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目的:研究317L型含铜不锈钢(317L-Cu stainless steel,317L-Cu SS)对牙周致病菌——牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)的抑制作用并探讨其抗菌机理,以期开发一种兼具良好抗菌性和生物相容性的口腔材料,从而预防口腔治疗装置引起牙龈炎、牙周炎或种植体周围炎等牙周问题的发生,拓展不锈钢在口腔中的应用前景。 研究方法:1.研究金属试件在胰酪胨大豆肉汤(Trypticase soy broth,TSB)溶液中Cu离子的释放情况。将317L SS组和317L-Cu SS组金属试件浸没于1 ml TSB溶液中6,12,24,36,48 h,取浸提液以电感耦合等离子体质谱仪(Inductively-coupledplasma mass spectrometry,ICP-MS)检测液体中Cu离子释放量。2.研究金属试件对游离态P.gingivalis的抑制作用。(1)菌落计数法,将细菌悬液与金属试件共培养6,12,24,36,48 h,分别吸取各时间点细菌悬液稀释至103 CFU/ml,铺于TSB血琼脂平板上进行培养直至形成菌落,计数菌落数目以计算抗菌率。(2)绝对实时定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction,Real-time qPCR),将与金属试件共培养6,12,24,36,48 h的细菌悬液吸出,提取细菌悬液中的总DNA,用荧光定量试剂盒在7500 Real time PCR系统下进行DNA的定量检测。(3)透射电镜(Transmission electron microscope,TEM),将与金属试件共培养24 h的细菌悬液吸出,分别采用负染法和超薄切片法,在TEM下观察细菌形态。3.研究金属试件对其表面P.gingivalis生物膜的抑制作用。(1)扫描电镜(Scanning electronmicroscope,SEM),将与细菌悬液共培养6,12,24,36,48 h的金属试件以2.5%戊二醛进行固定,梯度乙醇溶液脱水后进行表面喷金,在SEM下观察金属试件表面细菌生物膜形态。(2) DAPI(4,6-diamidino-2-phenylindole)染色,将金属试件与细菌悬液共培养6,12,24,48 h,采用DAPI荧光染料进行染色,在荧光显微镜下观察金属试件表面细菌染色情况,反映金属试件对细菌繁殖情况的影响。(3)共聚焦激光扫描显微镜(Confocal laser scanning microscopic,CLSM),将与细菌悬液共培养24 h的金属试件,采用活死细菌荧光染色试剂盒进行染色,在CLSM下观察金属试件表面,根据染色结果不同表征细菌活性,用Image J软件分析金属试件表面细菌生物膜中活死细菌比例;借助NIS-Elements Viewer4.2版软件重建三维图像,分析金属试件表面细菌生物膜厚度。4.统计学分析,应用SPSS17.0软件对计量资料进行统计学分析,数据呈正态分布时,均数采用mean± SD表示,两组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用方差分析,各实验均重复三次,P<0.05具有统计学意义。 结果:1.通过ICP-MS检测在各时间点,317L-Cu SS组Cu离子浓度均高于317LSS组,24 h时317L-Cu SS组Cu离子浓度达到峰值,约为317L SS组的6倍。2.通过菌落计数法检测在共培养6,12,24,36和48 h后,317L-Cu SS组的抗菌率分别为32.70%,57.42%,82.43%,76.72%和100%,并且在各时间点317L-Cu SS组和317L SS组的组间比较均有统计学差异(p<0.05)。 Real-time qPCR的检测结果显示,随时间推移,各组细菌DNA量均增加,空白组细菌DNA浓度增加最多,317LSS组细菌DNA浓度增加次之,317L-Cu SS组细菌DNA浓度增加最少。在24 h、36h和48 h时,317L-Cu SS组细菌DNA浓度显著低于317L SS组(P<0.05)。通过透射电镜观察细菌形态,负染法结果显示317LSS组细菌悬液中细菌形态正常,而317L-Cu SS组细菌悬液中细菌变形,胞膜皱缩;超薄切片结果显示317L SS组细菌悬液中细菌形态正常,细胞壁和细胞膜结构完整,而317L-Cu SS组细菌悬液中细菌形态发生明显变化,细胞边缘模糊,细胞壁呈波浪状,胞周质和胞质均向外突出,菌毛脱落。3.扫描电镜的结果显示,在各时间点,317L-Cu SS组金属试件表面的细菌量明显少于317L SS组。DAPI染色的结果显示,在共培养12h时,317LSS组金属试件表面便形成细菌生物膜,而317L-Cu SS组金属试件表面仅见稀疏散落细菌。在各时间点,317L-Cu SS组金属试件表面细菌量均明显低于317L SS组。通过CLSM观察细菌活性发现,在共培养24 h时,317L SS组金属试件表面几乎未见红色死菌,仅见绿色活菌,而317L-Cu SS组金属试件表面红色死菌数量明显多于317L SS组,绿色活菌数量明显少于317L SS组。用NIS-Elements viewer软件重建金属试件表面细菌生物膜三维结构,317L SS组金属试件表面细菌生物膜厚度为36μm,而317L-Cu SS组的厚度仅为20μm。 结论:1.317L-Cu SS中Cu离子的释放量一直维持在较高水平,利于持续对P.gingivalis产生抑制作用。2.317L-Cu SS能显著减少游离态P.gingivalis数量。3.317L-Cu SS能明显降低黏附其表面的P.gingivalis数量,并抑制细菌生物膜形成。4.含铜量为4.5%的317L-Cu SS主要通过对P.gingivalis产生膜损伤效应导致细菌死亡。