二元金属离子注入医用钛表面结构及性能研究

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基本信息

  • 批准号：
    51071168
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    37.0万
  • 负责人：
    刘宣勇
  • 依托单位：
    中国科学院上海硅酸盐研究所
  • 学科分类：
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 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

生物活性不良及抗菌性缺乏是钛植入体植入失效的两个主要原因。本课题组前期研究发现单元Ag离子注入可在钛表面形成纳米结构并有效改善钛的抗菌性，单元Mg和Ca注入可赋予钛一定的生物活性，但单元金属离子注入也会降低钛的耐腐蚀性。本研究拟通过Ag/Mg和Ag/Ca二元离子注入，获得兼具生物活性和抗菌性的钛植入体材料，并探讨二元离子注入医用钛表面纳米化过程和机制。同时利用不同金属之间的标准电极电位差异，提出构建Ag与Mg(或Ca)的"微电池"以"屏蔽"钛基体反应的设想，并最终获得抗菌性、生物活性和耐腐蚀性优良的钛植入体材料。本项目拟开展的主要研究工作有：(1) 探查Ag/Mg和Ag/Ca二元离子注入钛表面纳米化过程和机制；(2) Ag/Mg和Ag/Ca二元离子注入钛表面耐腐蚀性控制机制研究；(3) Ag/Mg和Ag/Ca二元离子注入钛表面生物活性和抗菌性及其共存规律探索。

结项摘要

应用金属等离子体浸没离子注入技术（M PIII），在纯钛及等离子喷涂氧化钛涂层表面进行银注入及银与镁(或钙)二元注入，探查了注入表面的相组成及微观结构，探讨了银注入及银与镁(或钙)二元注入表面的抗菌路径，初步评估了相关表面的细胞相容性。获得了以下主要结果：(1) Ag PIII处理可在等离子喷涂氧化钛涂层表面镶嵌银纳米颗粒，且纳米颗粒以多重孪晶结构形式存在于涂层表面，这些银纳米颗粒的形成过程符合经典形核理论预测；基于Ag PIII非视线注入的特点，通过调控其浸没式原子加热(ASH)效应, 可在一定程度上控制银纳米颗粒的形核及长大过程，获得尺寸、分布可调的纳米化氧化钛表面；镶嵌有银纳米颗粒的氧化钛表面抗菌性(金黄色葡萄球菌)优异且细胞(MG63)相容性较好。(2) Ag PIII处理可在钛表面及近表面制得镶嵌式银纳米颗粒；银纳米颗粒最初以等轴晶形式在钛表面析出，当钛表面银注入量达到一定临界值时，这些等轴晶粒将被进一步分割为多个小的区域；银纳米颗粒与钛基体间可形成“微电池”腐蚀对，其腐蚀效率受银纳米颗粒数量及生理溶液中导电离子的迁移效率影响；Ag PIII钛表面具有良好的抗菌性及细胞相容性；Ag PIII钛表面良好的抗菌性及细胞相容性与“微电池”腐蚀效应有关。(3) 将 Mg PIII (或Ca PIII) 与Ag PIII进行适当复合，可将镁(或钙)与银共同引入钛表面； Mg PIII (或Ca PIII)处理的样品表面，除镁(或钙) 除单质存在形式外，还可以与银(或钛)的固溶(或合金)相的形式存在；此外，由于镁(或钙)具有较高反应活性，样品暴露于空气中较长时间，表面还将出现MgO、CaO、CaCO3成分；Mg PIII (或Ca PIII) 与Ag PIII复合处理表面比Ag PIII单独处理表面细胞相容性好；虽然Mg PIII (或Ca PIII或Ag PIII)单独处理表面对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的增殖均有一定抑制效果，但是Mg PIII (或Ca PIII) 与Ag PIII复合处理钛表面对上述细菌抑制效果最为显著。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Surface modification of biomaterials using plasma immersion ion implantation and deposition
使用等离子体浸没离子注入和沉积对生物材料进行表面改性
  • DOI：
    10.1098/rsfs.2012.0003
  • 发表时间：
    2012-06-06
  • 期刊：
    INTERFACE FOCUS
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Lu, Tao;Qiao, Yuqin;Liu, Xuanyong
  • 通讯作者：
    Liu, Xuanyong
Antimicrobial and osteogenic effect of Ag-implanted titanium with a nanostructured surface.
具有纳米结构表面的银植入钛的抗菌和成骨作用
  • DOI：
    10.2147/ijn.s28450
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    International journal of nanomedicine
  • 影响因子：
    8
  • 作者：
    Zheng Y;Li J;Liu X;Sun J
  • 通讯作者：
    Sun J
Antimicrobial activity and cytocompatibility of Ag plasma-modified hierarchical TiO2 film on titanium surface
钛表面Ag等离子体修饰分级TiO2薄膜的抗菌活性和细胞相容性。
  • DOI：
    10.1016/j.colsurfb.2013.08.030
  • 发表时间：
    2014-01-01
  • 期刊：
    COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Li, Jinhua;Liu, Xuanyong;Ding, Chuanxian
  • 通讯作者：
    Ding, Chuanxian
Biological actions of silver nanoparticles embedded in titanium controlled by micro-galvanic effects
微电偶效应控制嵌入钛中的银纳米粒子的生物作用
  • DOI：
    10.1016/j.biomaterials.2010.09.066
  • 发表时间：
    2011-01-01
  • 期刊：
    BIOMATERIALS
  • 影响因子：
    14
  • 作者：
    Cao, Huiliang;Liu, Xuanyong;Chu, Paul K.
  • 通讯作者：
    Chu, Paul K.
Enhanced bioactivity and bacteriostasis effect of TiO2 nanofilms with favorable biomimetic architectures on titanium surface
钛表面具有良好仿生结构的TiO2纳米薄膜增强生物活性和抑菌效果
  • DOI：
    10.1039/c3ra23252b
  • 发表时间：
    2013-01-01
  • 期刊：
    RSC ADVANCES
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Li, Jinhua;Liu, Xuanyong;Ding, Chuanxian
  • 通讯作者：
    Ding, Chuanxian

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其他文献

Synthesis of biocompatible AuAgS/Ag2S nanoclusters and their applications in photocatalysis and mercury detection
生物相容性AuAgS/Ag2S纳米团簇的合成及其在光催化和汞检测中的应用
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  • 发表时间：
    2014-12
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    赵倩;陈甚娜;张凌阳;黄昊文;刘凤萍;刘宣勇
  • 通讯作者：
    刘宣勇
碳离子注入医用Ti性能研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    金属学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    夏超;钱仕;王东辉;刘宣勇
  • 通讯作者：
    刘宣勇
Anticorrosion and cytocompatibility of biodegradable polylactide/MgO composite coating on AZ31 alloy
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    田朋;刘宣勇
  • 通讯作者：
    刘宣勇

其他文献

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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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