微弧氧化钛表面化学调控构建新颖的生物活性纳米结构材料与抗生素上载及释放规律

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51002039
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    魏大庆
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    E0210.无机非金属类生物材料
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

本项目采用新颖的化学处理-微弧氧化复合技术在钛表面形成了各种生物活性的纳米材料。首先制备了新颖的含硅钙微弧氧化涂层，之后采用化学处理调控含硅钙微弧氧化涂层的表面组织结构，同时，还将这一技术运用到含磷和含钙磷微弧氧化涂层，形成各种新颖的纳米结构材料。研究了各种纳米材料的组织结构及其调控机制，揭示了各种纳米结构材料的形成过程，并表征了其物理化学性能。体外实验结果表明这些新颖的纳米结构材料具有优异的磷灰石诱导能力和细胞活性，为在钛表面制备生物活性材料提供了新的思路。此外，为了满足植入过程中及时的抗炎治疗，本项目在具有各种纳米材料的生物活性涂层表面引入头孢唑啉钠/壳聚糖复合薄膜。结果表明，药物复合薄膜具有良好的药物缓释能力。本项目的开展促进了化学处理、微弧氧化以及药物涂层技术在生物医学领域的应用，体现了材料学、物理化学、生物医学等多学科的交叉与融汇，具有重要的学术研究和实际工程应用价值。

结项摘要

完全按照项目计划完成了本项目。为了赋予钛及钛合金以生物活性，本项目采用新颖的化学处理-微弧氧化复合技术在钛及钛合金表面形成了各种生物活性的纳米材料。首先制备了新颖的含硅钙(SC)微弧氧化涂层。SC涂层中主要物相为锐钛矿，涂层和基体之间界面结合良好。SC涂层中主要含有Ca、Si、Na、Ti和O元素。随着微弧氧化电压升高，SC涂层表面Ca、Si和Na含量增加，Ti含量降低。随着制备电压增高，SC涂层表面硬度、弹性模量、抗腐蚀性提高，润湿性和表面粗糙度增加。之后采用水热处理调控含硅钙微弧氧化涂层的表面组织结构，水热处理SC涂层表面形成竹叶状、条状、线状TiO2。此外，SC涂层水热处理过程中，涂层中的TiO2会受到OH-离子的攻击，形成HTiO3-离子，引起Ca2+和Na+离子在涂层表面沉积，从而形成钛酸钙和钛酸钠水合物。同时，还将这一技术运用到含磷(PW)和含钙磷(CPW)微弧氧化涂层，形成各种新颖的纳米结构材料。碱处理过程中，涂层中的TiO2相受到碱溶液中OH-离子的攻击形成HTiO3-离子。HTiO3-离子进一步与碱溶液中的Na+离子反应形成钛酸钠水合物，且该水合物交错分布形成多孔网络状形貌。后续热处理(400~700℃)改变了PA涂层的表面形貌，同时钛酸钠水合物出现脱水并晶化形成Na2Ti9O19相。对于碱处理CPW涂层(CPA)(注：A表示碱处理)，HTiO3-离子进一步吸引碱溶液中溶解的Ca2+离子，在涂层表面形成片状钛酸钙水合物，最终CPA涂层表面形成蜂窝状结构。提高碱浓度，有利于钛酸钙水合物形成。CPA涂层经过后续热处理(400~800℃)，涂层表面的钛酸钙水合物也出现脱水并晶化形成CaTi21O38以及CaTiO3，同时表面形貌发生变化。体外实验结果表明这些新颖的纳米结构材料具有优异的磷灰石诱导能力和细胞活性，为在钛表面制备生物活性材料提供了新的思路。SC, PW和CPW涂层经过碱处理以后，磷灰石诱导能力明显提高。原因是SBF浸泡过程中，涂层表面钛酸盐中Ca2+和Na+离子与SBF中的H3O+离子发生离子交换，形成了丰富的Ti-OH功能团，促进了磷灰石的形核生长。此外，为了满足植入过程中及时的抗炎治疗，本项目在生物活性涂层表面引入头孢唑啉钠/壳聚糖复合薄膜。结果表明，药物复合薄膜具有良好的缓释能力。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Structure of microarc oxidized coatings containing Si, Ca and Na on titanium and deposition of cefazolin sodium/chitosan composite film
钛表面含Si、Ca、Na微弧氧化涂层结构及头孢唑啉钠/壳聚糖复合膜的沉积
  • DOI：
    10.1016/j.surfcoat.2011.01.042
  • 发表时间：
    2011-03-25
  • 期刊：
    SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Cheng, Su;Wei, Daqing;Zhou, Yu
  • 通讯作者：
    Zhou, Yu
Mechanical and corrosion resistance of hydrophilic sphene/titania composite coatings on titanium and deposition and release of cefazolin sodium/chitosan films
钛表面亲水榍石/二氧化钛复合涂层的机械性能和耐腐蚀性能及头孢唑啉钠/壳聚糖薄膜的沉积和释放
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2010.10.038
  • 发表时间：
    2011-01-15
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Cheng, Su;Wei, Daqing;Zhou, Yu
  • 通讯作者：
    Zhou, Yu
微弧氧化钛基体含Si、Ca涂层的表征及植入兔胫骨影像学和力学性能研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    口腔医学研究
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨清岭;赵欣;魏大庆;成夙
  • 通讯作者：
    成夙
Characterization and properties of microarc oxidized coatings containing Si, Ca and Na on titanium
钛表面含Si、Ca、Na微弧氧化涂层的表征及性能
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2011.03.006
  • 发表时间：
    2011-08-01
  • 期刊：
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Cheng, Su;Wei, Daqing;Guo, Haifeng
  • 通讯作者：
    Guo, Haifeng
The structure and in vitro apatite formation ability of porous titanium covered bioactive microarc oxidized TiO2-based coatings containing Si, Na and Ca
多孔钛包覆含Si、Na、Ca生物活性微弧氧化TiO2基涂层的结构及体外磷灰石形成能力
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2013.06.030
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Rui Zhou;Daqing Wei;Su Cheng;Baoqiang Li;Yaming Wang;Dechang Jia;Yu Zhou;Haifeng Guo
  • 通讯作者：
    Haifeng Guo

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其他文献

Method for preparing macroscopical porous micro-arc oxidation coating based on two-step process
基于两步法制备宏观多孔微弧氧化涂层的方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    魏大庆;周睿;成夙;周玉
  • 通讯作者：
    周玉
金属微弧氧化功能陶瓷涂层设计制备与使役性能研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    中国表面工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王亚明;邹永纯;王树棋;陈国梁;欧阳家虎;魏大庆;贾德昌;周玉
  • 通讯作者：
    周玉

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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