聚氨酯抗菌生物材料的研究进展.doc

VoI38 No1l 化工新型材料第38卷第11期24 NEW CHEMICAL MATERIALS20lo年11月聚氨酯抗茵生物材料的研究进展 温志国1董声雄12李春艳3 (1福州大学化学化工学院，福州350108；2宁德师范学院化学与环境科学系，宁德352100；3福建医科大学药学院，福州350108)摘要生物材料的植入为细茵粘附提供位点，常引发感染等并发症。聚氨酯材料被称为是理想的生物材料，对它 的抗茵改性是近年来的研究热点之一。按照改性方法的不同，综述了10年来聚氨酯生物材料在抗菌改性上的研究进展， 并对抗茵抗感染聚氨酯材料的未来发展做出展望。关键词生物材料，抗茵，抗感染，聚氨酯Research progress of antibateriaI polyurethane biomaterialsWen Zhigu01 Dong Shengxion912Li Chunyan3(1College of Chemistry and Chemical Engineering，Fuzhou UniVersity，Fuzhou 350108；2Depatment of Chemistry and Environmental Science，Ningde Teachers College，Ningde 352100；3Department of Pharmacy，Fujian Medical University，Fuzhou 350108)Abstract The implantation of biomaterials pmvides the site for bacterialto adhere and always causes the complica tions such as infectiorL P01yurethane nlaterials are caUed ideal biomaterials In recent years the antibacterial modification of poIyurethane rnaterials、ms one of the research focuses The progress of the antibacterial rnodifications in the recent tenyears was reviewed according to the nlethods of incorporating the antibiotics into the r11aterials The future development ofthe antibacterial and amiinfective polyurethane materials was also suggested Key wOrdsbiomaterial，antibiosis，antiinfectivity，polyurethane生物材料是与生物系统起作用的医疗物件的非生命材1物理改性料，也称作生物医学材料。炎症反应是生物材料植入人体后主要副作用之一。生物材料的植入为游离细菌提供粘附的位 物理改性是通过物理方法将抗菌剂与聚氨酯材料结合， 点，使感染更容易发生。随着细菌的感染粘附，逐渐形成一层主要通过吸附作用、共混或表面涂覆来实现这种结合。抗菌 水合多聚糖性质的生物膜。在这种生物膜内，细菌的抗药性 剂主要通过扩散作用从聚氨酯材料中释放出来，达到抗菌的 要远远大于游离细菌，传统的抗菌治疗作用不大，因此植入件 效果。的使用常并发以生物材料为中心的感染(BCI)。BCI及其它 (1)吸附作用组织反应是临床植入手术的重大问题，经常是再次手术和医Crisante等1研究了含有牛血清蛋白(BsA)和聚丙烯胺 疗事故的主要原因，并给病人带来经济上的重大负担。因此， (PALA)纳米颗粒的聚氨酯抗菌材料。对比了吸附一共混与共 研究本身具有抗细菌感染能力的生物医用材料已经成为生物 混一吸附两种处理方式对抑菌效果的影响，结果表明，将吸附了 材料领域的一个热点问题。 头孢羟唑(CEF)的BSA和PAI。A纳米颗粒分别与羧化聚氨 聚氨酯是结构中含有重复的氨基甲酸酯基(一NHCo陆)酯共混，药物的释放通过聚合物的阻碍作用得到控制，体系的的聚合物的总称，可以通过设计软硬段的比例对其物理、化学抗菌活性都延长到了8天；而将BsA和PALA纳米颗粒先与 性质进行比较大的调整。聚氨酯材料具有优异的物理、化学聚氨酯共混后再吸附CEF，前者体系的抗菌活性延长到了9性能，以及良好的生物相容性和抗凝血性能，被称为“理想的天且抑菌罔要比吸附一共混处理的大，后者的抗菌活性只维生物材料”，在许多医疗装置和人工器官中得到了广泛应用，持了3天。 是一种很重要的生物医用材料。国内外的许多研究者都对聚Basak等2制备了一种可生物降解聚酯聚氨酯涂层材料，氨酯的抗菌改性进行了不遗余力的研究。通过浸入抗菌药物的四氢呋喃溶液中来吸附抗菌药物可以得 本文综述了近10年来对聚氨酯生物材料抗菌改性的研到抗菌涂层材料，可以用作医用植入件的涂层材料和药物长 究进展。根据抗菌剂的接入方式不同，对聚氨酯材料的抗菌期释放的载体。实验表明这种材料具有生物相容性和血液相 改性可以分为物理改性法、化学改性法和复合改性法。容性，药物的初始释放有可能阻止细菌的进一步生长和生物基金项目：福建省科技厅资助省属高校项目(2008F50502) 作者简介：温志国(1984一)，男，博士研究生，研究方向：功能高分子材料。万方数据第11期 温志国等：聚氨酯抗菌生物材料的研究进展25膜的形成。聚氨酯基质的缓慢降解省去了植入后除去涂层材(TNoPU)。抗菌试验表明TN0的质量分数大于o4时， 料的步骤。WPU的抗菌效果明显增加，在质量分数为1o时，抗菌率达(2)物理共混到O9以上。Simons等3用溶剂浇铸法将抗炎药地寨米松与聚二甲詹嫒媛等9比较了两种不同类型的抗菌型聚氨酯：季铵基硅氧烷聚氨酯共混，研究了聚二甲基硅氧烷聚氨酯作为药 盐型聚氨酯和三丹油型，并通过抑菌圈法定性分析了两者的 物载体时的生物稳定性和生物学性能。结果显示，地塞米松 抗菌效果。结果表明。随着i丹油和季铵盐用量的增加，两种 含量为25mgg时，材料的生物稳定性和生物相容性与载药前抗蔼型聚氨酯的抗菌效果均湿著增加；季铵盐型聚氨酯的抗 没有明显变化。但是该材料具有一定的细胞毒性，有可能是菌效果优于三丹油型聚氨酯，但存在着容易变黄、机械性能不 地塞米松释放过量的原因。材料的长期使用性能也有待 如三丹油犁聚氨酯等缺点。测试。罗建斌等1 0研究合成了硬段侧链含有双季铵盐的系列聚 程莉萍【4j等以亲水性聚氨酯软泡沫为载体制备抗菌创伤氨酯。测试结果表明材料对革兰氏阳性细菌的抗菌效果良 敷料。对4种抗菌剂(超微Tioz粉末、磺胺嘧啶银、磺胺、硝好，且随着双季铵盐含茸的增加，材料的抗菌性能增加，但对酸银)进行了实验。采用预聚体法、填充法、浸渍法等3种方 于革兰氏阴性细菌的抗菌效果较差。 法将抗菌剂加载于聚氨酯敷料中，测试了抗菌敷料的抗菌性Grapskj等【11j以聚四氢呋喃二醇为软段，季铵化的N，N一能并进行了比较。结果表明，4种抗菌剂制备的敷料均有抗菌二(2一羟乙基)异烟酰胺为扩链剂合成聚氨酯。测定该聚氨酯 效能。综合考虑抗菌效果、手感、颜色、掉粉现象等因素，3种对葡萄状球菌及埃希氏菌属的抗菌活性，结果表明该聚氨酯 抗菌加载方法中，以填充法为最佳。 的抗菌性能由季铵化所用的烷基卤化物、聚氨酯中季铵盐基 (3)表面涂覆 的含量、微生物类型及有机体与外面的接触时间所决定。结 Jones等瞄一制备了类金刚石涂层的聚氨酯材料，同时研究 论显示，在干燥环境下季铵化的聚氨酯对这两种菌类具有极了类金刚石涂层聚氨酯对细菌粘附和内壁结垢的抵抗作用。好的抗茵性。 与未经处理的聚氨酯对比，类金刚石涂层的聚氨酯具有较好 W00等”设计了一种以聚-己内酯(PCL)和六亚甲基二 的抗细菌吸附及抗内壁结垢的能力。且涂层越薄、折射率越异氰酸酯(HDI)以及环丙沙星为原料共聚而得到的新型抗菌 小所制得的材料的性能越好。 素释放体系。这个体系可以缓慢地释放抗菌素环丙沙星，10Phaneuf等6一借用染料着色工艺将环丙沙星分别结合到天后仍能测到抗菌活性。研究发现，胆同醇酯酶对疏水基团 非离子型和阴离子型聚氨酯中，浸染后的聚碳酸酯聚氨酯能具有特异性，因此woo等在随后的研究中u叫用长疏水性的 缓慢释放环丙沙星，抗菌活性可以保持911天。1，12一二异氰酸根十三烷代替HDI与PCL、环丙沙星共聚得到 物理改性作为一种最简单的改性方式，加1=比较简单，利新的抗菌体系。结果表明，新体系在胆固醇酯酶存在条件下用纳米材料的高比表面来吸附抗菌剂也是近年来随着纳米技 能释放出更多的抗菌素。 术的兴起的一种新思路。总体来说，由于药物的释放主要通壳聚糖是一种天然抗菌剂。Yang Shu-Hua等14用壳聚 过扩散来实现，存在着药物释放浓度随时问下降较快、不稳糖PVA混合物改性PU导管，使导管表面产生一种薄的光滑 定、抗菌效果不持久的问题；对于无机金属离子抗菌剂，多余 的水凝胶涂层。水凝胶涂层使得PU导管表而的蛋白质吸附 的重金属离子也有可能产生细胞毒性。因此，对于植入体内明显降低。水凝胶中含有的壳聚糖具有抗菌活性，因而使得 的材料来说，普通的物理改性已无法满足要求。改性后的导管表现出良好的抗菌性能。实验证明用壳聚糖PVA混合物凝胶四步改性导管法简单易行，是一种降低导尿2化学改性管应用风险的有效途径。化学改性通过化学键合作用将抗菌剂或基团固定在基体3复合改性材料上。从而可克服物理改性方法存在的缺点，其性能更稳定，使用寿命长，易于储存，且加丁方便。通常有两种形式：不论选用哪种抗菌剂，单独选用都不可避免的有各自的 (1)将抗菌基团通过嵌段或接枝与基体材料连接，使材料本身缺陷，限制其所制材料的应用。复合改性将不同抗菌剂采用 具有抗菌效果；(2)将抗菌剂嵌入基体材料，材料本身不具有 不同的方式复配在一起，发挥各自的优势，代表着种新的发 抗菌能力，在水解、酶解或其他作用从基体材料释放出来后才 展方向。 起到抗菌作用，称为高分子前药，是一种新型的药物传递罗建斌等1副通过用a一叔胺基一旷羟基聚乙二醇对聚氨酯 系统。 进行封端并用商代烃进行季铵化。利用聚乙二醇的抗粘附性戈进杰等7以黑荆树皮单宁(wT)为交联剂制备了聚氨 能和季铵盐的物理杀菌功能，得到表面具有抗细菌粘附和永 酯(PU)WT材料。结果表明，不仅WT对lo种致病菌及1久杀菌的双重功能的新型聚氨酯。抗菌实验发现。聚乙二醇 种霉菌具有明尼抗菌作用，而且wPU材料也显示了类似的 的间隔引入能够显著提高材料的抗菌性能。 抗菌性能。即使对抑制相对较弱的黄曲霉，培养28天后wT-Franc01ini等分别用等摩尔的AgN03，cu(CH3一PU样品表面仍无菌丝生长。C00)2，Zn(N()3)z，A1Cl。和Fe(N0s)。溶液处理羧化聚氨 钟达飞等L8J以六氢一1，3，5一三羟乙基均三嗪(TN0)(俗名 酯钠盐，制得含A矿、cu”、zn2+、Al抖和Fe抖的阴离子聚合 置丹油)作为抗菌剂及交联剂制备了具有抗菌效果的聚氨酯 物。结果表明除了含Al”的聚合物外，其它4种聚合物都具万方数据26 化工新型材料 第38卷 有满意的抗菌效果及良好的机械性能，可以制成医疗器件而medical Materials Research Part B Applied Bionlaterials，2006，不会损失其抗菌性。将含银的聚氨酯置于环丙沙星溶液中， 78(2)：230一236 0 Phaneuf M D，Bide M J，Szycher M，et aL CIevelopment of in得到PUAg环丙沙星复合抗菌材料。这种复合材料对表皮fection resistant polyurethane bionlaterials using textile dyeing葡萄球菌的抗菌效果达25天。technology口ASAIo J，2001，47(6)：634640Piozzi等17将利福平和阿莫西林两种抗生素作为抗菌剂 ， 戈进杰，蔡美琴，施兴海，等新型降解型抗菌聚氨酯材料的吸附在经过处理的聚氨酯薄膜上制得了一种新型的聚氨酯。制备J高分子材料科学与工程，2003，19(5)：187190研究表明，新型聚氨酯的结构对抗菌能力有很大的影响。在 0 钟达飞，谢伟，鲍俊杰，等抗菌水性聚氨酯的合成及其性能 支链引入一种二胺，并通过季铵化反应制得侧基带季铵盐基研究J涂料下业，2007，37(9)：3739 团的改性聚氨酯，在吸附利福平后，抗菌效果最好。数据显示 0 詹媛嫒，李莉，钟达飞等两种抗菌型水性聚氨酯季铵 将其在消毒液中漂洗了10个月之后依然有抑菌效果1引。 盐型与三丹油型的比较J中国胶粘剂，2008，17(7)：20-23周箭等19以Ti02为内核，将AgN03和壳聚糖吸附于其 如 罗建斌，李洁华，马晨，等硬段侧链含有脂肪族双季铵盐的表面，组装成复合抗茵剂。将该抗菌剂添加到聚氨酯溶液中， 聚氨酯的表面性质及抗菌性能分析J中国生物医学工程学 通过双向萃取的方法使聚氨酯溶胶逐渐转变为凝胶状态，最报，2008，27(5)：760763 后制成抗菌聚氨酯材料。经测试，该聚氨酯可以同时有效抑 Grapski J A，(：ooper S L Synthesis and characterization of制大肠杆菌等7种菌种的繁殖。non-leaching biocidal polyuretlanesJBiomaterials，2001，22(16)：223922464展望 地 Woo G L Y，Mitteln诅n M W，santerre J PSyIlthesis and characterization of a novel biodegradable antimicrobial p01”ner随着聚氨酯在生物医学领域特别是植入材料的广泛应JBiomaterials，2000，21：12351246用，对其要求也越来越高。使用复合抗菌剂提高延长抗菌效 W00GLY，YangM L，YinHQ，et a1Biological characteP果，研究可降解、药物可控释放、长效的聚氨酯抗菌材料已成ization of a novel biodegradable antimicrobial pol”ner synthP为解决BCI问题的一个重要发展方向。同时，单一功能的聚sized with nuomquinolonesJ Joumal of biomedical materi 合物材料在临床应用中受到限制，开发具有抗菌、抗凝等综合als research，2002，59(1)：3545 性能的高分子材料将成为生物医用材料的一个发展趋势，聚 M Yang S H，Lee YJ，Lin F，et a1Chitosanp01y(讲nyl alcoh01)氨酯材料因其理想的性能也将扮演一个重要的角色。blending hydTogel coating improves the surace characteristics of segmented p01”rethane urethral catheters口Joumal of Bi参考文献0medical Materials Research Part B：Applied Biomate订als，1 crisante F，Francolini I，Bellusci地Antibiotic delivery pol”一2007，83B(2)：304313rethanes containing albumin and poIyallylamine nanoparticles 坫 罗建斌，王鹏，谭鸿具有多重抗菌性能的聚氨酯的合成及表JEuropean joumal of pham眦ut妇l sciences：official jouf-征J四川大学学报(工程科学版)，2005，37(6)：8791nal of the European Federation for Phmlaceutical Sciences， ：2 Francolini I，D11ario L，Guaglianone E，et aL Polyurethane an2009，36(45)：555564ionomers containing metal ions、而th antimicrobial properties：2Basak P，Adhikari B，Banerjee I，et aL sustained release of anThe眦a1，mechanical and biological charactezationJActatibiotic from polyurethane coated implant眦terialsJJ laterBiomater，in pressSci Mater Med，2009，20 Suppll：S213一S221 Piozzi A，Francolini I，occhiaperti L，et a1Antimicrobial ac3 Simmons A，Padsalgikar A D，Ferris L M，et a1Biostability tivity of p01yurethanesated with antibiotics：a new approach and biological perfomance of a PDM孓based polyurethane for to the reallzation of medical de们ces exempt f“)m rrIicrobial c010contr01led drug releaseJBiomaterials，2008，29(20)：2987nizationJ Intemational Joumal of Phamlaceut豳，2004，2802995(12)：1731834程莉萍，胡英。郑昌琼，等聚氨酯抗菌刨伤敷料的制备及其 坞 钟达飞，谢伟，鲍俊杰抗菌聚氨酯研究进展口化学推进剂灭菌效果的研究J生物医学工程研究，2004(4)：240-243与高分子材料，2007，5(3)：23265 JonesDS，GainCP，DowlingD，et a1E】cafnjnation of sur- 均 周箭，杨辉，陈日新组装型复合抗菌聚氨酯的抗菌性能Jface propenies and in vitro biological perfo舢nce of锄orphous稀有金属材料与工程，2004，(增刊)：262264diarnond-like carbon-coated polyurethneJ Joumal of Bio收稿日期：2010一06-07-，I，l，l，-l，-，(上接第11页)ogy and luminescence of(Y，Gd)BCb：Eu phosphor particles30Kim E J，KangYc，ParkHD，et a1uVandcharter prepared by ureaassisted spray pyrolysisJA110ys and(bmistics of(YGd)203：Eu phosphor particles prepared by spray pounds，2008，452(2)：462466p”oIysis from poIyrneric precursorsJMater Res Bull，2003， 收稿日期：201003一1938(3)：515524 修稿日期：2010-042331 Hu Guorong，Deng xinrong，Peng zhongdong，et a1Morpho卜万方数据聚氨酯抗菌生物材料的研究进展作者：温志国， 董声雄， 李春艳， Wen Zhiguo， Dong Shengxiong， Li Chunyan作者单位：温志国,Wen Zhiguo(福州大学化学化工学院,福州,350108)， 董声雄,Dong Shengxiong(福 州大学化学化工学院,福州,350108;宁德师范学院化学与环境科学系,宁德,352100)， 李春 艳,Li Chunyan(福建医科大学药学院,福州,350108)刊名：化工新型材料英文刊名：NEW CHEMICAL MATERIALS 年，卷(期)：2010，38(11) 被引用次数：0次参考文献(19条)1.周箭;杨辉;陈日新 组装型复合抗菌聚氨酯的抗菌性能期刊论文-稀有金属材料与工程 2004(增刊)2.钟达飞;谢伟;鲍俊杰 抗菌聚氨酯研究进展期刊论文-化学推进剂与高分子材料 2007(03)3.詹媛媛;李莉;钟达飞 两种抗菌型水性聚氨酯-季铵盐型与三丹油型的比较期刊论文-中国胶粘剂 2008(07)4.钟达飞;谢伟;鲍俊杰 抗菌水性聚氨酯的合成及其性能研究期刊论文-涂料工业 2007(09)5.戈进杰;蔡美琴;施兴海 新型降解型抗菌聚氨酯材料的制备期刊论文-高分子材料科学与工程 2003(05)6.Phaneuf M D;Bide M J;Szycher M Development of infection resistant polyurethane biomaterials using textile dyeing technology 2001(06)7.Jones D S;Garvin C P;Dowling D Examination of surface properties and in vitro biological performance of amorphous diamond-like carbon-coated polyurethane 2006(02)8.程莉萍;胡英;郑昌琼 聚氨酯抗菌创伤敷料的制备及其灭菌效果的研究期刊论文-生物医学工程研究 2004(04)9.Simmons A;Padsalgikar A D;Ferris L M Biostability and biological performance of a PDMS-based polyurethane for controlled drug release 2008(20)10.Basak P;Adhikari B;Banerjee I Sustained release of antibiotic from polyurethane coated implant materials 2009(Suppl 1)11.Woo G L Y;Yang M L;Yin H Q Biological characterization of a novel biodegradable antimicrobial polymer synthesized with fluoroquinolones 2002(01)12.Woo G L Y;Mittelman M W;Santerre J P Synthesis and characterization of a novel biodegradable antimicrobial polymer 2000(12)13.Grapski J A;Cooper S L Synthesis and characterization of non-leaching biocidal polyurethanes2001(16)14.罗建斌;李洁华;马晨 硬段侧链含有脂肪族双季铵盐的聚氨酯的表面性质及抗菌性能分析期刊论文-中国生物 医学工程学报 2008(05)15.Crisante F;Francolini I;Bellusci M Antibiotic delivery polyurethanes containing albumin and polyallylamine nanoparticles 2009(4-5)16.Piozzi A;Francolini I;Occhiaperti L Antimicrobial activity of polyurethanes coated with antibiotics:a new approach to the realization of medical devices exempt from microbial colonization2004(1-2)17.Francolini I;DIlario L;Guaglianone E Polyurethane anionomers containing metal ions with antimicrobial properties:Thermal,mechanical and biological characterization18.罗建斌;王鹏;谭鸿 具有多重抗菌性能的聚氨酯的合成及表征期刊论文-四川大学学报（工程科学版）2005(06)19.Yang S H;Lee Y J;Lin F Chitosan/poly(vinyl alcohol) blending hydrogel coating improves the surface characteristics of segmented polyurethane urethral catheters 2007(02)相似文献(10条)1.期刊论文 付建喜.周延清.王瑾晔.Fu Jian-xi.Zhou Yan-qing.Wang Jin-ye 抗菌生物材料的研究现状 -中国组 织工程研究与临床康复2008,12(32)生物材料相关感染是临床使用牛物材料时伴随的一个严重问题.至今已有多种抗菌生物材料被用来防治植入物引起的感染,许多材料在体外表现出良 好的抗菌性.生物相容性和可降解性.其中一些在动物实验巾也得到了不错的效果,还有一些成功应用于一期临床.总体来看采用抗菌生物材料防治生物材 料相关感染已三取得了很大进展,将材料作为可持续释放抗菌系统的研究已成为目前各类抗菌生物材料研究的其同方向.随着新材料和新技术的进步以及 相关理论的逐渐阐明,应用抗菌生物材料来防治生物材料相关感染具有光明的前途,但是还需要进行进一步的体内实验和临床研究来推动抗菌生物材料的 应用.2.学位论文 张志霞 含铜（氮）抗菌不锈钢的组织与性能研究 2007随着人们生活水平的日益提高，抗菌、防菌的健康意识逐渐增强。近年来的病毒感染事件接连发生，直接危及人们的生命安全，由此抗菌不锈钢这 一新型钢种应运而生。抗菌不锈钢应用领域广泛。高性能、多功能的抗菌型不锈钢始终是人们研究开发的目标。从这个目标出发，本文采用试验与理论 相结合的方法，借助于先进的实验条件和分析测试工具，对含铜(氮)抗菌不锈钢进行了组织与性能的研究。本文的主要结论归纳为：利用高分辨电镜与碳萃取复型技术对含铜铁素体抗菌不锈钢中抗菌相粒子的组成和生长机制进行了分析。得出：抗菌相97为铜，其余含有少量 的锰和铁元素，其成分和结构上接近单质的铜；该抗菌相与铁素体基体主要存在(111)-Cu(110)-Fe的取向关系，近似存在(111)-Cu(121)- Fe的取向关系；抗菌相具有(111)112孪晶和层错的复杂多层结构，且通过片层的沿长度方向的扩张沿111-Cu和112-Cu方向长大。铁素体抗菌 不锈钢中抗菌相的这种生长机制在一定程度上丰富了铜在钢中沉淀析出理论。铁素体抗菌不锈钢热轧板在时效过程中，抗菌相的析出过程受扩散机制控制，。抗菌相的临界析出温度接近850，最佳析出温度区间为750-800。抗菌相尺寸越大、析出数目越多，则抗菌性越好。此外，欲获得优良的抗菌性，抗菌相的析出量不应小于0.5。在750-800的温度区间进行60分钟时效，抗菌相的体积分数可近似表达为时效时间，的线性方程ln1/1-f=1/4I202t-1/3I30.该模型对于抗菌相尺寸和体积分数的控制以 及时效工艺的调整具有理论指导意义。利用EBSD对含铜铁素体抗菌不锈钢表面上的抗菌相进行了分析。试验发现，抗菌相主要分布在具有Goss(101法向)取向的铁素体晶粒内部，这 是因为抗菌相的析出惯习面是(110)-Fe。冷轧变形使表面Goss取向的晶粒减少，而以111)Y为主要取向的晶粒增加。由于铁素体基体中的抗菌相方向 性析出，冷轧变形同时也引起表面抗菌相析出数量的下降和其形貌的改变，使得冷轧后的抗菌性稍有下降，但耐蚀性得到改善；800时效90分钟后，冷 轧后的抗菌性亦可达到99.9以上。试验结果表明，氮可同时提高含铜奥氏体抗菌不锈钢的抗菌性和耐蚀性。热力学计算结果揭示，氮提高铜的活度系数，其关系式可表达为：lnfCu/f0Cu=0.53524+4.11xN-0.48x2N，式中的fCu是试验合金中铜的活度系数，f0Cu是无限稀多组元合金中铜的活度系数，xN是氮的摩尔浓度。从热 力学角度分析，较高浓度的氮使铜组元在抗菌相和奥氏体两相中分配的自由能差增加，使铜在抗菌相中的偏聚程度增强，从而促使更多的铜从奥氏体中 析出，提高了钢的抗菌性；同时，氮在表面富集，提高了耐蚀性；该钢种时效时间短，抗菌性明显，耐蚀性改善，便于实现工业化生产，并预示着开发 新型的含氮奥氏体抗菌不锈钢将是今后抗菌不锈钢的一个发展方向。3.期刊论文 罗建斌.LUO Jian-bin 抗菌生物材料的研究进展 -高分子通报2009(3)生物材料的感染限制了生物材料的进一步应用.细菌在材料表面粘附、生长成细菌生物膜是生物材料相关感染难治的根本原因.因此,最有效的解决方 法是防止细菌生物膜的形成.本文对目前抗菌生物材料的研究现状进行综述,提出目前防止细菌生物膜生成的方法主要有三种:抗细菌粘附的方法;杀菌的 方法及二者相结合的方法.在设计抗粘附生物材料时,除了考虑材料表面的化学结构外,也要考虑材料的表面拓扑结构及材料的本体性能对细菌粘附的影响;在设计杀菌的生物材料时,不但要考虑杀菌性能,也要考虑杀菌剂对材料血液相容性的影响.总的来说,抗粘附的方法及杀菌相结合(多重抗菌)的方法是可 望解决生物材料感染的一条新方法.4.学位论文 刘耀斌 两亲性聚合物合成及抗菌性能研究 2010近年来抗菌材料的研究成为国内外重要的前沿课题，目前研究的抗菌聚合物由于抗菌的广谱性和选择性不理想，因而在具体应用中(特别是生物材料)受到诸多限制。所以研究合成高抗菌广谱性和选择性的聚合物具有重要的意义。本课题采用传统自由基聚合和可逆加成-断裂链转移聚合(Reversible Addition-Fragmentation ChainTransfer Polymerization)技术合成了系列不同亲水/疏水链段比的共聚物，并测试了其抗菌性能。抑菌圈法和最低抑菌 浓度法、浊度法表明了制备的两种两亲性共聚物均具有良好的抗菌活性，溶血性测试表明聚合物均没有血细胞毒性。鉴于嵌段共聚物在抗菌方面的研究 报道很少，探讨了影响嵌段共聚物抗菌能力的因素。本课题通过传统活性聚合和RAFT活性/“可控”聚合制备的无规和嵌段共聚物，较系统的研究了功能 化后的两亲性聚合物的抗菌性能，证明了理论上合成两亲性抗菌共聚物的方案是完全可行的。为当前制备高抗菌性、高选择性以及广谱性的高聚物合成 拓宽了思路，以飨读者。5.期刊论文 王鹏.罗建斌.李洁华.谢兴益.钟银屏 抗菌生物材料的研究进展 -生物技术通讯2004,15(6)生物高分子材料(医用缝合线、导尿管等)及人工器官(心瓣膜、人工肾等)的应用日益广泛,使用过程中引发的细菌性感染导致诸多严重后果,不容忽 视.基于感染机理,人们通过对生物材料表面进行不同的改性,如通过阻止细菌黏附达到抗菌效果、通过干扰细菌细胞的组成取得杀菌效果等,研究了不同 的抗菌机理.本文综述了新型有机高分子抗菌剂的发展,提出对生物相容性良好的聚氨酯、聚砜、聚醚砜等材料进行表面改性,使之具有好的抗菌能力,是 未来抗菌生物材料的研究与发展方向.6.学位论文 张奇 纳米银-小肠黏膜下层修复腹壁缺损的实验研究 2010目的:腹壁疝，战创伤、肿瘤等病变造成的腹壁缺损以及救治腹腔间隙综合征等危重病时，均需使用腹壁修复重建材料，临床上对此存在着巨大的需 求。理想的腹壁修复重建材料应理化性质稳定、安全无毒无致癌性、耐张力优于腹壁组织、耐机械疲劳、组织相容性好、排异反应小、利于组织再生、 来源及使用方便；此外最新的观点更强调材料具有抗感染性、柔软和服帖性以及能获得最小的手术痛苦以及相对最小的补片植入量等。但目前国内外公 认尚未找到一种完全理想修复材料。我国人工材料疝修复术普及率远远低于西方发达国家，原因一方面是基层医院医疗技术更新速度慢，另一方面是手 术中使用的修补材料在我国还没有产业化，全部依赖进口，价格昂贵。仅就我国的人口基数和美国的人口基数以及疝气的发病率来比较，不难看出腹壁 修复重建材料在我国的巨大的潜在经济意义和应用价值前景。生物材料是当下国外疝和腹壁外科研究的最新进展，包括动物源性材料如猪小肠粘膜下层(small intestinal submucosa，SIS)、牛心包等；人尸源性 材料如人工脱细胞真皮(acellular dermal matrix，ADM)等。总体评价7，生物材料除了拥有与合成材料一样的低疝复发率，在生物相容性、抗粘连性 等方面也较人工合成材料更为理想，术后疝复发、感染，肠梗阻、瘘管形成等不良反应的发生率明显较低。值得重视的是，生物材料的抗微生物活性优于合成材料。研究发现8，醋酸消化制备的SIS细胞外基质浸出液具有抑制革兰阴性大肠杆菌和革兰阳性金 黄色葡萄球菌的作用。SIS在有金黄色葡萄球菌定植时亦可实现良好的组织再塑，植入SIS伤口的感染性低于合成材料9。但同时国外将生物材料试用于 腹壁缺损修复或重建的初期临床经验也表明，修复污染或潜在感染的腹壁缺损失败率50，并且依赖于伤口感染的类型和再血管化速度。因此，提高 腹壁修复材料的抗感染性仍是疝和腹壁外科的巨大挑战。在抗菌剂方面，银作为抗菌剂，具有高效、安全无毒、抗菌谱广、无耐药性等优点，能杀灭细菌、真菌和霉菌甚至病毒。银杀菌机制主要与银离子有关，银离子可与细菌内巯基酶结合从而使后者失活，阻断微生物的能量代谢及细胞壁合成，起到杀灭细菌、病毒及真核微生物的作用。也有研究表明纳米 银颗粒可以和病原体的DNA碱基结合，形成交叉链接，置换嘌呤和嘧啶中相邻氮之间的氢键，使DNA变性，不能复制，致细菌失活。此外，银还有促进伤 口愈合的功能。研究发现，伤口局部涂抹银乳膏可抑制变应性接触性皮炎鼠模型炎症因子表达、诱导炎性细胞调亡。动物毒性实验和临床应用均证实银 杀菌剂属实际无毒级。近年来，利用纳米技术将金属银加工成纳米级的银微粒后，其表面积极大，显示明显的表面效应、小尺寸效应和宏观隧道效应，抗菌活性大大增强，效力更持久，安全性更高。纳米银作为抗菌材料已应用于医用导管、内固定器械、创伤敷料等方面。我们从中得到启发，利用生 物材料的三维网状超微结构、主要成分为胶原蛋白(90为型和型胶原纤维)易于粒子粘附，植入粒径15nm左右的纳米银粒子形成具有抗菌性的生物 材料。植入体内后随着生物材料的降解银微粒逐步释放，从而持久发挥抗细菌定植和抗感染、利于宿主细胞浸润生长和血管再生的作用。综合上述，构建理想的新型抗菌生物高分子复合腹壁修复材料的条件已经成熟，如有望构建成功，将为临床腹壁缺损及疝的治疗提供新的选择。经文 献检索，目前国内外尚未见复合生物材料和合成材料构建腹壁补片的报道。材料和方法:第一部分：抗菌生物高分子复合腹壁修复材料的构建1.按Abraham方法制备猪小肠粘膜下层(SIS)。2.通过自组装技术将纳米银粒子植入SIS构建抗菌生物材料纳米银SIS。3.采用扫描电镜观察材料超微结构，琼脂弥散法测试复合材料的体外抗菌能力。第二部分：动物实验及免疫研究1.采用复合材料、生物材料、合成材料分别修复大鼠全层腹壁缺损(33cm)，每组12只F344成年大鼠(体重约200g)，并用104cfu/ml的金黄色葡萄球菌 污染修复区。修复后1d、3d、5d、7d取动物腹壁分泌物作细菌培养，1d、3d、5d、7d、15d、30d取动物血采用火焰原子吸收光谱法检测血液中银含量。 修复后2月处死动物，腹壁注水试验检测修复区抗压情况，使用HE和甲苯胺蓝染色、扫描电镜观察修复区边缘及中央的组织结构、血管化程度，取动物脑、肝、肾组织，采用火焰原子吸收光谱检测组织中银含量。2.SD大鼠30只，体重200250g，手术造成3 cm2 cm全层腹壁缺损，随机分为三组(n=10)，分别采用相同面积的纳米银猪小肠黏膜下层(NS-SIS)，单 纯猪小肠黏膜下层(SIS)和Proceed(R)补片进行修补。术后4周和8周取出腹壁修复材料，进行CD3(淋巴细胞)，CD68(巨噬细胞)及CD31(血管内皮)免疫组 化分析。第三部分：材料的生物安全性试验1.进行细胞毒性试验，将复合材料放入96孔培养板，细胞培养板分3组(复合材料、阳性对照、阴性对照)，每组12孔，每孔加入细胞培养液2mL,置入37培养箱内，24h后取出备用。将已培养48 h生长旺盛的L929细胞计算出细胞密度(细胞数/mL)：配制成4104/mL的细胞悬液，取出96孔细胞培养板，分别加入细胞悬液0.5 mL，置37培养。于培养后的第1，2，4，7 d，每组各取3孔进行细胞形态观察和细胞计数。2.进行皮肤刺激试验，于成年家兔皮内注射复合材料浸出液及对照液(生理盐水)各0.2 mL，于注射后15 min，1 h，2 d，3 d观察实验区皮肤反应。3.进行皮肤致敏试验，于豚鼠背部脱毛区涂0.1mL复合材料浸出液和对照液(生理盐水)各0.1mL，连续观察3d，记录试验区皮肤组织反应。4.进行致热原试验：于成年家兔耳缘静脉注射复合材料浸出液及对照液(生理盐水)各0.1 mL，于注射后1h，6h，12h，24h，48h，72h分别测量家兔体温。5.数据采用SPSS11.0统计软件包进行统计学处理，实验数据以均数标准差表示，P值0.05为有统计学意义。结果:一、对纳米银-小肠黏膜下层修复材料(NS-SIS)的体外抗菌效果进行了初步研究，结果表明纳米银-小肠黏膜下层修复材料具有良好的体外抗菌效果。二、纳米银-小肠黏膜下层修复材料能够用于修复大鼠污染腹壁缺损，且伤口感染率低于单纯生物腹壁修复材料(SIS)和合成材料(Proceed(R)补片)。三、对纳米银复合生物腹壁修复材料的修复大鼠腹壁缺损后对修复区局部炎症反应和微血管密度的影响进行了初步研究，结果表明纳米银-小肠黏膜下 层修复材料与单纯生物腹壁修复材料对修复区局部炎症反应及微血管密度的作用相同，两者较合成材料局部炎症反应轻，微血管密度较合成材料低。四、对纳米银复合生物腹壁修复材料的生物安全性进行了初步评价，结果表明纳米银-小肠黏膜下层修复材料(NS-SIS)的生物安全性良好。结论:纳米银-小肠黏膜下层修复材料(NS-SIS)有较好的抗菌效果，且伤口感染率和局部炎症反应低于单纯生物腹壁修复材料(SIS)和合成材料(Proceed(R)补 片)，并具有良好的生物安全性。创新点:1.国内外首次将生物材料与高分子材料复合构建修复腹壁补片，集中了现有材料几乎全部的优点，为寻求理想腹壁修复材料的研究提供了新的思路；预 期实验结果有望改变临床