人工关节材料超润滑与载药缓释“双重”表面改性及其生物学、摩擦学性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675296
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The excellent friction and wear properties of natural joint can fulfill the requirement of lifetime use for humans, with the friction coefficient at a level as low as 0.001. However, it is necessary to perform a revision surgery for artificial joint prosthesis after implantation for an average of 15 years due to the occurrence of severe wear. It is accepted that the wear debris can result in osteoclast response and osteolysis in vivo, which is considered as the main reason for failure of the prosthesis...This project for the first time combines a link between wear reduction and osteolysis inhibition in artificial joint research. Firstly, photo-induced polymerization is used to graft polymer brushes onto artificial joint materials, and biocompatibility, friction, wear and biotribocorrosion properties of the polymer brushes are investigated to achieve superlubricity based on hydration lubrication. Secondly, sol-gel method is applied to prepare mesoporous silica nano-particles (MSN), and drug release and cell response properties of the MSN are examined following surface coating of smart macromolecules, with an aim not only to facilitate osteoblast response but also to inhibit osteolysis through a controlled and intelligentized drug release. Finally, the polymer brushes are stably modified with selected drug-loaded MSN by charge-transfer interaction, in order to manufacture a novel artificial joint material with superlubricity & drug release simultaneously...The research outputs of this project are of great significance at an aspect of further reducing friction and wear of various artificial joints (e.g., hip, knee, and intervertebral disk) and improving their in vivo service time.
人体天然关节的摩擦系数在0.001量级,其优异的摩擦、磨损性能可满足人们毕生使用需求,而人工关节由于摩擦、磨损,平均使用寿命只有15年。研究表明,磨损微粒在人体内诱发破骨反应造成骨溶解,是导致人工关节失效的根本原因。. 本项目首次将人工关节的减摩、抗磨与抑制骨溶解结合起来研究。首先,采用紫外光聚合技术在人工关节材料表面接枝聚合物分子刷,研究其生物相容性以及摩擦、磨损与腐蚀性能,基于水合润滑机理实现超润滑;其次,采用溶胶-凝胶法制备介孔硅球并包覆智能响应高分子,研究其载药缓释特性、细胞响应特性,通过药物的可控、智能释放促进成骨,同时抑制骨溶解;最后,依据电荷转移相互作用在聚合物分子刷上嫁接载药的介孔硅球,获得兼具超润滑与载药缓释“双重”功能的新型人工关节材料。. 本项目研究成果对进一步降低人工髋关节、膝关节、椎间盘的摩擦、磨损,提高其使用寿命具有重要参考价值。

结项摘要

润滑增强与药物缓释协同技术是治疗骨关节炎、提高人工关节减摩抗磨性能与抑制骨溶解的重要方法之一。在本项目支持下,主要完成了以下工作:(1)采用光聚合技术、薄膜水合技术制备了介孔硅球/磷酰胆碱、脂质体/氨糖等润滑载药体系,并通过体外润滑实验、细胞实验和体内动物实验,系统地研究了各种润滑载药体系治疗骨关节炎的效果;(2)采用仿生自吸附技术、化学接枝技术在人工关节材料表面制备了润滑涂层,并通过宏观、微观摩擦学实验研究了材料接枝前后润滑性能、抑菌性能的变化;(3)采用静电纺丝技术制备了具有润滑和载药功能的纳米纤维膜,并研究了纳米纤维膜与成纤维细胞和成骨细胞之间的相互作用规律。上述研究成果对实现骨关节炎的有效治疗、提高人工关节的使用寿命具有重要的参考价值。基于本项目取得的研究成果,以(共同)通讯作者发表SCI收录论文23篇,以第一发明人申请中国发明专利13项(其中授权8项),在国内外学术会议上做邀请报告或担任分会场主席5次,培养研究生5人。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(13)
Bioinspired Surface Functionalization of Titanium for Enhanced Lubrication and Sustained Drug Release
钛的仿生表面功能化可增强润滑和持续药物释放
  • DOI:
    10.1021/acs.langmuir.9b00338
  • 发表时间:
    2019-05-21
  • 期刊:
    LANGMUIR
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Han, Ying;Liu, Sizhe;Zhang, Hongyu
  • 通讯作者:
    Zhang, Hongyu
Dual functional electrospun core-shell nanofibers for anti-infective guided bone regeneration membranes
双功能电纺核壳纳米纤维用于抗感染引导骨再生膜
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2018.12.115
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING C-MATERIALS FOR BIOLOGICAL APPLICATIONS
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Wang, Yi;Jiang, Yuxi;Zhang, Hongyu
  • 通讯作者:
    Zhang, Hongyu
医用聚电解质润滑涂层
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    清华大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王曦梓;韩英;赵微微;张洪玉
  • 通讯作者:
    张洪玉
Surface modification of Ti6Al4V based on ultrasonic surface rolling processing and plasma nitriding for enhanced bone regeneration
基于超声波表面滚压和等离子渗氮的 Ti6Al4V 表面改性增强骨再生
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2018.06.039
  • 发表时间:
    2018-09-15
  • 期刊:
    SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Ren, Ke;Yue, Wen;Zhang, Hongyu
  • 通讯作者:
    Zhang, Hongyu
Ice-Inspired Superlubricated Electrospun Nanofibrous Membrane for Preventing Tissue Adhesion
受冰启发的超润滑静电纺丝纳米纤维膜可防止组织粘连
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c01990
  • 发表时间:
    2020-09-09
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Wang, Yi;Cheng, Liang;Zhang, Hongyu
  • 通讯作者:
    Zhang, Hongyu

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其他文献

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    --
  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    万玉民
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    WANG Hong-hui,MA Yong-jie,LIU Yue,HUANG Zeng-ming,

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基于关节软骨磨损机制的多功能润滑纳米颗粒制备及其生物摩擦学性能研究
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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