基于FTIR, ICP-MS的仿生Mg-Ag-HA/明胶抗菌生物涂层的制备与表征

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。