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镁合金腐蚀研究进展（49）-葡萄糖加速了Mg-Li-Ca合金的体外细菌入侵和降解速率

rczeng 2020-7-7 15:33

【心语】回顾这段发现之旅，有些线索是值得和大家一起回味的。目前，科学研究已经没有清晰的学科界限，将进入一个混沌的新境界。或者说，随着多学科融合与发展，学科边界逐渐模糊化。从本专业跨界到其它领域做出好成绩的学者们比比皆是。材料与物理、化学、力学、机械、生物、医学等学科交叉，促进了材料学科日新月异的发展。 “坐而论道，不如起而行之”。做好真学问，需要不厌其烦地与同行进行深度交流与合作。遇到新现象，能够敏锐地意识到其潜在的科学意义或工程价值，并且寻找到其答案，这是具有挑战性的。 “众里寻她千百度,慕然回首,那人却在灯火阑珊处”，这也是科研最大的乐趣。【摘要】可降解镁合金植入高血糖和糖尿病患者体内面临挑战。我们提出葡萄糖能够加速镁合金体外细菌活动和降解速率的假设。通过16S rRNA高通量测序技术和微生物分离培养技术，我们分离和鉴定出了Hank ’s 溶液中的细菌，对照了有无葡萄糖的Hank’s溶液，发现葡萄糖显著加速了Mg-Li-Ca合金的细菌入侵、降解和力学性能的劣化。近年来，随着人口老龄化趋势的逐步加深，人们越来越关注公众健康。特别是高血糖和糖尿病等疾病在年长者中具有普发性。这与肥胖、不良的饮食习惯和身体的惰性密切相关，并且可能会引起一系列的其他健康问题：骨质疏松症、心脏病、中风、神经病变、肾脏疾病和糖尿病足等。值得注意的是，糖尿病足与高含量葡萄糖和细菌感染之间密切相关。因此，在国际人口老龄化大趋势下，生物医用材料的需求也是日益增加，这也就意味着那些患有高血糖和糖尿病的患者在植入环境下将面临着巨大挑战。生物医用材料包括：金属、高分子、陶瓷和其复合物。其中，惰性金属，像不锈钢和钛合金由于其良好的力学性能和耐蚀性能，在临床领域已经得到广泛应用。然而，镁及其合金由于其生物可降解性，与骨相近的弹性模量，并能够特异性地促进人成骨细胞的分化和生长，已成为下一代可降解金属基植入体，并在近年来开始在临床上应用。在前期工作中，我们研究了葡萄糖对纯镁及镁合金 Mg-Ca、Mg-Li-Ca、AZ31 降解行为的影响。研究表明：在模拟体液 Hank's 溶液中，纯镁的降解速率随着葡萄糖浓度的增加而降低。这主要是由于葡萄糖转化为葡萄糖酸，而葡萄糖酸能够螯合溶液中的Ca 2+ 离子。因此，在样品表面形成了Ca-P膜层，进而一定程度低阻止了腐蚀性离子的入侵。并且，葡萄糖浓度越高，溶液的pH值更低。另一方面，在临床植入实验中，细菌感染是外科和外伤性伤口处理中的重要风险，特别是在开放性骨折固定和关节翻修手术中。无论其来源或位置如何，都会大大增加发病率和死亡率。前期植入手术的失败常常和几种特定的细菌有关。最常见的几种细菌主要有：链球菌、厌氧革兰氏阳性球菌和厌氧革兰氏阴性杆菌。因此，研究细菌导致的植入体的腐蚀/降解有着重大的意义。在每年的春夏之交，敞开体系的析氢腐蚀试验似乎总会有一位神秘的不速之客造访实验室，导致Hank’s溶液pH值出现反常现象。2012年一位研究生首次发现Mg-Ca合金在Hank’s溶液中出现弱酸化现象，pH降低到7以下，似乎与葡萄糖有关。2014年我们揭示了葡萄糖醛基酸化成羧基的机理，研究结果于2015年发表在Scientific Reports （doi: 10.1038/srep13026)。 2013年，另一位研究生观察到溶液出现更为严重的酸化问题，通过扫描电子显微镜观察到镁合金样品表面杆状细菌形貌，能谱分析含有N和S，这表明蛋白质和氨基酸等有机成分的存在。这些微生物或细菌究竟从哪里来？如何增殖？哪种细菌引起了溶液酸化？环境、地域因素有影响吗？同行有没有类似问题？这些有关微生物腐蚀的跨界问题一直未能搞清楚，让我们心神不宁，也感觉力所不及，也迫使我们寻找合作伙伴。 2015年6月16日我发邮寄给郑玉峰教授，询问他的课题组是否发现过类似现象。第二天他有三个学生回复。一位学生注意到偶尔也有pH值从7.4降低0.1-0.3的时候，但没有酸化。“我当初猜测的原因可能是模拟液中二氧化碳含量的变化导致的。关于染菌的情况，我们以前做都是在正常环境中做的，模拟液也没有灭菌处理，整个浸泡过程也都是处在有菌环境中做的。而且细菌在（pH）五点多的环境中应该也长不好。”另一位学生观察到挤压态镁合金在Hank’s溶液中，部分出现酸化，pH降到6.5。第三位学生指出，“浸泡过程中浸泡液里如果有絮状物，或者溶液颜色发黄了，存在细菌的可能性就很大，不过我们一般没有表征，有这样的情况就重做了”。这些反馈意见提示，揭开此神秘来客的面纱是很有必要和紧迫的。对于指导镁合金体外降解试验将具有重要的价值。或许我们真的不能忽视微生物的存在及其潜在影响。在2015年8月厦门大学第二届海峡两岸功能材料科技与产业峰会上，遇到台湾口腔生物科技暨医疗器材产业发展促进协会赖辰雄理事长，在会议间隙与他有过交流。后来出差到北京，顺道到北京大学，向郑玉峰教授介绍这项研究的进展。郑教授提出了很好的问题和建议。我也专门写信给中科院上海硅酸盐所的刘宣勇研究员，征求他对项工作的建议。在2015、2018年青岛的两次会议上，分别遇到两位擅长微生物腐蚀研究的年轻学者，中国科学院海洋研究所段继周研究员和东北大学徐大可教授，真正开始了这次合作研究之旅。特别是徐大可教授团队分离出菌落和产酸菌，特别给力。后来，偶然见到美国来访的顾教授，给我们的论文修改提出了有益的建议。借此机会，感谢上述教授们和同学们对我们工作的帮助！基于此，山东科技大学曾荣昌教授团队、东北大学徐大可教授团队和中国科学院海洋研究所段继周研究员团队联合对“葡萄糖对Mg-Li-Ca合金的体外细菌活动和降解行为”进行了系统的研究，通过16S rRNA基因检测技术和微生物分离培养技术，成功地分离和鉴定出了Hank’s溶液中的细菌群落；同时和不含葡萄糖的Hank’s溶液进行了对比，探讨了两种产酸菌对Mg-Li-Ca合金溶液pH值及降解速率的影响；并进一步考察了细菌生长周期及其对力学性能的影响和提出解决此问题的策略。本研究表明，将Mg-Li-Ca合金浸泡在Hank’s溶液中，溶液的pH值降低到5.0左右（图1a）。如此低的pH值与样品表面附着的细菌活动密切相关。浸泡24 h，样品表面已经可以看到杆状细菌的附着；当继续浸泡到48 h时，样品表面已经被一层致密的细菌包围形成膜层（图1c）。而不含葡萄糖的Hank’s溶液中，直到浸泡到168 h之后，才在样品表面检测到少量的N元素，这表明葡萄糖显著促进了细菌的活动。另一方面，由于葡萄糖促进的细菌活动还明显地加速了力学性能的劣化。图1 Mg-Li-Ca合金浸泡在Hank’s溶液中析氢速率图（a）和不同时间段的SEM形貌图：（b）24 h, (c) 48 h, (d) 96 h 和（e）168 h。通过16S rRNA方法和富集分离培养方法，我们分离得到了浸泡后可培养的细菌单菌落（图2）。在这其中，有两种产酸菌：微杆菌和香坊肠杆菌。并进一步探讨了这两种产酸菌分别会对Mg-Li-Ca合金降解行为产生的影响。研究表明：香坊肠杆菌的产酸效率比微杆菌高，在浸泡初期含香坊肠杆菌的溶液pH值低于含微杆菌的Hank′s溶液，其腐蚀速率也大于含微杆菌的Hank′s溶液。细菌的存在都加速了镁基体的腐蚀。最后，我们又针对这种酸化现象进行了解决办法的尝试。在溶液中加入硫酸庆大霉素以及定期更换溶液来减少微生物对腐蚀的影响。结果表明，在Hank′s溶液中，添加抗生素并定期更换溶液可以有效地避免微生物活动的影响，减少酸性物质的产生，进而降低了Mg-Li-Ca合金在Hank′s溶液中的腐蚀速率。本研究发现了在浸泡实验中微生物入侵导致溶液pH值呈现酸性的现象。作为体外测试腐蚀速率的基础性步骤，析氢测试这一反常的实验现象应引起我们科研工作者足够的注意。葡萄糖作为细菌活动的主要碳源，提供了细菌活动所需的能量。经过我们的研究表明，在浸泡大约48 h 后，细菌增殖达到顶峰，在样品表面产生较为致密的生物被膜。随着时间延长，镁腐蚀碱化，导致pH值回升，细菌出现凋亡。细菌活动显著地加速了Mg-Li-Ca合金在Hank′s溶液中的降解速率，并降低了其塑性。进一步通过16S rRNA基因测试方法，确定了分离出的两种产酸菌：微杆菌和香坊肠杆菌。其中微杆菌的增殖对降解速率的影响更大。最后，我们又尝试使用在溶液中加入硫酸庆大霉素以及定期更换溶液来减少微生物对腐蚀的影响。本研究加深了我们有关微生物入侵对于Mg-Li-Ca合金体外降解影响行为的认识，并扩宽了体外降解评价体系的知识。镁合金Hank's溶液中细菌的来源及抑制细菌活性的系统方法值得我们追踪和进行更为深入的研究。图2 Hank’s溶液中提取出的细菌相关性示意图该研究得到了国家自然科学基金(51571134)和山东科技大学校级科研创新团队经费(2014TDJH104)的支持。第一、二作者为山东科技大学硕士研究生李令玉和韩壮壮。原文信息： Ling-Yu Li, Zhuang-Zhuang Hana, Rong-Chang Zeng∗, Wei-Chen Qi, Xiao-Fan Zhai, Yi Yang, Yun-Tian Lou, Tingyue Gu, Dake Xu∗, Ji-Zhou Duan,∗ Microbial ingress and in vitro degradation enhanced by glucose on bioabsorbable Mg–Li–Ca alloy . Bioact Mater. 5(2020) 902-916. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.06.014.

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镁合金腐蚀研究进展系列

热度 1 rczeng 2018-9-5 22:30

镁合金腐蚀研究进展系列镁合金腐蚀研究进展(38)—庆大霉素负载聚合物多层膜诱导羟基磷灰石涂层耐蚀抗菌性能镁合金腐蚀研究进展(37)—硅烷水解度对水滑石硅烷复合涂层耐蚀性能的影响镁合金腐蚀研究进展(36)—DNA诱导生物相容性Ca-P涂层的性能研究镁合金腐蚀研究进展(35)—热处理对层层组装多层膜的影响镁合金腐蚀研究进展(34)—镁合金表面自愈合涂层进展镁合金腐蚀研究进展(33)—镁合金（MAO）表面氢氧化镁涂层－EDTA的影响镁合金腐蚀研究进展(32)-层层组装SiO2/CeO2纳米耐蚀自修复涂层镁合金腐蚀研究进展(31)-镁合金表面SnO2钙磷涂层耐蚀抗菌性能镁合金腐蚀研究进展(30)-葡萄糖水热法诱导钙磷涂层研究镁合金腐蚀研究进展(29)-镁合金MAO表面单宁酸诱导Ca-P涂层镁合金腐蚀研究进展(28)-医用镁合金：成分、组织及腐蚀镁合金腐蚀研究进展(27)-镁合金功能化高分子涂层研究进展镁合金腐蚀研究进展(26)-镁合金表面层层组装DNA涂层耐蚀性能镁合金腐蚀研究进展(25)-镁合金水滑石/硅烷/CeO2涂层耐蚀性研究镁合金腐蚀研究进展(24)-第二相Mg2Ca对Mg-Li-Ca合金MAO的影响镁合金腐蚀研究进展(23)-挤压镁锂钙合金的剥蚀镁合金腐蚀研究进展(22)-镁合金聚硅氧烷纳米银涂层耐蚀与抗菌性镁合金腐蚀研究进展(21)-Mg-4Li-1Ca表面MAO/壳聚糖自降解机理镁合金腐蚀研究进展(20)-Mg-1Li-1Ca表面MAO/SA超疏水涂层镁合金腐蚀研究进展(19)-镁合金表面旋涂层层组装涂层耐蚀性能镁合金腐蚀研究进展(18)-Mg-Li-Ca合金体外降解行为与生物相容性镁合金腐蚀研究进展(17)-葡萄糖和氨基酸对纯镁腐蚀的影响镁合金腐蚀研究进展(16)-镁合金TiO2/PMTMS复合涂层耐蚀性能镁合金腐蚀研究进展(15)-镁合金阳极氧化膜腐蚀机理镁合金腐蚀研究进展(14)-Tris-HCl和Tris对镁合金腐蚀的影响镁合金腐蚀研究进展(13)-Mg-Ca合金阳极氧化膜降解机制新见解镁合金腐蚀研究进展(12)-Mg-Li-Ca合金表面改性及生物相容性镁合金腐蚀研究进展(11)-镁合金可降解层层组装高分子涂层镁合金腐蚀研究进展(10)-镁合金表面镁铝水滑石转化膜进展镁合金腐蚀研究进展(9)-葡萄糖对镁体外腐蚀/降解行为的影响镁合金腐蚀研究进展(8)-医用Mg-Ca合金腐蚀研究进展镁合金腐蚀研究进展(7)-镁合金碳酸根镁铝水滑石涂层镁合金腐蚀研究进展(6)-镁合金表面自愈合钼酸根水滑石涂层镁合金腐蚀研究进展(5)-碳酸根对镁合金AZ31腐蚀行为的影响镁合金腐蚀研究进展(4)-Mg-Li-Ca合金腐蚀机理及动力学表征镁合金腐蚀研究进展(3)-晶粒度对腐蚀行为的反常影响镁合金腐蚀研究进展(2)-镁合金晶间腐蚀镁合金腐蚀研究进展(1)-镁合金点蚀

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关于举办“艾吉康”藻酸盐医用敷料学术研讨会的通知

JKelp 2016-6-28 15:19

关于举办 “艾吉康”藻酸盐医用敷料学术研讨会的通知各有关单位：海藻酸盐医用敷料是以“湿润愈合”理论为基础的新型功能性医用敷料，应用于创面护理具有很好的效果，尤其对慢性难愈合创面具有特殊的疗效。为交流海藻酸盐医用敷料的伤口护理经验，加强海藻酸盐医用敷料在不同创面应用领域的沟通，加速海藻酸盐医用敷料的国内推广，海藻活性物质国家重点实验室将举办““艾吉康”藻酸盐医用敷料学术研讨会”。我们热情期待在美丽的青岛西海岸与您相约，走进海洋经济国家级新区，共话海藻酸盐医用敷料健康产业！现将有关事宜通知如下：一、会议时间与地点时间： 2016 年 8 月 28 日（ 8 月 27 日全天报到； 8 月 29 日可根据意向安排参观青岛明月生物医用材料有限公司）地点：山东省青岛西海岸国家新区（青岛市黄岛区）二、会议组织机构主办单位：海藻活性物质国家重点实验室承办单位：青岛明月海藻集团有限公司协办单位：青岛明月生物医用材料有限公司三、会议专题专题一：海藻酸盐纤维与医用敷料的性能和应用邀请专家：海藻活性物质国家重点实验室主任、泰山学者蓝色产业领军人才、功能性医用材料专家秦益民教授（英籍华人）专题二：海藻酸盐医用敷料在压疮护理中的应用专题三：海藻酸盐医用敷料在糖尿病足溃疡护理中的应用专题四：海藻酸盐医用敷料在下肢溃疡创面护理中的应用专题五：海藻酸盐医用敷料在烧伤护理中的应用专题六：海藻酸盐医用敷料在肛瘘术后创面护理中的应用专题七：海藻酸盐医用敷料在鼻腔手术护理中的应用四、参会报名请于 2016 年 8 月 10 日 22:00 之前，将参会报名信息（详见附件 1 ） E-mail 发送至邮箱 dyl@bmscn.com 。会议费：科研教育单位 2000 元 / 人，学生持证 1000 元 / 人，企业 5000 元 / 人（含会议费、资料费、场地费、午晚餐、啤酒节活动、海藻生物科技馆参观费等），现场交费或转账（鼓励转账）。住宿统一安排，费用自理。优惠价： 2016 年 7 月 31 日 ( 含 ) 前报名交费享八折优惠。交费信息：账户名：青岛明月文化创意有限公司开户行：青岛银行胶南支行账号： 8025 7020 0595 324 会议报到时间： 2016 年 8 月 27 日上午 6:00- 晚上 24:00 （如有特殊情况，请及时与会议组织者联系）。注：会务组收到会议费之后即发送《报到通知》给您，其中将详细注明报到时间、具体地点、交通、食宿、日程等具体事项。五、会议投稿： 1 、本次研讨会将面向全国各地征集与主题相关的学术报告、论文、调研成果，将择优选用并安排会议发言。 2. 本次会议会前将印刷会刊（海藻酸盐医用敷料学术研讨会论文集）作为会议资料，请拟提交论文的人员，于 2016 年 7 月 31 日 22:00 之前，将论文题目和摘要（提交格式要求见附件 2 ），发送至邮箱 dyl@bmscn.com 。六、会务组联系方式联系人：邓云龙、姜进举手机： 18669829719 、 18669825169 固话： 0532-88166018 传真： 0532-88171011 邮箱： dyl@bmscn.com 七、附件：附件1：参会报名表附件2：会议论文或摘要格式要求附件3：行程信息表注：如果您的安排有变，请及时通知会务人员。附件 1 ：参会报名表 “ 艾吉康 ” 藻酸盐医用敷料学术研讨会参会报名表填表日期： 2016 年月日序号姓名单位职务国籍手机号邮箱 1 通讯地址 2 通讯地址 3 通讯地址 4 通讯地址 5 通讯地址住宿要求标准间（）大床房（）合住（）不用安排（）指定收款单位账户名：青岛明月文化创意有限公司开户行：青岛银行胶南支行账号： 8025 7020 0595 324 提示：转账付款之后，请尽快电话或邮件通知会务组。付款单位开票信息单位名称（发票抬头）：开户行及帐号：单位税号：单位电话：单位地址：会议投稿是否投稿论文或摘要：论文题目：投稿人及邮箱：是否参加会议发言：发言题目：发言人及邮箱：注：由于会议时间有限，发言名额将按照报名先后顺序安排，会前 1 周给您通知。附件2: 格式要求 “ 艾吉康”藻酸盐医用敷料学术研讨会会议论文或摘要格式要求 1 、论文征集要求如下： 1 、论文摘要或全文，论文文责自负； 2 、论文摘要限1000字，论文全文不超过5000字； 3 、格式要求。题目：三号宋体；作者和作者地址（包括E-mail地址）：五号楷体；正文：小四号宋体。行间距：1.5倍行距。采用Office 2000 以上软件排版。 2 、宣传材料： 1 、内容：课题组简介、公司简介。 2 、图文并茂，尽量精简，不超过1000字。附件3:行程信息表 “艾吉康”藻酸盐医用敷料学术研讨会行程信息表填表时间： 2016 年月日序号姓名单位航班 / 车次时间和站点手机号 1 来：到达：回：出发： 2 来：到达：回：出发： 3 来：到达：回：出发： 4 来：到达：回：出发： 5 来：到达：回：出发：注：最终解释权归会议组织方所有。

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