纯镁微弧氧化-NaOH-Zn膜层的抗菌性研究①

王金刚,于婷婷

(1. 佳木斯市中心医院颌面外科，黑龙江 佳木斯 154002；2. 佳木斯大学附属口腔医院修复一科，黑龙江 佳木斯 154002)

生物材料一定程度上影响了口腔临床的发展，力学性能较差的植入材料不仅干扰了骨的正常发育，延误愈合，同时金属材料在释放离子过程中也可能引起排异反应[1]。镁密度与骨密度接近，避免了应力遮挡，有利于加快骨固定和骨愈合进程[2]。但同时这一材料活泼性强，容易腐蚀。利用微弧氧化技术在镁材料表面形成氧化涂层能够缓解期降解，联合含锌元素制备生物涂层可促进骨基质中胶原合成，加快成骨细胞的增殖[3]。为此本研究制备实验进行超声微弧氧化并化学镀锌，研究纯镁微弧氧化-NaOH-Zn膜层的抗菌性，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 材料

(1)纯镁片(99.9%)；(2))KOH(10g/L)；(3)Na2CO3(10g/L)；(4)NAF(10g/L)；(5)Na4P2O7(100g/L)；(6)CH3COO(20g/L)；(7)硅酸钠(10g/L)；(8)KF(8g/L)；(9)胎牛血清；(10)小鼠前成骨细胞；(11)CCK-8试剂盒；(12)胰蛋白酶；(13)DMEM培养基；(14)ALP试剂盒。

1.1.2 仪器

(1)超声微弧氧化电源；(2)分析天平；(3)线切割机；(4)示波器；(5)扫描电子显微镜(SEM)；(6)能谱分析仪(EDAX)；(7)恒温水浴锅；(8)净化工作台；(9)CO2培养箱；(10 )显微镜。

1.2 试件制备方法

超声微弧氧化组设为A组，化学镀锌10min的MAO纯镁设为B组，碱处理后化学镀锌10min的MAO纯镁设为C组。

1.2.1 微弧氧化涂层

硅酸钠、KF、KOH以及去离子水配置电解液。超声下混合均匀后放入电解槽。纯镁片打孔后放入电解液作为阳极，以不锈钢为阴极。超声微弧氧化仪参数设置：f=60KHz，V= 300V，PRF=500Hz，占空比2.5%，工作时间10min，阴阳极距离4cm。

1.2.2 微弧氧化涂层后处理

焦磷酸钠、NaF、NaCO3、CH3COO配置浸锌液。浸锌液倒入恒温水浴锅，保持40℃。镁试件置入恒温水浴锅10min。晾干后的微弧氧化镁试件置于含NaOH溶液放入水浴锅中2h，保持60℃，碱处理试件置于40℃浸锌液10min。

1.2.3 观察方法

EDAX、SEM观察A组、B组、C组涂层表面形态，分析其成分。

1.2.4 抗菌试验方法

菌株：大肠埃希氏菌ATCC 25922、金黄色葡萄球菌ATCC 6538。营养肉汤在37℃下培养24h培养冻干菌株，24h后进行生化实验鉴定、形态学鉴定，确保为纯培养物。采用连续转接2次后的新鲜细菌培养物( 24h内转接的)，用接种环从培养基上取少量新鲜细菌，加入培养液中，并依次做10倍递增稀释液，选择菌液浓度为1×105CFU/mL的稀释液作为试验用菌液，备用。依据QB/T 2591-2003《抗菌塑料—抗菌性能试验方法和抗菌效果》进行实验，采用覆膜法检测抗菌率。将实验各组试件置于直径90mm的玻璃培养皿中，用微量加样枪吸取0.2mL。实验菌液分别加在不同试样表面，覆盖无菌的PE膜，铺平，使菌液均匀接触试件。在(37±1) ℃，相对湿度RH>90%的条件下培养24h，之后取出试样，分别加入定量的洗脱液，反复洗试样及PE膜。并用镊子夹起薄膜冲洗，充分摇匀后，取20μL洗脱液接种于营养琼脂培养基(NA)中，在37℃下培养24h后。进行平板菌落计数，以上试验重复3次。

1.3 观察标准

本研究观察指标为抗菌性，抗菌试验计算：( 空白对照样品平均回收菌落数-抗菌实验材料平均回收菌落数) /空白对照样品平均回收菌落数×100%。抗菌率符合R%≥99%的涂层有强抗菌作用，抗菌率符合R%≥90%的涂层，有抗菌作用。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 大肠杆菌抑菌试验结果

C组24h大肠杆菌菌落数明显低于B组、A组，C组抗菌率明显高于B组、A组，差异具有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 大肠杆菌抑菌试验结果

2.2 黄色葡萄球菌抑菌试验结果

C组24h黄色葡萄球菌菌落数明显低于B组、A组，C组抗菌率明显高于B组、A组，差异具有统计学意义(P<0.05)，见表2。

表2 黄色葡萄球菌抑菌试验结果

3 讨论

镁及镁合金力学性能好且可降解，参与组成骨细胞，能够刺激以及强化骨质，促进其生长发育。但同时这一材料容易被腐蚀，影响其应用，有效控制材料性能。有研究认为镁及镁合金材料予以表面涂层封孔处理有利于控制降解速度。微弧氧化技术能够在材料表面形成耐腐蚀能好的氧化陶瓷层，提高材料结合强度[4]。但经微弧氧化处理后的表层有大量小孔，腐蚀性液体从孔中渗透能够降低耐腐蚀性。锌元素抑制破骨细胞形成，促进骨细胞分化。利用锌元素对微弧氧化后镁基材料表面进行后处理不仅能填补表面微孔，同时还能避免腐蚀性液体的进入。锌离子能够吸附带负电荷的细菌，与其发生反应破坏细菌结构从而发挥灭菌作用。而细菌被杀死后锌离子脱落，再次吸附剩余细菌，该材料有重复灭菌的作用。因此微弧氧化后的材料进行镀锌处理能够在材料表面形成保护膜影响大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌的增殖，同时将材料的降解速度控制在理想范围。微弧氧化技术解决了镁平衡电极位低容易被讲解这一问题，镀锌后进一步将镁合金的讲解速度控制在合理范围。这一表面处理技术形成了保护膜，镁的表面性质被改变。材料的耐蚀性强，耐磨性好，其具有良好的生物相容性。这一技术能够在促进骨质生长的同时发挥抗菌效果[5]。将其应用于口腔临床，解决了植入材料植入后感染这一难题，降低了“二次手术”的概率，避免了病人遭受不必要的痛苦，同时减少医疗成本。此次试验中C组24h黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌落数明显低于B组、A组，C组抗菌率明显高于B组、A组，差异具有统计学意义(P<0.05)，证实纯镁微弧氧化-NaOH-Zn膜层的抗菌性。总而言之，纯镁微弧氧化-NaOH-Zn膜层有较强的抗菌性，应用于口腔植入材料能够预防感染，且经微弧氧化处理能够解决镁基材料降解过快的问题。