多巴胺在调控典型医用金属表面“强力结合/多功能膜层”中的应用探索

批准号:
31370954
项目类别:
面上项目
资助金额:
87.0 万元
负责人:
成艳
依托单位:
学科分类:
C1002.生物材料与生物效应
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
邵安良、张翼飞、李明、刘倩、贾昭君、徐旭晨、史裕英
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中文摘要
骨科植入物和口腔种植体是临床上需求量大、产品附加值高的医疗器械的典型代表。感染、骨整合不良和腐蚀松动是造成植入失效的主要原因。通过表面改性技术,在医疗器械表面固定/携载具有一定功能的药物或活性物质赋予其新功能已成为开发新型先进医疗器械的发展趋势。然而,目前相关的表面改性技术仍存在操作工艺复杂,膜层容易脱落,功能单一等问题,需进一步改进。因此,本项目拟利用聚多巴胺的(1)强力黏附特性;(2)操作简单方便,反应条件温和特性;(3)可以作为一个二次反应平台对材料表面进行功能化修饰等优异特性,以兼具骨性结合和抗菌特性的壳聚糖基聚电解质材料为活性组分载体,以既有抗腐蚀性,又有抗菌性的材料为活性组分,探索以多巴胺为调控介质,采用层层自组装技术在骨科和口腔科获得广泛应用的钛及钛合金表面构建强力结合的一体化多功能(抗菌、骨整合和自愈合)膜层。该项目的开展将为开发具有自主知识产权的药械结合产品奠定基础。
英文摘要
Orthopedic and dental implants, as typical biomedical devices with high added values, are in great clinical demand. However, these devices may fail to meet the service demands due to postoperative infection,poor osseointegration and interface corrosion. Surface modifications are competitive methods to overcome these obstacles,and among which immbolizing/loading drugs or active substances on the surface of medical substrate has been the trend to develop advanced biomedical devices with novel functions. Howerver,there still exists some problems, such as complicated fabrication process, weak adhesion strength,simplex function, etc. Therefore, in this study,a novel multi-functional coating will be prepared on titanium and its alloys for orthopedic and dental application,with combined osseointegration ability, antibacterial property and self-healing capability. This coating will be prepared by LBL technique and mediated by dopamine, which will be employed as a universal binding agent to graft secondary functional substances. And the active substaces will be loaded in chitosan, an cationic polyelectrolyte with desirable osseointegration ability and antibacterial property. Our study will lay a foundation to further develop combination devices with multi-functional properties.
骨科植入物和口腔种植体是临床上需求量大、产品附加值高的医疗器械的典型代表。感染、骨整合不良和腐蚀松动是造成植入失效的主要原因。通过表面改性技术,在医疗器械表面固定/携载具有一定功能的药物或活性物质赋予其新功能已成为开发新型先进医疗器械的发展趋势。然而,目前相关的表面改性技术仍存在操作工艺复杂,膜层容易脱落,功能单一等问题,需进一步改进。因此,本项目以多巴胺为调控介质,在典型医用金属钛表面制备了兼具抗菌、骨性结合和自愈合能力的强力结合膜层。我们已按照计划完成了所有的研究计划要点,包括:(1)多巴胺调控TiO2纳米管表面沉积银/钙磷涂层的制备;(2)二维纯钛表面修饰微纳米孔/纳米银用于“陷阱杀菌”和促骨整合的研究;(3)三维梯度多孔载银钛合金支架用于多重感染防治与骨缺损修复的研究等。研究发现:(1)通过阳极氧化获得TiO2纳米管空间结构,并且和多巴胺双重作用促进钙磷盐形核生长。钙磷盐膜层(Ag-D-CaP)具有良好的抗菌性能,同时促进了细胞在表面的粘附、增殖和矿化能力。(2)鉴于仿生微纳米结构的促骨整合作用和纳米银的强持久抗菌效应,通过偶联微弧氧化和聚多巴胺载银技术,在二维钛表面原位制备了具有仿生分级结构的“TiO2/Ag”多功能复合膜层,用于抵抗围手术期细菌粘附,防止生物膜发展,并促进成骨分化和骨整合。(3)结合3D打印技术和上述“TiO2/Ag”膜层修饰策略,开发了定制化且呈现“宏观大孔/微纳小孔/纳米银”梯度结构的三维多孔钛/膜层体系,Ag+分阶段持续释放长达56天,具有至少12周的接触/释放杀菌效果,既可抵御生物膜形成,又协助清除既有感染,还赋予成骨细胞抵抗细菌侵染的能力;表现出良好的生物相容性;能促进成骨细胞空间生长并加速其矿化成熟。该项目研究成果为开发新型安全有效、具有自主知识产权的药械结合产品提供具有实用价值的新型表面改性技术奠定基础。发表了SCI收录论文11篇,申请获得国家发明专利一项,培养了博士研究生2名,硕士研究生3名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Rapamycin-loaded nanoporous alpha-Fe2O3 as an endothelial favorable and thromboresistant coating for biodegradable drug-eluting Fe stent applications
负载雷帕霉素的纳米孔 α-Fe2O3 作为内皮有利且抗血栓涂层,用于可生物降解的药物洗脱铁支架应用
DOI:10.1039/c6tb02634f
发表时间:2017
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
影响因子:7
作者:Li Ming;Xu Xuchen;Jia Zhaojun;Shi Yuying;Cheng Yan;Zheng Yufeng
通讯作者:Zheng Yufeng
Bioinspired and Biomimetic AgNPs/Gentamicin-Embedded Silk Fibroin Coatings for Robust Antibacterial and Osteogenetic Applications
仿生 AgNPs/庆大霉素包埋丝素蛋白涂层,用于强大的抗菌和成骨应用
DOI:10.1021/acsami.7b06757
发表时间:2017
期刊:Acs Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Zhou Wenhao;Jia Zhaojun;Xiong Pan;Yan Jianglong;Li Yangyang;Li Ming;Cheng Yan;Zhenie Yufeng
通讯作者:Zhenie Yufeng
Inhibitor encapsulated, self-healable and cytocompatible chitosan multilayer coating on biodegradable Mg alloy: a pH-responsive design
可生物降解镁合金上的抑制剂封装、自修复和细胞相容性壳聚糖多层涂层:pH响应型设计
DOI:10.1039/c6tb00117c
发表时间:2016-01-01
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
影响因子:7
作者:Jia, Zhaojun;Xiong, Pan;Wei, Shicheng
通讯作者:Wei, Shicheng
Tailored Surface Treatment of 3D Printed Porous Ti6Al4V by Microarc Oxidation for Enhanced Osseointegration via Optimized Bone In-Growth Patterns and Interlocked Bone/Implant Interface
通过微弧氧化对 3D 打印多孔 Ti6Al4V 进行定制表面处理,通过优化骨生长模式和联锁骨/种植体界面增强骨整合
DOI:10.1021/acsami.6b05893
发表时间:2016
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Xiu Peng;Jia Zhaojun;Lv Jia;Yin Chuan;Cheng Yan;Zhang Ke;Song Chunli;Leng Huijie;Zheng Yufeng;Cai Hong;Liu Zhongjun
通讯作者:Liu Zhongjun
From Solution to Biointerface: Graphene Self-Assemblies of Varying Lateral Sizes and Surface Properties for Biofilm Control and Osteodifferentiation
从解决方案到生物界面:用于生物膜控制和骨分化的不同横向尺寸和表面特性的石墨烯自组装体
DOI:10.1021/acsami.6b05198
发表时间:2016-07-13
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Jia, Zhaojun;Shi, Yuyin;Wei, Shicheng
通讯作者:Wei, Shicheng
光热响应涂层对锌锂镁合金的降解调控与促成骨机制
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:成艳
- 依托单位:
细菌触发自卫型银/抗生素复合涂层的构建及其抗菌机制的研究
- 批准号:31670974
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:成艳
- 依托单位:
石墨烯/羟基磷灰石纳米复合涂层在硬组织修复材料中应用探索
- 批准号:31070846
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:33.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:成艳
- 依托单位:
构建生物相容性良好的NiTi合金血管支架表面若干关键问题的探索
- 批准号:30870623
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:成艳
- 依托单位:
国内基金
海外基金
