近年来,纳米材料在泌尿系结石的治疗中显示出巨大的潜力和应用前景.本文旨在总结纳米材料在泌尿系结石治疗中的应用,阐述目前挑战及未来方向.在基础研究方面,多功能纳米材料在草酸钙结石的防治中有了显著突破.纳米酶的发展为草酸钙结石肾损伤提供了一种新的清除氧自由基、抗氧化应激的方法;纳米药物递送系统则提高了抗炎、抗氧化药物的靶向性和有效性;光热治疗利用纳米材料的光热转化性能破坏结石表面相关的生物膜并消灭细菌,显著降低了术后感染风险.在临床前研究中,纳米材料的应用涵盖了碎石、取石及纳米涂层的双J管,尤其在防止生物膜形成和双结壳方面表现优异性能.然而,纳米材料的靶向性、安全性、长期效果以及成本问题仍然是当前研究和临床转化的主要挑战.未来的研究需进一步优化纳米材料的特性和应用策略,为泌尿系结石的临床治疗提供更为安全有效的解决方案.

目的:对天然猪小肠黏膜下层(SIS)膜进行表面修饰以提升其生物学活性。方法:采用溶胶-凝胶法对天然SIS膜进行了纳米羟基磷灰石(nHA)表面涂层以获得新型SIS/nHA膜，将0.5 mol/L四水硝酸钙[Ca(NO 3) 2·4H 2O]溶于无菌去离子水并搅拌均匀，随后将0.5 g SIS膜基材浸没其中持续搅拌20 min，加入0.3 mol/L磷酸氢二铵[(NH 4) 2·HPO 4]溶液，并滴加氢氧化铵(NH 4OH)调节溶液pH至10，37 ℃下磁力持续搅拌直至溶胶形成，待反应完全后，取出SIS基材，用磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤3次，室温干燥。重复上述溶胶-凝胶过程3次，获得SIS/nHA膜。然后利用能谱-扫描电镜对材料表面理化性质进行表征，再将小鼠前成骨细胞以5×10 4细胞/膜的密度接种于各组材料，通过死活染色和噻唑蓝(MTT)试剂盒检测细胞在1、3、7 d增殖活性，同时将人脐静脉内皮细胞悬液(100 μl，1×10 5/ml)接种于铺有Matrigel胶的96孔板，比较SIS/nHA和SIS诱导成管能力。组间比较采用独立样本 t检验。 结果:溶胶-凝胶法成功将nHA沉积于SIS膜表面，与单纯的天然SIS膜比较，修饰后的SIS/nHA具有更理想的纳米磷灰石表面拓扑形貌；而且，体外实验证实培养1 d时，SIS和SIS/nHA的成骨增殖活性差异无统计学意义(0.215±0.027比0.230±0.035， t＝0.588， P>0.05)；而持续培养3 d(0.382±0.041比0.261±0.031， t＝4.077， P<0.05)和7 d(0.543±0.055比0.392±0.040， t＝3.846， P<0.05)后，SIS/nHA的成骨增殖活性显著高于SIS，差异均有统计学意义。体外成骨结果表明，SIS/nHA诱导4 h形成的成管节点数显著高于SIS组[(46.5±6.4)个比(31.3±5.1)个， t＝3.217， P<0.05]，同时SIS/nHA诱导形成的管腔长度也显著高于SIS组[(5 170.6±620.5) μm比(3 482.2±480.1) μm， t＝3.727， P<0.05]，差异均有统计学意义。 结论:nHA涂层修饰有效提升了SIS膜的表面生物活性，可在一定程度上为SIS的表面改性提供实验依据。

目的:探讨珊瑚状钛酸钡纳米压电涂层的生物相容性，及其于超声激发下产生的压电效应对大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）早期成骨分化的影响，为口腔种植体表面优化提供实验依据。方法:通过阳极氧化、水热反应及高温退火在钛表面制备钛酸钡纳米压电涂层（涂层组），以抛光钛试件为对照组。采用扫描电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和水接触角测量仪分别检测两组钛试件表面形貌、成分、晶相和亲水性；通过压电力显微镜测试涂层组压电性能。培养并鉴定大鼠BMSC并将其接种于两组钛试件表面，以接种于空白培养板的细胞为空白组；施加低强度脉冲超声干预后，检测细胞增殖和死活情况，评价涂层的细胞相容性；使用碱性磷酸酶（ALP）显色试剂盒检测各组碱性磷酸酶活性，并通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测成骨相关基因［整合素、骨形态发生蛋白2（BMP-2）、Runt相关转录因子2（RUNX2）］的表达情况，评价涂层促BMSC早期成骨分化的作用。结果:涂层组钛表面呈现均匀的珊瑚状形貌，珊瑚触手直径为70~100 nm；主要成分为四方相钛酸钡；涂层组表面亲水性（水接触角10.12°±0.93°）显著优于对照组（水接触角78.32°±0.71°）（ F=10 165.91， P<0.001）；涂层具有稳定的压电性能，压电常数约为5 pC/N。细胞实验显示，培养第3天，无论超声与否，涂层组细胞增殖活性显著小于空白组和对照组（ P<0.05）；培养第5天，无论超声与否，3组细胞增殖活性差异均无统计学意义（ P>0.05）；培养第7天，涂层组ALP活性显著大于空白组和对照组（ P<0.05）；RT-qPCR显示，超声后涂层组整合素和BMP-2 mRNA表达量显著大于其他组，且显著大于未超声涂层组（ P<0.05）；超声后对照组整合素mRNA表达量显著大于未超声对照组（ P<0.05）；超声后涂层组RUNX2 mRNA表达量显著大于未超声涂层组（ P<0.05）。 结论:珊瑚状钛酸钡纳米压电涂层具有良好的生物相容性和稳定的压电性能，低强度脉冲超声激发可促进大鼠BMSC早期成骨分化。

目的:分析构建的负载局部缓释给药的唑来膦酸(ZOL)-明胶纳米微球(GNPs)聚多巴胺(PDA)涂层多孔钛合金支架对破骨细胞的生物学影响。方法:基于电子束熔融技术构建多孔钛合金支架，利用去溶剂化法制备不同ZOL浓度（0、1、10、50、100、500 μmol/L）的ZOL-GNPs，两者复合构建负载ZOL-GNPs的PDA涂层多孔钛合金支架并进行表征分析，并对3种不同状况支架（裸多孔钛合金支架、PDA涂层多孔钛合金支架、负载ZOL-GNPs的PDA涂层多孔钛合金支架）进行生物力学检测，分别在第1、4、7、14、21、28天利用高效液相色谱仪进行药物释放检测。将破骨细胞与上述不同ZOL浓度的新型支架相复合，利用实时定量（RT）-聚合酶链式反应（PCR）检测破骨细胞相关基因表达；利用Western-blot技术检测破骨细胞相关蛋白表达。结果:成功构建了负载ZOL-GNPs的PDA涂层多孔钛合金支架，电镜扫描显示GNPs成球性好，表面光滑，分散均一，粒径为（243.6±63.4）nm，ZOL-GNPs均匀复合于支架的表面及孔隙内，球形规整无粘连。生物力学实验结果显示3种不同状况下多孔钛合金支架的弹性模量分别为（1.81±0.12）、（1.80±0.23）、（1.81±0.15）GPa，差异无统计学意义( P> 0.05)；多孔钛合金支架在第1天的释药百分比明显较高，在随后的27 d中，药物释放逐渐缓慢增加。低浓度ZOL支架组中，细胞黏附增殖较多；50 μmol/L组中则出现球状细胞；随后随着浓度的升高，球状细胞增多，甚至发生凋亡。RT-PCR结果显示Ctsk基因和TRAP基因在随着ZOL浓度升高而升高，其中在50 μmol/L时表达最高，然后随浓度升高而降低，差异均有统计学意义( P<0.05)。Western-blot结果显示Ctsk与TRAP的表达水平与其相关基因表达水平趋势相似。 结论:构建的一种负载ZOL-GNPs的PDA涂层多孔钛合金支架不但具有良好的机械性能，还具有局部药物缓释抗OP作用；当ZOL浓度为50 μmol/L时，更有利于抑制破骨细胞生成。

目的:探讨钛表面构筑的有序微纳米分级结构复合羟基磷灰石涂层对骨髓间充质干细胞（BMMSC）黏附、增殖及成骨分化的影响，以期构筑出具有良好成骨活性的钛试样。方法:在纯钛试样（对照组）表面制备有序微纳米分级结构（MN组），通过交替循环浸泡法在MN组钛试样表面进一步沉积羟基磷灰石（HA组），扫描电镜观察3组钛试样的表面形貌。将BMMSC接种至3组钛试样表面，4′，6-二脒基-2-苯基吲哚染色法检测0.5、1.0、2.0 h后细胞黏附情况，扫描电镜观察2 d后细胞黏附形态，细胞计数试剂盒法检测1、3、7 d时细胞增殖情况，茜素红染色法和实时荧光定量PCR分别检测14 d后细胞外基质矿化和成骨相关基因表达情况，每组每项实验各3个试样。结果:HA组钛试样保留了MN组钛试样原有的20 μm孔径的微米凹坑阵列，且原有的70 nm管径的二氧化钛纳米管上出现均匀的花瓣样羟基磷灰石沉积。与对照组相比，MN组和HA组BMMSC顺着微米结构充分铺展和交汇，并伸出较多伪足和伪板，HA组试样表面这种趋势表现得更明显。HA组各时间点早期细胞黏附数量均显著大于对照组和MN组（ P<0.05）。1 d时HA组细胞增殖 A值显著大于对照组和MN组（ P<0.05）；3 d时HA组细胞增殖 A值显著小于纯钛组和MN组（ P<0.05）；7 d时HA组细胞增殖 A值显著小于MN组（ P<0.05），但与对照组差异无统计学意义（ P>0.05）。HA组细胞外基质矿化检测 A值（0.607±0.011）显著大于对照组和MN组（分别为0.268±0.025和0.522±0.022）（ t=-0.25， P<0.001； t=-0.34， P<0.001）。HA组成骨相关基因表达水平均显著高于对照组和MN组（ P<0.05）。 结论:钛表面构筑的有序微纳米分级结构复合羟基磷灰石涂层可促进BMMSC的细胞黏附和成骨分化，并支持BMMSC细胞增殖，具有良好的成骨活性。

目的:通过动物实验探讨载锶纳米管化纯钛种植体的体内成骨性能。方法:使用阳极氧化和水热处理的方式在纯钛种植体表面构建载锶纳米管涂层（载锶纳米管组），并制备单纯纳米管化种植体（纳米管组）、未处理的光滑纯钛种植体（对照组）。用电感耦合等离子体质谱检测载锶纳米管组种植体第1~28天锶元素释放量。使用扫描电镜观察各组种植体表面形貌，用原子力显微镜检测各组种植体表面粗糙度，并用纳米压痕仪检测各组种植体硬度（每种检测每组3枚种植体）。将3组种植体植入兔股骨骨骺端并于术后4、12周取材（每组每个时间点4枚种植体），通过显微CT、免疫荧光、组织学切片进行组织学评价。结果:载锶纳米管组种植体锶元素第28天的释放量为（2.6±1.5）ng/ml。载锶纳米管组种植体表面形成管状阵列样形貌（纳米管管径约70 nm）。对照组、纳米管组、载锶纳米管组种植体表面粗糙度（Ra值）分别为（34.8±5.3）、（66.2±4.3）、（85.7±10.6）nm（ F=37.59， P<0.001），纳米管组和载锶纳米管组表面粗糙度均显著大于对照组（ P<0.05）。术后4和12周载锶纳米管组骨体积/总体积［分别为（37.7±1.9）%和（51.9±2.1）%］比对照组相同时间点［（24.7±1.1）%和（40.7±0.9）%］均显著增加（ P<0.05）；纳米管组和载锶纳米管组种植术后第7天茜素红标记的新生骨组织占总标记骨组织百分比［分别为（35.4±3.7）%和（40.9±0.9）%］均显著大于对照组［（19.2±2.9）%］（ P<0.05），即载锶纳米管化提升了种植体周围早期再生骨组织占总再生骨组织的百分比。 结论:载锶纳米管化可提升种植体周围组织的新骨形成能力。

目的:观察纯钛植入体经喷砂酸蚀(SLA)联合等离子喷涂钽涂层处理后在大鼠体内的骨结合及新骨形成情况.方法:纯钛样品抛光清洗后,经喷砂、酸蚀处理,以等离子喷涂技术制备钽涂层.以喷砂酸蚀钛(SLA组)为对照组,钽涂层钛(SLA-Ta组)为实验组.利用扫描电镜、能谱分析仪、接触角测量仪和划痕测试仪对两组材料表面进行表征分析.将两组植入体随机植入大鼠的双侧股骨髁部,术后对大鼠进行双荧光标记.18只大鼠随机分别于术后4、12周处理死(n=9),通过Micro-CT扫描、荧光显微镜观察和组织学染色相结合评价植入体周围新骨形成和骨结合状况.结果:等离子喷涂成功在SLA钛表面制备了微纳米多级结构的钽涂层.体内实验显示,术后4、12周,SLA-Ta组植入体周围新生骨量、骨结合率均明显高于SLA组.结论:SLA联合等离子喷涂钽形成的微纳米多级结构可促进新骨形成,加速其沉积矿化,进而提高植入体的骨结合能力.

菌斑生物膜中细菌过度增殖并产生毒力因子,可使种植体周围软硬组织发生炎症病变,导致种植体周围炎.种植体周围炎控制不佳,严重时可导致种植体骨结合失败,种植体松动、脱落.目前针对种植体周围炎主要采取手术和非手术治疗(如机械性清洁和化学药物应用)的方式,但仍存在疗效不可预期且复发率较高的问题.因此,深入理解种植体周围炎与菌斑生物膜的关系,对于预防和治疗种植体周围炎至关重要.本文从种植体表面菌斑生物膜成分、形成过程、种植体材料特性对菌斑生物膜的影响等方面对相关文献进行回顾.文献回顾结果显示,种植体表面菌斑生物膜由细胞外基质和嵌入其中的以革兰氏阴性厌氧菌为主的微生物组成,形成过程包括获得性膜的形成、微生物的黏附以及生物膜分离扩散;种植体主要通过表面粗糙度、表面自由能(surface free energy,SFE)和材料性质影响菌斑生物膜的形成.目前防止和清除种植体表面生物膜的策略主要包括种植体表面涂层技术、机械性清洁、化学药物应用、激光疗法和光动力疗法,治疗效果仍存在不确定性.未来的研究方向将以种植体表面菌斑生物膜的特点为基础,结合纳米技术、免疫治疗和基因治疗等前沿手段,持久抑制种植体表面的菌斑生物膜形成,以预防和治疗种植体周围炎.

为探究养殖网箱表面涂层对海洋污损的防污性能,研究在Glass基底上以聚二甲基硅氧烷(Poly-dimethylsiloxane,PDMS)为成膜剂,填充不同浓度(3.5wt％、7.5wt％、11.25wt％、15wt％)的ZnO纳米粒子,采用流延法制备ZnO/PDMS涂层后,将基底投放于浙江嵊泗枸杞岛自然海域(30.72 °N,122.76 °E),测试该涂层表面所成生物被膜情况,及其对厚壳贻贝稚贝附着的影响.结果显示:生物被膜的生物量随基底投放时间的增加而增加.在28d时,填充ZnO纳米粒子各实验组生物被膜的细菌密度、硅藻密度及其对厚壳贻贝稚贝附着的诱导能力显著低于未添加组.与Glass相比,15 wt％ZnO/PDMS上28d生物被膜细菌密度下降了43.25％、硅藻密度下降了91.59％;厚壳贻贝稚贝附着率同比Glass组及PDMS组分别下降了75.41％和62.50％.利用MiSeq测序技术评估15wt％ZnO/PDMS上28d生物被膜群落结构发现,与Glass相比,ZnO/PDMS通过降低嗜冷杆菌属(Psychrobacter)相对丰度,提高罗氏菌属及维诺格拉德斯基氏菌属(Winogradskyella)相对丰度,改变了细菌群落的组成.因此,ZnO/PDMS通过降低生物被膜的生物量及改变细菌群落结构丰度来影响自然生物被膜的形成,并抑制了厚壳贻贝稚贝的附着.

微针(microneedles,MNs)由具有纳米级别针头的微型阵列组成,能够将疫苗输送至皮下,在诱导细胞产生强烈免疫应答的同时不损害神经和血管,避免产生疼痛,是有潜力的经皮免疫技术.MNs由针尖与基底组成,种类包括固体微针(solid microneedles,SMNs)、涂层微针(coated microneedles,CMNs)、可溶性微针(dissolving microneedles,DMNs)等.其中,DMNs由可生物降解的聚合物在模具中干燥制成,整根针均可负载药物.将DMNs施用于皮肤,针头能够完全溶解于体内释放封装的抗原,且无利器残留,具有广阔的发展前景.现就能够介导疫苗递送的可溶性微针的结构、制作材料与方法等作一概述.