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医用抗菌涂层在植入体感染的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-03-29  来源:DT新材料  浏览次数:26
核心提示:人口老年化速度增长加剧骨科就医压力,据统计,中国每年仅骨折内植物应用案例就超过500万例,而内植物感染是术后严重并发症之一,
 人口老年化速度增长加剧骨科就医压力,据统计,中国每年仅骨折内植物应用案例就超过500万例,而内植物感染是术后严重并发症之一,难以预防。虽然手术前,医生做了各种预防细菌污染的手术准备,但术后感染仍旧不能避免。为减少术后感染的发生,近几十年来,人们在无菌技术、无菌环境及手术期预防性应用抗生素方面的研究取得重大进展,抗菌内植物材料成为减少术后感染的有效手段被应用于医疗领域。

 

由于医学需求,内植物表面通常需要有一定的特性,但这些会导致生物材料表面发展相关感染。因此,对内植物表面进行涂层修饰提高其表面的抗菌性成为研究热点。

 

抗菌涂层是指以内植物材料为基体,通过喷涂、溶胶-凝胶、复合镀、离子注入、磁控溅射等工艺将具有抗菌功能的各种材料涂覆在基体上。由于抗菌涂层随着应用会逐渐被磨耗,无法维持长期的抗菌功效,所以如何增强抗菌涂层与基体的结合力,并获得良好的抗菌性、生物相容性、高耐磨性、持久性是目前研究的关键问题


根据涂层组成可将其分为抗生素类涂层、非抗生素类有机抗菌剂涂层、无机抗菌剂类涂层、抗黏附性涂层和抗菌生物活性聚合物涂层。

 

抗生素类抗菌涂层

 

抗生素类涂层是抗菌材料的早期研究方向,具备抗菌作用快、持续时间长、毒性小等优点。常见由于抗菌涂层的抗生素有庆大霉素、头孢菌素、米诺环素、羧苄青霉素、阿莫西林、妥布霉素和万古霉素等,但其在临床应用中仍面临许多难题:如何选择细菌敏感性强的抗生素负载到内植物表面,如何使其具备较长的抗生素有效缓释时间,如何防止其释放抗生素的浓度低于最低抑菌浓度等。

 

非抗生素类有机抗菌剂涂层

 

非抗生素类有机抗菌涂层相比于抗生素类抗菌涂层,耐药风险低(如洗必泰、氯二甲酚、聚六亚甲基双胍),可应用于体内相对更长的周期。同样的,非抗生素类有机抗菌剂涂层也需要考虑适合涂层材料做载体,满足临床应用中需要的载药量和释放方式。

 

无机抗菌剂类涂层

 

无机抗菌剂类涂层具有抗菌能力强、有良好的生物相容性和稳定性等优点,可广泛应用于医疗器械。无机抗菌剂类涂层有银、铜、锌、氯、氟等,他们可通过阳极氧化或等离子浸入等方式载入,依靠释放的离子破坏细菌细胞膜、抑制新陈代谢抗菌在各种不同的无机杀菌剂中是最为熟知的,具有诸多抗菌优点:抗菌范围广,低浓度的银即可抑制革兰阳/阴性杆菌和某些耐药菌;银可抑制细菌附着到植入体生物材料表面且不影响骨细胞和上皮细胞的活性;银的抗菌效果相对持久且不易产生耐药性;银作为涂层具有良好的生物相容性,无遗传、细胞毒性;银涂层相对稳定,可通过多种技术制备;银可作为添加剂加入多种生物材料提高其使用性能;银的抗菌能力可通过其它条件加强等。

 

其他无机类抗菌剂由于其应用效果不好且有相关不良反应产生,并没有像银一样被广泛的应用于医疗。

 

抗黏附性涂层

 

抗黏附性涂层可通过改变植入体表面的粗糙度、亲水性、电导率等特性来改变细菌在植入体表面的黏附数量和繁殖,从而达到抗菌目的。

 

表面改性抗黏附性涂层是相对简单和经济的方式,通过植入体表面性能消除细菌附着,如紫外光照射处理使钛植入体的骨传导能力和抗菌性能提高等。实验证明,植入体的表面改性可提高植入体抗菌,也是抗菌涂层一个新的研究方向。

 

聚合物涂层

 

聚合物钛合金涂层可显著降低金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的附着力,拥有良好的抗菌能力且提高了生物活性分子。这些涂层是通过阻隔细菌在内植物的黏附、防止生物膜的形成来达到抗菌效果。

 

生物活性分子,如脱乙酰壳聚糖和透明质酸具有抗细菌黏附和杀菌能力。脱乙酰壳聚糖具有生物相容性、生物降解、生理惰性、抗菌性、抑真菌等多种性能,具有广泛的抗菌性,被应用于人工骨组织、伤口敷料、组织工程支架等。当脱乙酰壳聚糖被结合到钛合金,可促进骨胞的附着和生长,且比磷酸钙和其它涂层相比,壳聚糖具有更好的促进骨整合作用;脱乙酰壳聚糖还可以对纳米粒子表面进行修饰,提高其抗菌性能、降低细胞毒性;混合磷酸钙/壳聚糖钛合金涂层中,壳聚糖可改进磷酸钙涂层性能同时不损害其良好的黏合强度,该涂层已被证实可为局部骨髓基质细胞增殖和成骨细胞分化提供一个良好的接触面,壳聚糖等生物活性聚合物涂层的抗菌性能已被广泛认知,具体性能需要进一步详细研究。

 

聚合物涂层具有很高的研究价值,但其在体内的作用机理及过程需要进一步深入研究。

 

结语

 

生物材料相关感染案例的出现,使人们认识的抗菌材料的重要性,推动新型抗菌内植物和抗菌涂层的研发,目前关注重点是具有高效控释能力的抗菌剂涂层,但由于抗菌涂层只能防止因手术污染所致的术后早期感染。制备高运载量抗菌剂且长期可控释的内植物涂层,是未来抗菌涂层的研究方向之一,对预防生物材料相关感染有重要意义。

 
 
 
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