骨作为人体中最大的组织器官,对人体的生命运转活动也承担着重要的职责。近年来对骨植入生物材料的需求越来越多,因为与骨相关疾病发生的几率也越来越大,比如骨质疏松、骨肿瘤、交通事故引起的骨折等等。因此很有必要构建一些涂层或支架来促进骨生成。然而感染和骨植入后骨再生不足这两个主要的原因可能会导致植入的失败。因此,迫切需要发展先进的方法来快速消除严重的感染和诱导骨组织再生。钛合金由于具有较好的生物相容性和优异的机械性能在骨植入材料领域中得到了广泛的应用。然而,钛合金表现出生物惰性和较差的骨整合能力,导致其在人体内很难通过单独的存在来刺激生物信号的传递去促进成骨,也难以与周围的自然骨进行界面化学融合作用。同时,一旦植入部位有感染,钛合金也不能有效的消除感染。基于以上问题,有必要在钛及钛合金表面构建一些既具有良好的生物活性,同时又能够快速高效杀菌的功能化涂层。水凝胶是一种环保的具有三维网络结构的一类良好生物相容性的亲水性聚合物,可以被用作为抗菌药物的载体和组织再生材料。一些纳米材料,如纳米氧化锌(ZnO)、黑磷(BP)纳米片等,以及还原氧化石墨烯(rGO),纳米银(Ag)和氯化银(AgCl)纳米颗粒具有良好的光响应性能,被广泛应用于太阳能转换、抗菌药物、光催化降解污染物。活性氧(ROS),包括单线态氧、羟基自由基、超氧化物自由基,通常通过光激发光催化材料产生,具有十分优异的抗菌性能。因此,本论文拟制备以水凝胶涂层为载体,负载BP、ZnO、Ag、AgCl和rGO等,使水凝胶涂层在具有良好生物活性的同时,在光照条件下能够高效快速原位杀菌。研究的基本内容具体包括如下工作:1、负载Ag/Ag@AgCl/ZnO纳米结构的水凝胶体系的构建及光动力抗菌性能和生物相容性研究利用紫外还原和NaOH将Ag/Ag@AgCl和ZnO纳米结构负载在羧甲基纤维素水凝胶体系中。由于Ag/Ag@AgCl增强了 ZnO的光催化性能,进而促进了活性氧的释放,因此这个水凝胶体系在光照下表现出快速有效的抗菌效率,其能够在20分钟内分别杀死95.95%的大肠杆菌和98.49%的金黄色葡萄球菌。此外,这个水凝胶体系能够持续缓慢的释放Zn2+和Ag+达21天,并且表现出pH响应性。活体实验中,这个水凝胶体系表现出优异的光动力杀菌效果,同时Zn2+和Ag+的释放刺激了活体的免疫系统来协调抗菌。此外这个体系对活体的主要器官没有明显的损伤。2、黑磷-壳聚糖水凝胶体系的制备及光动力抗菌性能和生物相容性研究采用简单的静电作用,将二维黑磷纳米片负载在壳聚糖水凝胶中。在光照下,这个水凝胶体系能够在10分钟内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率分别达到98.90%和99.51%,并且这个体系能够重复抗菌。在活体实验中,这个水凝胶体系表现出优异的光动力抗菌效率和良好的生物相容性,而且能够有效的调控细胞行为。此外,这个水凝胶体系对活性的主要器官也没有损伤。3、钛表面负载PDA和rGO修饰的Ag@AgCl的水凝胶涂层的制备及光动力光热协同抗菌研究利用聚多巴胺(PDA)的还原性和优异的光热性,在钛合金表面成功制备了兼具光热和光动力的rGO修饰的Ag@AgCl的聚乙烯醇水凝胶涂层。在光照10分钟下,这个涂层能够缓慢升温至60.2 ℃,并且由于rGO增强了 Ag@AgCl的与抗菌效果有关的光催化性,使这个涂层能够在光热和光动力的双重作用下快速有效的杀菌。在光照十分钟下,这个涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率均达到了 99%以上。此外,这个涂层具有良好的生物活性。