純鎂微弧氧化-NaOH-Zn膜層的抗菌性研究①

王金剛,于婷婷

(1. 佳木斯市中心醫院頜面外科，黑龍江 佳木斯 154002；2. 佳木斯大學附屬口腔醫院修復一科，黑龍江 佳木斯 154002)

生物材料一定程度上影響了口腔臨床的發展，力學性能較差的植入材料不僅干擾了骨的正常發育，延誤愈合，同時金屬材料在釋放離子過程中也可能引起排異反應[1]。鎂密度與骨密度接近，避免了應力遮擋，有利于加快骨固定和骨愈合進程[2]。但同時這一材料活潑性強，容易腐蝕。利用微弧氧化技術在鎂材料表面形成氧化涂層能夠緩解期降解，聯合含鋅元素制備生物涂層可促進骨基質中膠原合成，加快成骨細胞的增殖[3]。為此本研究制備實驗進行超聲微弧氧化并化學鍍鋅，研究純鎂微弧氧化-NaOH-Zn膜層的抗菌性，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 材料

(1)純鎂片(99.9%)；(2))KOH(10g/L)；(3)Na2CO3(10g/L)；(4)NAF(10g/L)；(5)Na4P2O7(100g/L)；(6)CH3COO(20g/L)；(7)硅酸鈉(10g/L)；(8)KF(8g/L)；(9)胎牛血清；(10)小鼠前成骨細胞；(11)CCK-8試劑盒；(12)胰蛋白酶；(13)DMEM培養基；(14)ALP試劑盒。

1.1.2 儀器

(1)超聲微弧氧化電源；(2)分析天平；(3)線切割機；(4)示波器；(5)掃描電子顯微鏡(SEM)；(6)能譜分析儀(EDAX)；(7)恒溫水浴鍋；(8)凈化工作臺；(9)CO2培養箱；(10 )顯微鏡。

1.2 試件制備方法

超聲微弧氧化組設為A組，化學鍍鋅10min的MAO純鎂設為B組，堿處理后化學鍍鋅10min的MAO純鎂設為C組。

1.2.1 微弧氧化涂層

硅酸鈉、KF、KOH以及去離子水配置電解液。超聲下混合均勻后放入電解槽。純鎂片打孔后放入電解液作為陽極，以不銹鋼為陰極。超聲微弧氧化儀參數設置：f=60KHz，V= 300V，PRF=500Hz，占空比2.5%，工作時間10min，陰陽極距離4cm。

1.2.2 微弧氧化涂層后處理

焦磷酸鈉、NaF、NaCO3、CH3COO配置浸鋅液。浸鋅液倒入恒溫水浴鍋，保持40℃。鎂試件置入恒溫水浴鍋10min。晾干后的微弧氧化鎂試件置于含NaOH溶液放入水浴鍋中2h，保持60℃，堿處理試件置于40℃浸鋅液10min。

1.2.3 觀察方法

EDAX、SEM觀察A組、B組、C組涂層表面形態，分析其成分。

1.2.4 抗菌試驗方法

菌株：大腸埃希氏菌ATCC 25922、金黃色葡萄球菌ATCC 6538。營養肉湯在37℃下培養24h培養凍干菌株，24h后進行生化實驗鑒定、形態學鑒定，確保為純培養物。采用連續轉接2次后的新鮮細菌培養物( 24h內轉接的)，用接種環從培養基上取少量新鮮細菌，加入培養液中，并依次做10倍遞增稀釋液，選擇菌液濃度為1×105CFU/mL的稀釋液作為試驗用菌液，備用。依據QB/T 2591-2003《抗菌塑料—抗菌性能試驗方法和抗菌效果》進行實驗，采用覆膜法檢測抗菌率。將實驗各組試件置于直徑90mm的玻璃培養皿中，用微量加樣槍吸取0.2mL。實驗菌液分別加在不同試樣表面，覆蓋無菌的PE膜，鋪平，使菌液均勻接觸試件。在(37±1) ℃，相對濕度RH>90%的條件下培養24h，之后取出試樣，分別加入定量的洗脫液，反復洗試樣及PE膜。并用鑷子夾起薄膜沖洗，充分搖勻后，取20μL洗脫液接種于營養瓊脂培養基(NA)中，在37℃下培養24h后。進行平板菌落計數，以上試驗重復3次。

1.3 觀察標準

本研究觀察指標為抗菌性，抗菌試驗計算：( 空白對照樣品平均回收菌落數-抗菌實驗材料平均回收菌落數) /空白對照樣品平均回收菌落數×100%。抗菌率符合R%≥99%的涂層有強抗菌作用，抗菌率符合R%≥90%的涂層，有抗菌作用。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 大腸桿菌抑菌試驗結果

C組24h大腸桿菌菌落數明顯低于B組、A組，C組抗菌率明顯高于B組、A組，差異具有統計學意義(P<0.05)，見表1。

表1 大腸桿菌抑菌試驗結果

2.2 黃色葡萄球菌抑菌試驗結果

C組24h黃色葡萄球菌菌落數明顯低于B組、A組，C組抗菌率明顯高于B組、A組，差異具有統計學意義(P<0.05)，見表2。

表2 黃色葡萄球菌抑菌試驗結果

3 討論

鎂及鎂合金力學性能好且可降解，參與組成骨細胞，能夠刺激以及強化骨質，促進其生長發育。但同時這一材料容易被腐蝕，影響其應用，有效控制材料性能。有研究認為鎂及鎂合金材料予以表面涂層封孔處理有利于控制降解速度。微弧氧化技術能夠在材料表面形成耐腐蝕能好的氧化陶瓷層，提高材料結合強度[4]。但經微弧氧化處理后的表層有大量小孔，腐蝕性液體從孔中滲透能夠降低耐腐蝕性。鋅元素抑制破骨細胞形成，促進骨細胞分化。利用鋅元素對微弧氧化后鎂基材料表面進行后處理不僅能填補表面微孔，同時還能避免腐蝕性液體的進入。鋅離子能夠吸附帶負電荷的細菌，與其發生反應破壞細菌結構從而發揮滅菌作用。而細菌被殺死后鋅離子脫落，再次吸附剩余細菌，該材料有重復滅菌的作用。因此微弧氧化后的材料進行鍍鋅處理能夠在材料表面形成保護膜影響大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌的增殖，同時將材料的降解速度控制在理想范圍。微弧氧化技術解決了鎂平衡電極位低容易被講解這一問題，鍍鋅后進一步將鎂合金的講解速度控制在合理范圍。這一表面處理技術形成了保護膜，鎂的表面性質被改變。材料的耐蝕性強，耐磨性好，其具有良好的生物相容性。這一技術能夠在促進骨質生長的同時發揮抗菌效果[5]。將其應用于口腔臨床，解決了植入材料植入后感染這一難題，降低了“二次手術”的概率，避免了病人遭受不必要的痛苦，同時減少醫療成本。此次試驗中C組24h黃色葡萄球菌和大腸桿菌菌落數明顯低于B組、A組，C組抗菌率明顯高于B組、A組，差異具有統計學意義(P<0.05)，證實純鎂微弧氧化-NaOH-Zn膜層的抗菌性。總而言之，純鎂微弧氧化-NaOH-Zn膜層有較強的抗菌性，應用于口腔植入材料能夠預防感染，且經微弧氧化處理能夠解決鎂基材料降解過快的問題。