesis and angiogenesis in vitro
硅烷化 NaCa2HSi3O9 纳米棒在 Ti 上降低 pH 值增加,可改善体外成骨和血管生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Kai Li;Yang Xue;Jianhong Zhou;Jing Han;Lan Zhang;Yong Han
  • 通讯作者:
    Yong Han

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其他文献

Multi-array iterative receiver for underwater acoustic OFDM communications with EXIT chart evaluation
用于水声 OFDM 通信的多阵列迭代接收机,具有 EXIT 图评估
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Applied Acoustics
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    张兰;许肖梅;冯伟;陈友淦
  • 通讯作者:
    陈友淦
论心阳虚在冠心病发病中的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    辽宁中医杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹洪欣;张兰;吴东宁;张明雪
  • 通讯作者:
    张明雪
以α-synuclein 为靶点的抗帕金森病药物研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李林
产前超声诊断胎儿肾上腺出血1例
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    --
  • 作者:
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    何怡红
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨翠翠;李林;张兰
  • 通讯作者:
    张兰

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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