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    醫用抗菌涂層在植入體感染的應用

    放大字體  縮小字體 發布日期:2021-03-29  來源:DT新材料  瀏覽次數:32
    核心提示:人口老年化速度增長加劇骨科就醫壓力,據統計,中國每年僅骨折內植物應用案例就超過500萬例,而內植物感染是術后嚴重并發癥之一,
     人口老年化速度增長加劇骨科就醫壓力,據統計,中國每年僅骨折內植物應用案例就超過500萬例,而內植物感染是術后嚴重并發癥之一,難以預防。雖然手術前,醫生做了各種預防細菌污染的手術準備,但術后感染仍舊不能避免。為減少術后感染的發生,近幾十年來,人們在無菌技術、無菌環境及手術期預防性應用抗生素方面的研究取得重大進展,抗菌內植物材料成為減少術后感染的有效手段被應用于醫療領域。

     

    由于醫學需求,內植物表面通常需要有一定的特性,但這些會導致生物材料表面發展相關感染。因此,對內植物表面進行涂層修飾提高其表面的抗菌性成為研究熱點。

     

    抗菌涂層是指以內植物材料為基體,通過噴涂、溶膠-凝膠、復合鍍、離子注入、磁控濺射等工藝將具有抗菌功能的各種材料涂覆在基體上。由于抗菌涂層隨著應用會逐漸被磨耗,無法維持長期的抗菌功效,所以如何增強抗菌涂層與基體的結合力,并獲得良好的抗菌性、生物相容性、高耐磨性、持久性是目前研究的關鍵問題


    根據涂層組成可將其分為抗生素類涂層、非抗生素類有機抗菌劑涂層、無機抗菌劑類涂層、抗黏附性涂層和抗菌生物活性聚合物涂層。

     

    抗生素類抗菌涂層

     

    抗生素類涂層是抗菌材料的早期研究方向,具備抗菌作用快、持續時間長、毒性小等優點。常見由于抗菌涂層的抗生素有慶大霉素、頭孢菌素、米諾環素、羧芐青霉素、阿莫西林、妥布霉素和萬古霉素等,但其在臨床應用中仍面臨許多難題:如何選擇細菌敏感性強的抗生素負載到內植物表面,如何使其具備較長的抗生素有效緩釋時間,如何防止其釋放抗生素的濃度低于最低抑菌濃度等。

     

    非抗生素類有機抗菌劑涂層

     

    非抗生素類有機抗菌涂層相比于抗生素類抗菌涂層,耐藥風險低(如洗必泰、氯二甲酚、聚六亞甲基雙胍),可應用于體內相對更長的周期。同樣的,非抗生素類有機抗菌劑涂層也需要考慮適合涂層材料做載體,滿足臨床應用中需要的載藥量和釋放方式。

     

    無機抗菌劑類涂層

     

    無機抗菌劑類涂層具有抗菌能力強、有良好的生物相容性和穩定性等優點,可廣泛應用于醫療器械。無機抗菌劑類涂層有銀、銅、鋅、氯、氟等,他們可通過陽極氧化或等離子浸入等方式載入,依靠釋放的離子破壞細菌細胞膜、抑制新陳代謝抗菌在各種不同的無機殺菌劑中是最為熟知的,具有諸多抗菌優點:抗菌范圍廣,低濃度的銀即可抑制革蘭陽/陰性桿菌和某些耐藥菌;銀可抑制細菌附著到植入體生物材料表面且不影響骨細胞和上皮細胞的活性;銀的抗菌效果相對持久且不易產生耐藥性;銀作為涂層具有良好的生物相容性,無遺傳、細胞毒性;銀涂層相對穩定,可通過多種技術制備;銀可作為添加劑加入多種生物材料提高其使用性能;銀的抗菌能力可通過其它條件加強等。

     

    其他無機類抗菌劑由于其應用效果不好且有相關不良反應產生,并沒有像銀一樣被廣泛的應用于醫療。

     

    抗黏附性涂層

     

    抗黏附性涂層可通過改變植入體表面的粗糙度、親水性、電導率等特性來改變細菌在植入體表面的黏附數量和繁殖,從而達到抗菌目的。

     

    表面改性抗黏附性涂層是相對簡單和經濟的方式,通過植入體表面性能消除細菌附著,如紫外光照射處理使鈦植入體的骨傳導能力和抗菌性能提高等。實驗證明,植入體的表面改性可提高植入體抗菌,也是抗菌涂層一個新的研究方向。

     

    聚合物涂層

     

    聚合物鈦合金涂層可顯著降低金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的附著力,擁有良好的抗菌能力且提高了生物活性分子。這些涂層是通過阻隔細菌在內植物的黏附、防止生物膜的形成來達到抗菌效果。

     

    生物活性分子,如脫乙酰殼聚糖和透明質酸具有抗細菌黏附和殺菌能力。脫乙酰殼聚糖具有生物相容性、生物降解、生理惰性、抗菌性、抑真菌等多種性能,具有廣泛的抗菌性,被應用于人工骨組織、傷口敷料、組織工程支架等。當脫乙酰殼聚糖被結合到鈦合金,可促進骨胞的附著和生長,且比磷酸鈣和其它涂層相比,殼聚糖具有更好的促進骨整合作用;脫乙酰殼聚糖還可以對納米粒子表面進行修飾,提高其抗菌性能、降低細胞毒性;混合磷酸鈣/殼聚糖鈦合金涂層中,殼聚糖可改進磷酸鈣涂層性能同時不損害其良好的黏合強度,該涂層已被證實可為局部骨髓基質細胞增殖和成骨細胞分化提供一個良好的接觸面,殼聚糖等生物活性聚合物涂層的抗菌性能已被廣泛認知,具體性能需要進一步詳細研究。

     

    聚合物涂層具有很高的研究價值,但其在體內的作用機理及過程需要進一步深入研究。

     

    結語

     

    生物材料相關感染案例的出現,使人們認識的抗菌材料的重要性,推動新型抗菌內植物和抗菌涂層的研發,目前關注重點是具有高效控釋能力的抗菌劑涂層,但由于抗菌涂層只能防止因手術污染所致的術后早期感染。制備高運載量抗菌劑且長期可控釋的內植物涂層,是未來抗菌涂層的研究方向之一,對預防生物材料相關感染有重要意義。

     
     
     
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