Taighde agus forbairt ábhair agus teicneolaíochtaí cóimhiotail tíotáiniam antibacterial

1 Réamhrá

Tá tréithe íseal-dlúis, ard-neart, agus friotaíocht creimeadh den scoth ag Tíotáiniam (Ti) agus a chóimhiotail, agus úsáideadh iad ar dtús sa tionscal eitlíochta. Go luath sna 1940idí, tugadh tíotáiniam agus a chóimhiotail isteach sa réimse leighis den chéad uair. Tar éis níos mó ná leathchéad bliain d'fhorbairt, baineadh úsáid as tíotáiniam íon agus cóimhiotail Ti6A14V, mar na hábhair miotail leighis is ionadaí atá bunaithe ar tíotáiniam, i go leor clinicí leighis, go háirithe i réimsí ortaipéidic agus fiaclóireacht, in ionad cruach dhosmálta agus cóbalt-bhunaithe. cóimhiotail i gcainníochtaí móra. Mar sin féin, is cineál ábhar bitheolaíoch támh é cóimhiotal tíotáiniam nach bhfuil aon airíonna antibacterial aige agus atá gan chumhacht i gcoinne fadhbanna ionfhabhtaithe de bharr ionchlannáin. Faoi láthair, úsáidtear sputtering magnetron, sil leictriceimiceach, ionchlannú ian, ocsaídiú micrea-stua agus modhanna eile chun gníomhairí antibacterial neamhorgánacha nó orgánacha a luchtú ar dhromchla cóimhiotail tíotáiniam leighis, rud a thugann airíonna antibacterial dóibh. Tá na buntáistí a bhaineann le bratuithe antibacterial a ullmhaítear trí mhodhnú dromchla soiléir, ach tá easnaimh ann fós, mar shampla an próiseas sciath sách casta, costais táirgthe méadaithe, droch-nascáil idir an sciath agus an tsubstráit, caitheamh éasca an sciath, agus droch-fhadtéarmach. feidhmíocht antibacterial fanacht. Mar fhreagra ar na fadhbanna ionfhabhtaithe de bharr cóimhiotail tíotáiniam ionchlannaithe agus easpa bratuithe antibacterial, tá tús curtha ag daoine iarracht cóimhiotail tíotáiniam antibacterial nua a fhorbairt lena bhfeidhmeanna antibacterial féin trí chomhdhéanamh an chóimhiotail a choigeartú.

2. Meicníocht antibacterial cóimhiotail tíotáiniam antibacterial

Tá dlúthbhaint ag scaipeadh na baictéir le foirmiú bithscannáin baictéarach. Taispeántar próiseas foirmithe bithscannáin baictéarach i bhFíor 1. Fásann baictéir planctónacha agus iolraíonn siad tar éis dul i dtír ar an maitrís ábhar, rud a fhoirmíonn bithscannán baictéarach. Is sraith de mhaitrís dlúth eischeallach é dromchla an bhithscannáin. Tá struchtúr soladach agus ard-neart ag an gciseal seo de mhaitrís extracellular. Tá na baictéir atá fillte taobh istigh i ndlúth-theagmháil, rud a fheabhsaíonn an t-idirghníomhú agus an malartú ábhar idir baictéir, agus cosc ​​​​a chur ar iontráil substaintí díobhálacha seachtracha. Dá bhrí sin, tar éis biofilm a fhoirmiú, níl sé suaite go héasca ag antaibheathaigh, leasaithigh agus ceimiceáin seachtracha eile, agus mar sin tá sé deacair antaibheathaigh a úsáidtear go coitianta a bhaint as.

Fíor 1 Próiseas foirmithe bithscannán baictéarach

Is féidir meicníocht antibacterial cóimhiotail tíotáiniam antibacterial a roinnt sna ceithre chéim seo a leanas: ① Scaoileann an dromchla miotail antibacterial ions miotail le feidhmeanna antibacterial; ② Tá cealla baictéaracha luchtaithe go diúltach agus hiain miotail luchtaithe go dearfach á mealladh chuig a chéile, agus déantar na hiain miotail a ionsú isteach sa bhaictéir ③ Scriosann hiain miotail balla cille agus membrane cille na baictéir, nó scriosann siad a struchtúr próitéin, rud a fhágann go bhfuil an cíteaplasma ag sceitheadh; ④ Téann iain mhiotail isteach sa bhalla cealla baictéarach a thuilleadh agus comhcheanglaíonn siad le DNA baictéarach, rud a fhágann dínádúrú baictéarach agus cailleadh cumas macasamhlaithe. Cibé an bhfuil sé damáiste don bhalla cille nó ábhar géiniteach, beidh na baictéir bás.

3. Dul chun cinn taighde

3.1 Cóimhiotal tíotáiniam antibacterial Ti-Ag

Is féidir le Silver (Ag), mar eilimint chóimhiotalach, friotaíocht creimeadh agus airíonna meicniúla miotail tíotáiniam-bhunaithe a fheabhsú. Takahashi et al. Fuarthas amach gur féidir le 20wt% Ag cur le neart agus friotaíocht caitheamh cóimhiotail tíotáiniam teilgthe agus fadú ard á chothabháil. Shim et al. cruthaithe go bhfuil friotaíocht creimeadh níos fearr ag cóimhiotail Ti-Ag ná tíotáiniam íon. Tá biocompatibility maith ag Ag freisin, agus úsáideadh cóimhiotal Ag-Hg mar ábhar fiaclóireachta. Tá airíonna antibacterial den scoth na bratuithe Ag-ina bhfuil deimhnithe ag go leor staidéir. Dá bhrí sin, trí Ag cuí a chur le tíotáiniam agus a chóimhiotail, is féidir cóimhiotail tíotáiniam Ag-ina bhfuil a fháil le hairíonna áirithe antibacterial. Mar sin féin, cé go bhfuil an t-ábhar Ag i roinnt cóimhiotail Ti-Ag an-ard, fiú 20wt% a bhaint amach, ní léiríonn siad éifeachtaí antibacterial suntasacha, rud a léiríonn nach bhfuil na héifeachtaí antibacterial a bhaineann le cóimhiotail tíotáiniam Ag-ina bhfuil an t-ábhar Ag amháin a chinneadh.

Tá Zheng et al. chuir 2.9wt% Ag le cóimhiotal cuimhne cruth TiNi, agus léirigh an cóimhiotail TiNi teilgthe a fuarthas airíonna antibacterial áirithe, agus shroich an ráta antibacterial i gcoinne Staphylococcus aureus 86.3%. Chen et al. úsáidtear púdar Ag le hábhair éagsúla agus méideanna cáithníní éagsúla chun sinter mar aon le púdar tíotáiniam íon chun sraith cóimhiotail Ti-xAg (x=1,3,5) a fháil. A n-airíonna meicniúla, airíonna creimeadh, airíonna antibacterial agus céim cille in vitro Bhí an toilleas tréithrithe agus meastóireachta. Mar a thaispeántar i bhFíor 2, tá gníomhaíocht antibacterial an chóimhiotail Ti-Ag le méid na gcáithníní Ag de 10 μm níos airde ná sin an chóimhiotail Ti-Ag le méid cáithníní Ag de 75 μm. Murab ionann agus an dlí maidir le scaoileadh ian Ag, an cóimhiotail Ti-Ag le méid na gcáithníní Ag de 10 μm Tá méid scaoileadh ian an chóimhiotail níos ísle ná an cóimhiotail Ti-Ag le méid cáithníní púdar Ag de 75 μm, rud a léiríonn gur cheart go mbeadh dlúthbhaint ag feidhmíocht antibacterial an chóimhiotail Ti-Ag leis na cáithníní airgid ilchodacha nana / micrea-scála atá i láthair ar an maitrís.

Fíor 2 Coilíneachtaí baictéaracha ar dhromchla cóimhiotail íon Ti agus Ti-Ag

3.2 cóimhiotal tíotáiniam antibacterial Ti-Cu

I 2009, Shirai et al. rinne sé staidéar ar dtús ar éifeacht antibacterial cóimhiotail Ti-xCu(x=1,5). Léirigh na torthaí go bhfuil airíonna antibacterial suntasacha ag Ti-1Cu i gcoinne E. coli agus go bhfuil sábháilteacht bhitheolaíoch mhaith aige, rud a osclaíonn an bhearna idir baictéir ina bhfuil copar agus cóimhiotail Tíotáiniam mar imbhalla do thaighde ábhar miotail leighis. Ina dhiaidh sin, Zhang et al. úsáid miotalóireacht phúdair chun cóimhiotail Ti-10wt% Cu a ullmhú, agus rinne sé staidéar ar airíonna antibacterial, airíonna meicniúla agus airíonna creimthe an chóimhiotail. Mar a léirítear i bhFíor 3, tá Ti-10 Cu-cóimhiotal frithsheasmhach in aghaidh Staphylococcus aureus agus Staphylococcus aureus. Tá éifeachtaí maraithe suntasacha ag E. coli. Léiríonn torthaí na tástála ionchlannú infhéitheach ar chóimhiotal Ti-10Cu go bhfuil comhoiriúnacht mhaith cnámhchill ag cóimhiotal Ti-10Cu. Léiríonn torthaí taighde breise go mbeidh éifeacht antibacterial suntasach ag cur 5% Cu ar a laghad le tíotáiniam. Chun críche antibacterial agus frith-ionfhabhtú, d'fhorbair an Institiúid um Thaighde Miotail, Acadamh Eolaíochtaí na Síne sraith de chóimhiotail tíotáiniam ina bhfuil copar le feidhmeanna antibacterial, agus rinne sé líon mór de thaighde turgnamhach in vitro agus in vivo ainmhithe. Tá tuaslagthacht soladach Cu in Ti an-íseal. Nuair a fhuaraítear é ó theocht ard go 790 céim, deascann Cu forsháithithe mar chomhdhúil idirmhiotalacha Ti2Cu. Cuirfidh an difríocht ionchasach idir é agus an maitrís an cóimhiotail chun cinn chun rian méideanna na n-ian copair a scaoileadh i dtimpeallacht fiseolaíoch. , rud a chuireann éifeacht láidir bactericidal.

Fíor 3 Éifeacht maraithe Ti-10Cu ar Staphylococcus aureus agus Escherichia coli

3.3 cóimhiotal tíotáiniam antibacterial Ti6Al4V-C

Tá Peng et al. rinne sé barrfheabhsú feidhmíochta cuimsitheach ar an gcóimhiotal Ti6Al4V-xCu (x=4.5, 6, 7.5) a phróiseáiltear go teirmeach. Léiríonn na torthaí taighde, chun na hairíonna meicniúla is fearr, friotaíocht creimeadh agus friotaíocht caitheamh an chóimhiotail a fháil, is iad na próisis cóireála teasa is fearr tar éis próiseáil theirmeach na dtrí ghrúpa cóimhiotail a shealbhú ag 720 céim, 740 céim agus 760 céim le haghaidh 1 uair an chloig agus ansin aer-fionnuar. I bhFíor 4, léirítear iad ag 4.5Cu-720, 6Cu-740 agus 7.5Cu-760 faoi seach. Taispeántar torthaí tástála antibacterial agus cíteatocsaineachta na dtrí ghrúpa cóimhiotail i bhFíor 4. Ó Fíor 4(a)-(d), is féidir a fheiceáil go bhfuil níos mó coilíneachtaí baictéarach tar éis comhchultúr le cóimhiotail Ti6Al4V, agus tar éis. comhchultúr le cóimhiotail Ti6A14V-Cu Tá líon na gcoilíneachtaí baictéarach beag, rud a léiríonn go bhfuil airíonna láidir antibacterial ag an gcóimhiotal tíotáiniam copar-ina bhfuil. Taispeánann Fíor 4(e) an ráta antibacterial de chóimhiotal Ti6Al4V-xCu. Is féidir a fheiceáil go bhfuil ráta antibacterial an tsampla 4.5Cu{-720 thart ar 80%. De réir mar a mhéadaíonn an t-ábhar Cu, méadaíonn ráta antibacterial an chóimhiotail beagán, rud a léiríonn go bhfuil feabhas tagtha ar fheidhmíocht antibacterial. Mar atá le feiceáil i bhFíor 4(f), nuair a dhéantar é a chomhshaothrú le cealla ar feadh 1 agus 3 lá, níl mórán difríochta idir luachanna ionsúcháin cóimhiotail Ti6A14V-Cu agus cóimhiotail Ti6A14V; ach ag 7 lá, tá luach 7.5Cu-760 i bhfad níos ísle ná luach cóimhiotail Ti6A14V, rud a léiríonn go bhfuil cítotocsaineacht áirithe aige ag 7 lá. Is féidir a fheiceáil, le haghaidh cóimhiotail Ti6A14V-xCu, níor chóir go mbeadh an t-ábhar Cu níos airde ná 6%, ar shlí eile taispeánfaidh an cóimhiotail méid áirithe cíteatocsaineachta tar éis i bhfad.

Fíor 4 Ti6A14V (a) 4.5Cu-720; (b) 6Cu-740; (c) 7.5Cu-760; (d) Moirfeolaíocht fáis baictéaraigh i ndiaidh comhshaothrú cóimhiotail; (e) Comparáid idir rátaí antibacterial cóimhiotail Ti6Al4V; (f) Luachanna ionsúcháin cealla arna gcomhshaothrú le cóimhiotail éagsúla ar feadh 1, 3 agus 7 lá