目前, 傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术具有待测样品数量少、 对特征基团灵敏度高、 样品制备和分析简单等优点; 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的优势也较为显著: 微量元素的高灵敏度检出率, 低检测限和多元素的同时分析; 协同上述两种方法, 可快速对功能医用材料的化学元素和基团进行鉴定, 从而为仿生医用抗菌材料的研发提供新的设计思路和理论依据。 羟基磷灰石(HA)因其优异的骨传导和骨诱导特性被用于薄膜材料, 钛植入表面HA薄膜已进入临床应用阶段。 但是, HA的本真脆性和缺乏抗菌性, 常常导致植入失败。 因此, 开发一种耐磨性好且抑菌性优的促成骨功能涂层成为当前急需要解决的难题。 研究目的在于在钛表面制备耐磨性好且抑菌性优的促成骨功能涂层, 初步探讨了涂层的抗菌离子缓释规律和生物活性。 开拓性地在工业纯钛表面制备了明胶、 银和镁离子改性的羟基磷灰石(Mg-Ag-HA/明胶)抗菌涂层。 将银(Ag)引入羟基磷灰石涂层(HA)以改善其抗菌性能, 镁(Mg)作为第二元素以提高生物相容性, 明胶可以同时提高HA的生物相容性和力学性能。 ICP-MS测定涂层中镁和银元素的释放量和可持续性。 所得到的新型Mg-Ag-HA/明胶的SEM结果、 Ca/P比值、 化学特征峰和晶相通过FTIR, SEM, EDAX和XRD进行表征。 结果表明: 明胶的羧基与HA的钙离子之间已形成Ca—COO化学键, 明胶和Mg-Ag-HA构成了有机-无机复合涂层; Mg和Ag元素被成功地引入到了HA晶格中, 且分布均匀。 模拟体液浸泡后, Mg-Ag-HA/明胶涂层试样表面有新的缺钙型的HA生成, 且球形磷灰石中检测到新的Mg, Na和Cl元素; 结果表明, 新型复合涂层样品具有良好的生物活性。 SEM和LSCM实验结果观察发现, 小鼠颅骨成骨细胞在Mg-Ag-HA/明胶上粘附良好, 细胞伸展大量伪足, 未见细胞毒性。 明胶的加入大大降低了复合镀层中Mg2+和Ag+的释放速率, 提高了复合镀层的生理稳定性, 为镀层保持长期抗菌功能提供了保证。 Mg-Ag-HA/明胶作为钛基涂层材料具有良好的抗菌离子释放能力和优异的生物相容性, 为新型抗感染外科植入体的研发提供了新思路。

采用单电流阶跃电化学沉积技术, 在商业纯钛(CP-Ti)表面构建硅、 银、 氟离子共修饰羟基磷灰石(Si-Ag-F-HA)纳米复合薄膜。 Ag+的持续释放可以提供有效的抗菌性, Si4+作为生物活性元素可以有效地抵消Ag+的潜在细胞毒性。 采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定涂层中硅和银元素的释放规律。 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 能量弥散X射线谱(EDS)、 X-射线衍射(XRD)等技术对得到的材料进行了表征。 结果表明: Si, Ag和F三种元素均匀地掺杂到了HA的晶体结构中。 Si-Ag-F-HA为纳米级的针状晶体结构, 薄膜整体致密且均匀。 Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以在一周内很好地诱导类骨磷灰石的形成, 具有优异的生物活性。 塔菲尔曲线测试结果证实涂层的耐SBF腐蚀性较好。 ICP-MS测试结果表明Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以提供持续的Si和Ag离子释放。 FTIR 和ICP-MS等光谱技术为开发新型抗菌硬组织修复材料提供了高效快速的检测手段。

由于钛及钛合金具有优越的理化性能, 其已被广泛应用于各种植入体, 例如骨科、 牙科及心血管支架等。 然而, 钛基材表面具有生物惰性, 其与周边骨组织形成骨整合的能力较弱, 延缓了组织愈合的时间。 因此, 改善钛植入体表面生物性能具有重要的临床意义。 钛基材表面羟基磷灰石(HAP)复合涂层的制备已成为一种重要的表面生物活性改良手段。 在含有F-, Mn2+, Ca2+和PO3-4的电解液中, 用单电流阶跃沉积法, 在钛金属(Ti)表面上涂覆锰和氟共修饰羟基磷灰石(FMnHAP)复合薄膜。 采用扫描电子显微镜(SEM)、 能量弥散X射线谱(EDS)、 X-射线衍射(XRD)对涂层进行初步表征, 用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术验证了氟离子和锰离子的共修饰对HAP分子构象和生物活性的影响。 结果表明: 锰部分取代磷灰石中的钙, 氟部分取代磷灰石中的羟基, FMnHAP晶格常数变小, 薄膜表面形貌由微米级的针状变为纳米级的绒毛状。 FTIR技术验证显示, 由于磷灰石晶体结构中F取代部分OH, 致使改变了结构中OH的弯曲振动模式的对称性; 模拟体液体外矿化表明, 涂层表面有含碳酸根的类骨磷灰石形成, 则涂层的体外生物活性较好。 极化曲线测试表明, 涂层提高了Ti在生理环境中的耐腐蚀性。