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摘要背景与目的:<br>　　生物医学植入物给现代医学带来了革命性变化，但同时也增加了感染风险。植入物相关感染（implantassociatedinfection,IAI）是所有临床感染中最常见的并发症之一，常会导致愈合延迟、植入失败、重复手术甚至致命性全身感染。目前临床上针对IAI主要进行手术物理清创和依赖抗生素进行治疗，抗生素的使用带来的耐药性问题以及繁琐的临床操作给患者带来沉重的负担也对现代医疗保健带来巨大挑战。<br>　　近年来，越来越多的研究表明通过对植入物材料表面进行工程化设计是预防或治疗细菌感染的有效策略，例如负载抗菌活性物质、接枝阳离子聚合物和修饰光动力功能材料。然而现有的表面改性手段大多存在疗效不持久、生物相容性差及组织穿透能力弱等问题。声动力治疗（sonodynamictherapy,SDT）使用具有良好组织穿透能力、可控性的超声波结合纳米声敏剂，已成为感染疾病的潜在治疗手段。此外，具有较高的比表面积及多功能理化性质的纳米压电催化剂促进了SDT的发展。压电纳米材料可以在超声作用下产生电信号和引发氧化还原催化反应，然而目前的大多数纳米压电催化剂的催化效率并不令人满意。<br>　　为了解决这些问题，本论文提出了一种利用压电诱导电子在多晶BaTiO3（BTO）纳米颗粒上原位还原贵金属的“压电沉积”策略，构建了钛酸钡/贵金属（BTO@M,M=Pt、Pd和Au）纳米异质结构，其通过有效地分离压电电荷和促进活性氧物种（reactiveoxygenspecies,ROS）的催化生成，显著提高了压电催化性能。为了获得具有压电化表面的聚合物植入物，我们采用简单的浇注法和压电沉积法将高性能纳米异质结构BTO@Au构筑在聚合物聚己内酯（polycaprolactone,PCL)表面，最终形成了具有压电催化活性表面的植入物piezoPCL,在超声作用下可以实现高效的SDT治疗细菌感染。<br>　　本论文旨在研究BTO@M纳米异质结构优化与压电催化产生ROS机制;聚合物表面构筑BTO@Au纳米异质结构，研究其理化性质及表面限域压电催化抗菌机制;超声驱动piezoPCL表面压电催化对抗细菌感染和再感染研究，并评估piezoPCL的生物安全性;表面压电催化对抗细菌感染拓展应用研究，通过人离体牙根管感染模型探讨压电化表面限域催化用于口腔根管感染清除应用的可行性。<br>　　材料与方法:<br>　　（1）BTO@M纳米异质结构及性质表征。通过高分辨透射电镜、能谱仪、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱仪对BTO@M进行物质鉴定和结构表征。使用压电响应力显微镜、电化学工作站对其压电性质进行表征。并通过氧还原反应及析氢反应检测BTO@M的压电催化能力。<br>　　（2）piezoPCL的制备表征及其表面限域压电催化杀菌机制。通过扫描电镜、透射电镜、压电力显微镜对piezoPCL进行结构及压电性质表征。利用ROS探针对piezoPCL的压电催化性能进行了检测，并对其主要的ROS物种进行了鉴定。以金黄色葡萄球菌为代表，通过平板计数、抗菌率测定、扫描电镜、活死染色及转录组测序对piezoPCL表面限域压电催化杀菌性能及机制进行了探讨。<br>　　（3）超声驱动植入物表面压电催化对抗细菌感染研究。建立了大鼠皮下金葡菌感染及再感染模型，通过平板计数、抗菌率测定、炎性因子检测、H&E染色及革兰氏染色，评估了piezoPCL对抗体内细菌感染的能力。<br>　　（4）压电化表面限域催化用于口腔根管感染清除的拓展应用展示。采用与piezoPCL类似的方法，对牙胶尖进行改性，形成具有压电化表面的牙胶尖（piezoGP）。采用扫描电镜及能谱仪对piezoGP表面形貌进行表征。采集患者离体牙，建立离体牙根管感染模型，探究piezoGP在超声下对感染根管的治疗作用。<br>　　结果:<br>　　（1）压电沉积法构建了BTO@M（M=Pt,Pd,Au）纳米异质结构，显著提高了压电催化性能。超声下，BTO@M表现出了不同的氧化还原能力，其中BTO@Au具有最优的催化产生ROS能力。<br>　　（2）在聚合物表面构筑了纳米异质结构，成功制备了压电化表面piezoPCL,即表面具有BTO@Au纳米结构的PCL植入物。piezoPCL具有良好的压电催化性能。超声刺激下，piezoPCL通过局部氧化应激以及电子传输，抑制了金黄色葡萄球菌的生存。<br>　　（3）piezoPCL不仅具有压电抗感染和抗再感染的能力，还具有良好的生物安全性。<br>　　（4）成功制备了压电化牙胶尖，即piezoGP。超声作用下，piezoGP通过表面限域压电催化对E.faecalis所致的根管感染具有有效的治疗效果。<br>　　结论:<br>　　本文成功通过简单的压电沉积法构建了BTO@M纳米异质结构，能够有效地分离、迁移和利用金属-压电界面上的压电电荷，从而显著提高压电催化性能。然后利用具有高性能压电催化的BTO@M纳米异质结构对生物医学植入物表面进行改性，成功构建了一种压电化表面piezoPCL,piezoPCL能够在超声刺激下压电催化表面限域杀菌，从而实现对植入物相关感染的预防及治疗。最后，本文实现了压电化表面在口腔根管感染领域的应用，成功对牙胶尖表面进行了压电化表面改性，改性后的牙胶尖能通过表面限域压电催化治疗感染根管。该研究使得基于金属/压电纳米结构的压电催化表面成为潜在的植入物改性策略，以非侵入、不依赖抗生素和生物相容的方式对抗细菌感染。