具有生物特性的金属材料的制作方法

具有生物特性的金属材料
相关申请
1.本技术是申请号为201980058550.x的中国专利申请的分案申请。本技术要求2019年3月22日提交的美国临时申请系列号62/822,134和2018年9月28日提交的日本专利申请号2018-183688的优先权，其各自的公开内容通过引用整体并入本文。领域
2.本公开的各方面涉及具有生物特性的金属材料和金属装置。背景
3.据报道，美国每年出现约400,000个与血管导管相关的菌血症和真菌血症。这样的感染可能是威胁生命的，并且通常难以治疗。减少或防止定殖的杀菌作用通常是通过用抗生素涂覆装置。
4.或者，希望可植入装置增加或减少真核细胞的粘附和/或生长。


技术实现要素：

5.本公开的各方面涉及具有提供能促进抗菌作用、改善真核细胞生长或其组合的表面能的晶粒尺寸的金属材料和装置。
6.本公开的各方面涉及包含平均晶粒尺寸为40nm至30μm的晶粒的金属材料，所述金属材料被配置为(i)抑制微生物的粘附，生长或其组合，(ii)促进预先确定的真核细胞的粘附，生长或其组合，或(iii)抑制预先确定的真核细胞的粘附，生长或其组合。
7.在一些实施方案中，金属材料使微生物在金属材料上的吸附或生长抑制至少50％。在一些实施方案中，微生物是革兰氏阳性细菌。在一些实施方案中，微生物是革兰氏阴性细菌。在一些实施方案中，微生物是金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(staphylococcus epidermidis)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant staphylococcus aureus)(mrsa)、大肠杆菌、铜绿假单胞菌(pseudomonas aeruginosa)中的一种。
8.在一些实施方案中，金属材料降低炎性细胞的吸附或生长，降低细菌的吸附或生长，增加成骨细胞的吸附或生长，增加内皮细胞的吸附或生长或以上的组合。
9.在一些实施方案中，金属材料具有用于基本上抑制微生物的吸附或生长的平均晶粒尺寸，其由响应图谱确定，所述响应图谱是通过在具有不同平均晶粒尺寸的晶粒的金属材料上培养微生物并相对于平均晶粒尺寸绘制培养后的微生物的数目而获得的结果。
10.在一些实施方案中，晶粒具有200nm或更大至10μm或更小的平均晶粒尺寸。在一些实施方案中，晶粒具有600nm或更大至10μm或更小的平均晶粒尺寸。
11.在一些实施方案中，晶粒具有1μm或更大至10μm或更小的平均晶粒尺寸。在一些实施方案中，晶粒具有4μm或更大至10μm或更小的平均晶粒尺寸。
12.在一些实施方案中，被抛光的材料具有0.1nm到100μm的纳米级的表面粗糙度。
13.在一些实施方案中，金属材料可以是不锈钢。在一些实施方案中，金属材料可以是316型不锈钢。
14.在一些实施方案中，金属材料是丝或杆。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸为200nm或更大至10μm或更小。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸为600nm至10μm。
15.本公开的一些方面涉及由本文所述的金属材料制成的医疗装置。
16.本公开的一些方面涉及由本文所述的材料金属制成的箔。
17.本公开的一些方面涉及由本文所述的金属材料制成的器械。
18.本公开的一些方面涉及包含平均晶粒尺寸为200nm至10μm的晶粒的金属线，其中所述金属线具有抗菌性。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸为600nm至10μm。
19.本公开的一些方面涉及包含平均晶粒尺寸为200nm至10μm的晶粒的金属医疗装置，其中所述医疗装置具有抗菌性。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸为600nm至10μm。
20.在一些实施方案中，金属医疗装置使微生物在金属医疗装置上的吸附或生长抑制至少50％。附图的简要说明
21.图1a是根据一些实施方案，通过将革兰氏阳性细菌(金黄色葡萄球菌，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，表皮葡萄球菌)的响应量(cfu/ml)相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
22.图1b是根据一些实施方案，通过将革兰氏阴性细菌(大肠杆菌，铜绿假单胞菌)的响应量(cfu/ml)相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
23.图2a是根据一些实施方案，通过将革兰氏阳性细菌mrsa的响应量(cfu/ml)相对于抛光或未抛光的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
24.图2b是根据一些实施方案，通过将革兰氏阴性细菌铜绿假单胞菌的响应量(cfu/ml)相对于晶粒的平均抛光或未抛光晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
25.图3a是根据一些实施方案，通过将成骨细胞的活力相对于晶粒的平均未抛光晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
26.图3b是根据一些实施方案，通过将成骨细胞的活力相对于晶粒的平均抛光晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
27.图4a是根据一些实施方案，通过将金黄色葡萄球菌细菌的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
28.图4b是根据一些实施方案，通过将耐甲氧西林金黄色葡萄球菌细菌(mrsa)的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
29.图4c是根据一些实施方案，通过将大肠杆菌细菌的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
30.图4d是根据一些实施方案，通过将铜绿假单胞菌细菌的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
31.图5a是根据一些实施方案，通过将金黄色葡萄球菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于316型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
32.图5b是根据一些实施方案，通过将耐甲氧西林金黄色葡萄球菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于316型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺
寸作图而获得的响应图谱的实例。
33.图5c是根据一些实施方案，通过将大肠杆菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于316型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
34.图5d是根据一些实施方案，通过将铜绿假单胞菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于316型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
35.图6a是根据一些实施方案，通过将金黄色葡萄球菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于304型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
36.图6b是根据一些实施方案，通过将耐甲氧西林金黄色葡萄球菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于304型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
37.图6c是根据一些实施方案，通过将大肠杆菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于304型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
38.图6d是根据一些实施方案，通过将铜绿假单胞菌细菌的相对于表面积归一化的响应量(cfu/ml)和表面自由能(mn/m)相对于304型不锈钢的晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
39.图7a-7c显示了根据一些实施方案，当在具有不同晶粒尺寸的304型不锈钢金属样品上生长时，人皮肤成纤维细胞的活力百分比。
40.图8a-8c显示了根据一些实施方案，当在具有不同晶粒尺寸的316型不锈钢金属样品上生长时，人皮肤成纤维细胞的活力百分比。
41.图9a是根据一些实施方案，通过将人皮肤成纤维细胞的相对于表面积归一化的响应量(细胞数)相对于304型不锈钢晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
42.图9b是根据一些实施方案，通过将人皮肤成纤维细胞的相对于表面积归一化的响应量(细胞数)相对于316型不锈钢晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
43.图10是根据一些实施方案的抛光方法的示意图。
44.图11是显示根据一些实施方案，在细胞生长测定中在钛合金上的人胎儿成骨细胞的活力百分比的图。详细描述
45.与具有粗晶粒的金属材料相比，具有精细晶粒的金属材料在诸如强度，韧性和耐腐蚀性的特性方面是优越的。因此，金属材料广泛用于各种工业应用，例如钢板和医疗装置。
46.本公开的一些方面涉及经处理以形成平均晶粒尺寸范围为以下的重结晶金属材料的金属：0.01至20μm、0.04至20μm、0.05至30μm、0.1μm至30μm、0.5μm至30μm、1μm至30μm、2μm至30μm、3μm至30μm、4μm至30μm、5μm至30μm、6μm至30μm、7μm至30μm、8μm至30μm、9μm至30μm、10μm至30μm、15μm至30μm、20μm至30μm、15μm至30μm、16μm至30μm、17μm至30μm、18μm至30μm、19μm至30μm、0.1μm至20μm、0.5μm至20μm、1μm至20μm、2μm至20μm、3μm至20μm、4μm至20μm、
krusei)、近平滑念珠菌(candida parapsilosis)、念珠菌属、假热带念珠菌(candida pseudotropicalis)、光滑念珠菌(candida glabrata)、葡萄牙念珠菌(candida lusitaniae)和热带念珠菌(candida tropicalis)。
54.在一些实施方案中，细菌是革兰氏阳性细菌，包括但不限于金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(mrsa)等。在一些实施方案中，细菌是革兰氏阴性细菌，包括但不限于铜绿假单胞菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌(klebsiella pneumoniae)、嗜肺军团菌(legionella pneumophila)、奇异变形杆菌(proteus mirabilis)、阴沟肠杆菌(enterobacter cloacae)、粘质沙雷氏菌(serratia marcescens)、幽门螺杆菌(helicobacter pylori)、肠炎沙门氏菌(salmonella enteritidis)和伤寒沙门氏菌(salmonella typhi)。
55.本发明的方面提供了一种金属材料和为金属材料提供有效广谱抗感染保护(包括但不限于针对耐药性葡萄球菌，mdr革兰氏阴性细菌(例如mdr铜绿假单胞菌)的保护)的方法。
56.本发明的方面提供了具有改进的抗菌性的金属材料。在一些实施方案中，金属材料可用于医疗装置中。在一些实施方案中，金属材料可用于手术器械、血管支架、内窥镜器械、导管部件、导丝、克氏针(k-wire)、销、螺钉等或可植入医疗装置。在一些实施方案中，金属材料可用于手术器械中。在一些实施方案中，金属材料可用于生物传感器中。在一些实施方案中，金属材料可用于厨房用具中。在一些实施方案中，金属材料可用于实验工具中。在一些实施方案中，金属材料可用于克氏针中。
57.医疗装置的非限制性实例包括血管导管，例如可外周插入的中央静脉导管、透析导管、长期隧道式中央静脉导管、外周静脉导管、单腔和多腔短期中央静脉导管、动脉导管、肺动脉swan-ganz导管等、导尿管、其它长期泌尿装置、组织粘合泌尿装置、肾支架、阴茎假体、血管移植物、血管进入口、伤口引流管、脑积水分流器、脑室引流导管、神经和硬膜外导管、神经刺激器、腹膜透析导管、起搏器胶囊、人造尿道括约肌、小关节或临时关节置换物、扩张器、心脏瓣膜、矫形假体、脊柱硬件、手术部位修复网(例如疝网)、气管内导管、胆道支架、胃肠管、结直肠道植入物、男性和女性生殖植入物、美容或重建植入物、听诊器鼓、矫形植入物(例如关节(膝、髋、肘、肩、踝)、假体、外部固定销、髓内杆和钉)、脊柱植入物)、心脏起搏器、除颤器、电子装置引线、适配器、引线延伸物、可植入输注装置、可植入脉冲发生器、可植入生理监测装置、用于将可植入脉冲发生器或可植入输注装置定位在皮肤下的装置、以及用于再填充可植入输注装置或可能遭受微生物侵染的其它医疗和留置装置的装置(例如再填充针和端口进入套管)。
58.在一些实施方案中，所述装置是不锈钢装置，并且可以用于但不限于高速手术钻、椎体成形术和椎体后凸成形术装置、微创手术器械和内窥镜装置、矫形植入物和手术器械。
59.在一些实施方案中，所述装置是钛装置，并且可以用于但不限于矫形植入物、牙植入物、脊柱植入物、微创手术器械和内窥镜装置以及手术器械。
60.在一些实施方案中，金属材料的抗菌性在不向金属材料中或金属材料上添加抗菌剂的情况下实现。
61.在一些实施方案中，金属材料使细菌细胞的粘附抑制100％,95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％，或至少5％或其间的任何值或范围。
促进细胞粘附或抑制细胞粘附的金属材料
62.在一些实施方案中，希望增加细胞在金属材料如金属植入物上的粘附。在其它实施方案中，希望降低或抑制细胞粘附到金属材料如金属植入物上。例如，可能希望增加成骨细胞在矫形植入物表面上的粘附。在其它实例中，可能希望增加内皮细胞在血管支架或植入物表面上的粘附并抑制成纤维细胞在血管支架或植入物上的粘附。
63.在一些实施方案中，本文所述的金属材料可改善真核细胞如成骨细胞、成纤维细胞、软骨细胞、内皮细胞、角质形成细胞、平滑肌细胞、尿路上皮细胞、破骨细胞、骨细胞、干细胞、间充质干细胞、诱导的多能干细胞、神经元、星形胶质细胞、许旺细胞、脑膜细胞、上皮细胞等的粘附和/或生长。
64.在一些实施方案中，本文所述的金属材料具有促进一些真核细胞的细胞粘附和/或生长的表面能。在一些实施方案中，金属材料使细胞粘附和/或生长增加至少2％、至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或其间的任何值或范围。
65.在一些实施方案中，本文所述的金属材料具有抑制其它真核细胞的细胞粘附和/或生长的表面能。在一些实施方案中，金属材料使细胞粘附和/或生长降低至少2％、至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或其间的任何值或范围。
66.在一些实施方案中，本文所述的金属材料具有抗菌性并改善真核细胞如成骨细胞、成纤维细胞、内皮细胞、软骨细胞、内皮细胞、角质形成细胞、平滑肌细胞、尿路上皮细胞、破骨细胞、骨细胞、干细胞、间充质干细胞、诱导的多能干细胞、神经元、星形细胞、许旺细胞、脑膜细胞、上皮细胞等的粘附和/或生长。
67.在一些实施方案中，本文所述的金属材料具有抗菌性并抑制真核细胞如免疫细胞的粘附和/或生长。
68.在下文中描述了金属材料和金属材料用于(i)减少或抑制细菌粘附和/或生长，(ii)改善或真核细胞如成骨细胞，成纤维细胞等的粘附和/或生长，(iii)减少或抑制免疫细胞的粘附和/或生长，或(iv)(i)减少或抑制细菌粘附和/或生长，(ii)改善真核细胞如成骨细胞、成纤维细胞等的粘附和/或生长，(iii)减少或抑制免疫细胞的粘附和/或生长，或(i),(ii)和(iii)的任意组合的用途。金属材料的用途
69.在一些实施方案中，金属材料可用于医疗装置中。例如，金属材料可用于血管支架、内窥镜器械、手术器械、导管部件、导丝、克氏针、销、螺钉等或可植入医疗装置。
70.在一些实施方案中，金属材料可用于生物传感器中。在一些实施方案中，金属材料可用于厨房用具中。在一些实施方案中，金属材料可用于实验工具中。
71.医疗装置的非限制性实例包括血管导管，例如可外周插入的中央静脉导管、透析导管、长期隧道式中央静脉导管、外周静脉导管、单腔和多腔短期中央静脉导管、动脉导管、肺动脉swan-ganz导管等、导尿管、其它长期泌尿装置、组织粘合泌尿装置、肾支架、阴茎假体、血管移植物、血管进入口、伤口引流管、脑积水分流器、脑室引流导管、神经和硬膜外导
管、神经刺激器、腹膜透析导管、起搏器胶囊、人造尿道括约肌、小关节或临时关节置换物、扩张器、心脏瓣膜、矫形假体、脊柱硬件、手术部位修复网(例如疝网)、气管内导管、胆道支架、胃肠管、结直肠道植入物、男性和女性生殖植入物、美容或重建植入物、听诊器鼓、矫形植入物(例如关节(膝、髋、肘、肩、踝)、假体、外部固定销、髓内杆和钉)、脊柱植入物)、心脏起搏器、除颤器、电子装置引线、适配器、引线延伸物、可植入输注装置、可植入脉冲发生器、可植入生理监测装置、用于将可植入脉冲发生器或可植入输注装置定位在皮肤下的装置、以及用于再填充可植入输注装置或可能遭受微生物侵染的其它医疗和留置装置的装置(例如再填充针和端口进入套管)。
72.一些实施方案涉及手术器械。
73.在一些实施方案中，所述装置是k线。
74.在一些实施方案中，所述装置是可植入矫形植入物。
75.在一些实施方案中，所述装置是血管支架。组成
76.可以使用用于医疗装置应用的已知金属材料，并且金属材料的实例包括铁，不锈钢，铝，银，铜，钛，锡，镍，锌，铬和这些金属材料的合金。其中，考虑到容易控制晶粒的晶粒尺寸，通用性，容易获得性，可加工性和低毒性，不锈钢是优选的。不锈钢没有特别限制，可以是马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢，奥氏体/铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢中的任何一种。
77.在一些实施方案中，金属材料是不锈钢或不锈钢合金。例如，金属材料可以是304型不锈钢或316型不锈钢。316型不锈钢与304型的区别在于钼的存在。在一些实施方案中，不锈钢材料可以包含6％至22％的镍。在一些实施方案中，为了耐腐蚀，不锈钢材料还可以包含其它合金元素，例如铬(16％至26％)。在一些实施方案中，不锈钢可以包含锰和钼。在一些实施方案中，316型不锈钢可用于医疗装置。
78.在一些实施方案中，金属材料是钛或钛合金。在一些实施方案中，金属材料是钴铬。在一些实施方案中，金属材料是钴铬钼。在一些实施方案中，金属材料是镍钛诺。纳米结构
79.根据一些实施方案的金属材料由细晶粒制成，这允许应用于广泛的装置。
80.根据一些实施方案的形成金属材料的晶粒具有用于控制金属材料的生物特性的平均晶粒尺寸。
81.本发明的方面是基于金属材料的生物学特性取决于金属材料的平均晶粒尺寸的现象。
82.在本发明的一些方面，本文所述的金属材料可具有这样的晶粒尺寸，表面自由能和粗糙度：(i)减少或抑制细菌粘附和/或生长，(ii)改善或增加真核细胞如成骨细胞，成纤维细胞等的粘附和/或生长，(iii)减少或抑制免疫细胞的粘附和/或生长，或(iv)(i)减少或抑制细菌粘附和/或生长，(ii)改善真核细胞如成骨细胞，成纤维细胞等的粘附和/或生长，(iii)减少或抑制免疫细胞或(i)，(ii)和(iii)的任何组合的粘附和/或生长。
83.在本发明的一些方面，本文所述的金属材料可以具有大约是所考虑的组织的真核细胞的尺寸的晶粒尺寸，并且促进细胞对金属的粘附和/或生长。此外，本文所述的金属材料可具有促进细胞对金属的粘附和/或生长的表面自由能。此外，本文所述的金属材料可具
有促进细胞对金属的粘附和/或生长的粗糙度。
84.在本发明的一些方面，本文所述的金属材料可具有抑制细胞对金属的粘附和/或生长的晶粒尺寸。此外，本文所述的金属材料可具有促进细胞对金属的粘附和/或生长的表面自由能。此外，本文所述的金属材料可具有抑制细胞对金属的粘附和/或生长的粗糙度。在一些实施方案中，细胞是原核细胞和/或真核细胞。
85.本发明的一些方面基于这样的现象，即金属材料的抗菌性取决于金属材料的平均晶粒尺寸。在一些实施方案中，金属材料具有约0.01-30μm的预先确定的平均晶粒尺寸。在一些实施方案中，金属材料具有0.01-500μm的预先确定的平均晶粒尺寸。在一些实施方案中，本文提供的金属材料可以抑制微生物的生长和/或改善成骨细胞和成纤维细胞的生长。在一些实施方案中，本文提供的金属材料可抑制微生物的生长、固定或生长和固定(吸附)。在一些实施方案中，本文提供的金属材料可抑制免疫细胞的生长、固定或生长和固定(吸附)。在一些实施方案中，本文提供的金属材料促进预先确定的真核细胞的生长，固定或生长和固定(吸附)。
86.本发明的方面涉及抑制微生物的生长、固定或生长和固定的方法。
87.在一些实施方案中，用于抑制微生物的生长和/或固定的平均晶粒尺寸可以为0.01至20μm、0.01至30μm、0.04至20μm、0.05至30μm、0.1μm至30μm、0.5μm至30μm、1μm至30μm、2μm至30μm、3μm至30μm、4μm至30μm、5μm至30μm、6μm至30μm、7μm至30μm、8μm至30μm、9μm至30μm、10μm至30μm、15μm至30μm、20μm至30μm、15μm至30μm、16μm至30μm、17μm至30μm、18μm至30μm、19μm至30μm 0.1μm至20μm、0.5μm至20μm、1μm至20μm、2μm至20μm、3μm至20μm、4μm至20μm、5μm至20μm、6μm至20μm、7μm至20μm、8μm至20μm、9μm至20μm、10μm至20μm、11μm至20μm、12μm至20μm、13μm至20μm、14μm至20μm、15μm至20μm、16μm至20μm、17μm至20μm、18μm至20μm、19μm至20μm,0.1μm至10μm、0.5μm至10μm、1μm至10μm、2μm至10μm、3μm至10μm、4μm至10μm、5μm至10μm、6μm至10μm、7μm至10μm、8μm至10μm、9μm至10μm、1μm至2μm、2μm至3μm、3μm至4μm、4μm至5μm、5μm至6μm、6μm至7μm、7μm至8μm、8μm至9μm、约0.01μm、约0.02μm、约0.03μm、约0.04μm、约0.05μm、约0.06μm、约0.07μm、约0.08μm、约0.09μm、约0.1μm、约0.2μm、约0.3μm、约0.4μm、约0.5μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm、约11μm、约12μm、约13μm、约14μm、约15μm、约16μm、约17μm、约18μm、约19μm、约20μm、约21μm、约22μm、约23μm、约25μm、约26μm、约27μm、约28μm、约29μm、约30μm或更高或其间的任何范围。
88.在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于0.5μm但小于10μm。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于0.5μm但小于7μm。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于1μm但小于7μm。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于3μm但小于7μm。
89.晶界可以通过电子背散射衍射(ebsd)测量，并且可以显示低角度下的不同原子。角度差可以大于5度。每个晶粒可以由晶界线所围绕的区域来确定。当晶粒尺寸大时，形状是独特的和随机的多边形。随着颗粒变得更小，形状变成更小的多边形，类似于圆形，立方体或矩形。矩形的短长或圆形的直径大约是平均晶粒尺寸。
90.在一些实施方案中，金属材料具有约1μm(
±
20％)或200nm-1μm的平均晶粒尺寸并抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的生长。在一些实施方案中，金属材料具有约1μm( /-20％)或500nm-1μm的平均晶粒尺寸并抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的生长。
91.在细化晶粒的过程中，金属材料的化学组成不会改变。因此，可以使用不同化学组
成的任何金属，只要它是具有晶体或晶粒的金属材料，例如钛，钛基材料，不锈钢，co-cr合金，co-cr-mo，镍钛诺，铂，钯等。
92.在一些实施方案中，金属材料除了其抗菌性之外，还具有比常规不锈钢改进的拉伸强度和硬度。
93.作为调整晶粒平均晶粒尺寸的方法，可以采用细化方法。该方法的实例包括在细化之前对金属原料的轧制工艺，剪切工艺，压缩工艺，变形工艺以及这些工艺的组合。在这种情况下，可以进行冷却或加热，或者可以在存在或不存在特定气体(例如氧气或氮气)的气氛中进行细化。通常，通过加热进行细化，导致塑性变形和通过冷却进行再结晶。上述程序进行一次或重复多次，从而获得所需的平均晶粒尺寸。
94.根据本发明的方面，由本文提供的金属材料形成的装置具有不限于表面的纳米结构。例如，金属材料可以在其整个加工过程中保持其纳米结构，从而得到具有均匀纳米结构的金属材料。
95.根据一些实施方案，本文提供的金属材料的磁场可以改变表面电荷以及初始蛋白吸附事件，从而改变细菌附着和真核细胞的定殖和/或生长。抛光/未抛光金属材料
96.在一些实施方案中，可以抛光金属材料以改变表面粗糙度。在一些实施方案中，抛光金属材料的方法包括使用研磨膜进行粗抛光(参见实施方案4)。
97.表面粗糙度可以用原子力显微镜(afm)计算，并且对于金属材料可以获得三个不同的参数-均方根粗糙度(rq)、算术粗糙度(ra)和最大高度(rz)。表1表2
98.在一些实施方案中，被抛光的材料具有约0.1nm至100μm的纳米级的表面粗糙度。
99.先前的研究表明，抑制细菌生长的表面能的最佳数值为约42n/m(参见liu等人，“understanding the role of polymer surface nanoscale topography on inhibiting bacteria adhesion and growth”biomaterials science and engineering,2016,2(1),pp 122
–
130)。
100.在一些实施方案中，金属材料的表面能为40至45n/m、40至47n/m、40至50n/m、40至55n/m、40至60n/m、35至45n/m、35至50n/m、35至55n/m、35至60n/m、30至45n/m、30至50n/m、30至55n/m、30至60n/m。
101.在一些实施方案中，本文所述的金属材料具有促进一些真核细胞的生长的表面能。在一些实施方案中，本文所述的金属材料具有抑制其它真核细胞的生长的表面能。例如，表面能可以促进内皮细胞的附着和生长，并抑制成纤维细胞的附着和/或生长。
102.在一些实施方案中，促进真核细胞生长的金属材料的表面能值为40-45n/m、40-47n/m、40-50n/m、40-55n/m、40-60n/m、35-45n/m、35-50n/m、35-55n/m、35-60n/m、30至45n/m,30至50n/m,30至55n/m,30至60n/m。
103.最佳ra,rq,rz可以用khang方程计算，对于理想的表面能使用45n/m。es＝e0, ρ
×
reffes＝表面能e0,s＝基础表面能reff＝粗糙度ρ＝耦合常数
104.在一些实施方案中，金属材料可具有调整为吸附蛋白质的表面能，所述蛋白质能降低炎性细胞功能，降低细菌功能，增加骨细胞功能，增加内皮细胞功能或前述的任何组合。
105.在一些实施方案中，金属材料可具有调整为吸附蛋白质的平均晶粒尺寸，所述蛋
白质能降低炎性细胞功能，降低细菌功能，增加骨细胞功能，增加内皮细胞功能或前述的任何组合。
106.在一些实施方案中，金属材料可以是抛光的或未抛光的。在一些实施方案中，抛光和/或未抛光的金属材料具有约100nm至10μm的平均晶粒尺寸，例如小于500nm以减少革兰氏阳性和阴性细菌的附着或生长。在一些实施方案中，抛光和/或未抛光的金属材料具有优选为约3-7μm的平均晶粒尺寸。形状/装置
107.根据一些实施方案的金属材料的形状没有特别限制，并且可以采用任何形状，例如板形、线形、杆形、球形或圆柱形。在一些实施方案中，金属材料为丝或线的形状。
108.在一些实施方案中，金属材料呈板或箔的形式，其厚度范围为约0.1mm至1mm，例如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。
109.在一些实施方案中，金属材料为直径为0.02mm至6mm的棒或丝的形式。抑制微生物生长的方法
110.根据一些实施方案的抑制微生物生长的方法是使用包括预先确定的平均晶粒的金属材料的方法。
111.在一些实施方案中，提供金属材料，例如不锈钢材料，其中晶粒的每个平均晶粒尺寸被调整在以下的范围内：0.1μm至20μm、0.5μm至20μm、1μm至20μm、2μm至20μm、3μm至20μm、4μm至20μm、5μm至20μm、6μm至20μm、7μm至20μm、8μm至20μm、9μm至20μm、10μm至20μm、11μm至20μm、12μm至20μm、13μm至20μm、14μm至20μm、15μm至20μm、16μm至20μm、17μm至20μm、18μm至20μm、19μm至20μm,0.1μm至10μm、0.5μm至10μm、1μm至10μm、2μm至10μm、3μm至10μm、4μm至10μm、5μm至10μm、6μm至10μm、7μm至10μm、8μm至10μm、9μm至10μm、1μm至2μm、2μm至3μm、3μm至4μm、4μm至5μm、5μm至6μm、6μm至7μm、7μm至8μm、8μm至9μm、约0.5μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm或约10μm或更高。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于0.5μm但小于10μm。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于0.5μm但小于7μm。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于1μm但小于7μm。在一些实施方案中，平均晶粒尺寸大于3μm但小于7μm。
112.在一些实施方案中，基于在上述程序中获得的响应图谱确定用于给予对微生物生长的最佳抑制的晶粒的平均晶粒尺寸。
113.图1a显示了金属材料对革兰氏阳性细菌的抗菌性。例如，图1a显示了具有0.5μm、1μm、1.5μm、3μm和9μm的晶粒尺寸的金属材料抑制革兰氏阳性细菌的生长/粘附。图1b显示了金属材料对革兰氏阴性细菌的抗菌性。例如，图1b显示了具有0.5μm、3μm和9μm的晶粒尺寸的金属材料抑制革兰氏阳性细菌的生长/粘附。用于促进或抑制细胞粘附和/或生长的方法
114.在一些实施方案中，所述装置可植入以下解剖位置：皮下、腹膜内、肌内、血管内、眼内、脑内或其它合适的部位。
115.在一些实施方案中，金属材料的纳米结构可以被调整以匹配纳米级的蛋白质和微米级的细胞。在一些实施方案中，晶粒尺寸可促进内皮细胞或成骨细胞的粘附。
116.在一些实施方案中，提供具有两个或更多个表面的可植入金属装置。在一些实施方案中，所述装置可以包括第一金属表面和第二表面，所述第一金属表面被配置为具有促
进第一细胞类型的附着和/或生长的表面能，所述第二表面被配置为具有抑制第二不同细胞类型的附着和/或生长的表面能。在一些实施方案中，所述装置可以包括第一金属表面和第二表面，所述第一金属表面被配置为具有促进第一细胞类型的附着和/或生长的平均晶粒尺寸，所述第二表面被配置为具有抑制第二不同细胞类型的附着和/或生长的平均晶粒尺寸。例如，可植入装置可以是血管支架，其具有被配置为促进内皮细胞的附着和/或生长的第一表面和被配置为抑制成纤维细胞的附着和/或生长的第二表面。
117.在一些实施方案中，金属材料可具有抑制细胞附着，细胞生长或其组合的平均晶粒尺寸和/或表面能。例如，金属材料可以抑制负责炎症的细胞如免疫细胞的附着和/或生长。
实施例
118.在下文中，将参考实施例详细描述本发明，但是本发明不限于以下实施例，除非其超出本发明的要旨。实施例1：金属材料的制造
119.为了提供金属材料，对不锈钢(sus304)进行轧制处理和热再结晶，以将晶粒的平均晶粒尺寸分别调整为0.5μm,1μm,1.5μm,2μm,3μm和9μm。金属材料具有长度为10mm，宽度为10mm，厚度为0.1mm的板状。根据以下程序进行轧制处理和热再结晶。具体地，使不锈钢(sus 304)通过旋转研磨机几次，并冷轧至约40-65％(每次约3-15％的压缩比)。然后，使所得不锈钢在600至850℃下退火10至100秒(加热速率：200℃/秒)以使不锈钢再结晶。根据相变状态，冷却再结晶的不锈钢以获得奥氏体不锈钢(冷却速率：200-400℃/秒)。
120.应当理解，可以对316型不锈钢和其它金属进行相同的处理以控制平均晶粒尺寸。实施例2-平均晶粒尺寸的测量
121.使用离子抛光机(“im 4000”，由hitachi high-technologies corporation制造)用氩离子抛光上述提供的金属材料的检测样品。之后，使用具有晶体取向分析功能的电子显微镜(“su-70”，由hitachi high-technologies corporation制造)在真空环境(1
×
10-3
pa)中在室温下测量金属材料的平均晶粒尺寸。通过确定任意测量范围(即，观察到的图像；放大率：1000倍)内的每个晶粒的面积并计算圆(假定晶粒的形状是具有与晶粒面积相同面积的圆)的直径来确定每个晶粒的尺寸。使用图像处理器(“tsl omi analysis 7”,由tsl solutions制造)计算晶粒的面积和具有与晶粒的面积相同面积的圆的直径。然后，将在任意测量范围内的所有晶粒直径的总和除以晶粒数目，并将所得值定义为平均晶粒尺寸(nm)。实施例3-未抛光金属材料的抗菌性
122.方法：
123.首先将细菌孵育过夜。在达到105的浓度后，将细菌与金属材料样品(304型不锈钢样品)混合并孵育24小时。然后用蒸馏水洗涤304型不锈钢样品并超声处理10分钟。在将样品再涡旋10秒后，将每个样品的几个稀释液置于琼脂板上。将琼脂板孵育12小时。
124.结果：
125.图1a和图1b各自显示了通过将培养后的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的菌落形成单位相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
126.如图1a所示，当平均晶粒尺寸为0.5μm,1μm,1.5μm,3μm和9μm时，吸附在金属材料上的革兰氏阳性细菌的数目相对减少，表明测试的金属材料抑制革兰氏阳性细菌的生长/粘附。如图1b所示，当平均晶粒尺寸为0.5μm,3μm和9μm时，吸附在金属材料上的细菌的数目相对减少，表明测试的金属材料抑制革兰氏阴性细菌的生长/粘附。实施例4-未抛光金属材料相对于抛光材料的抗菌性
127.测量未抛光的金属材料相对于抛光的材料的抗菌性。
128.方法：
129.样本：如表3中所示的304型不锈钢：直径(φ)11mm；厚度：0.1mm。表3
130.在第一步骤中，使用3m研磨膜磨光氧化铝对样本进行粗抛光。
131.首先在五张纸上使用3m研磨膜网目号4000(3μm)用手抛光样本约40秒。然后用3m研磨膜网目号8000(1μm)用手抛光样本约40秒。然后用3m研磨膜网目号15000(0.3μm)用手抛光样本约40秒。
132.在第二步骤中，使用氧化铝溶液对样本进行氧化铝抛光，并使用研磨机在工作台上进行抛光。所用的氧化铝溶液是氧化铝和氧化铝的混合溶液(氧化铝：buehler micro polishⅱ氧化铝1.0μm；氧化铝：buehlermasterprep抛光悬浮液0.05μm)。
133.将样本保持第一方向a抛光5分钟，保持第二方向b 5分钟，保持方向a 5分钟，保持方向b 5分钟，总共抛光20分钟，如图10所示。
134.在第三步骤中，样本用以下洗涤：(1)首先用水：首先用手在稀释的中性洗涤剂和自来水中柔和地洗涤样本，然后用来自水龙头的自来水冲洗，然后柔和地擦拭样本以干燥样本；(2)然后用乙醇，通过将样本置于乙醇中并取出样本并柔和地擦拭以保持样本至干燥样本。
135.图2a和图2b显示了当抛光金属材料时，吸附在平均晶粒尺寸为0.5、1、1.5、2、3和9μm的金属材料上的细菌的数目相对减少。实施例5-细胞毒性mts测定
136.方法：
137.将人胎儿成骨细胞(hfob)与金属材料样品接种在12孔板中。每2天更换一次细胞培养基。对于细胞增殖测定，在3、5和7天后加入mts试剂以确定活细胞的数目。
138.结果：
139.图3a和图3b显示了金属材料没有细胞毒性。对于大多数样品，对于所有三个读数(3、5和7天)，活力为80％或更高。对于第7天，所有读数显示100％或更高的活力。较高的活
力显示金属材料样品促进细胞生长。
140.对于抛光的样品，所有读数显示90％至120％的细胞活力。对于第5天，所有样品呈现高于100％的细胞活力，表明金属材料样品促进细胞生长。未抛光样品比抛光样品呈现更大的细胞活力。平均晶粒尺寸为9μm的金属材料在未抛光的样品上显示出最大的活力。实施例6：316型不锈钢对细菌菌落形成单位的抗菌性与平均晶粒尺寸预测的关系-预测方程
141.方法：
142.首先将细菌孵育过夜。在达到105的浓度后，将细菌与金属材料样品混合并孵育24小时。然后用蒸馏水洗涤样品并超声处理10分钟。在将样品再涡旋10秒后，将每个样品的几个稀释液置于琼脂板上。将琼脂板孵育12小时。
143.所使用的316型不锈钢金属样品的化学组成示于下表4中：表4
144.测试的金属样品是具有不同直径(，以mm计)和不同平均晶粒尺寸(以μm计)的316型不锈钢丝。超细平均晶粒尺寸(ugcss)在0.18μm至0.25μm变化，常规晶粒尺寸在7.1μm至16.5μm变化。cg316晶粒尺寸16.5μmcg316晶粒尺寸10.7μmcg316晶粒尺寸7.1μmufgss 316晶粒尺寸0.25μmufgss 316晶粒尺寸0.22μmufgss 316晶粒尺寸0.18μm
145.结果：
146.对于常规的晶粒(cg)样品，与平均晶粒尺寸为10.7μm或16.5μm时相比，当平均晶粒尺寸为7.1μm时，316型不锈钢金属材料上的金黄色葡萄球菌(s.aureus)，mrsa和大肠杆菌的cfu/ml相对减少。相比之下，与平均晶粒尺寸为7.1或10.7μm时相比，当平均晶粒尺寸为16.5μm时，316型不锈钢金属材料上的铜绿假单胞菌的数目cfu/ml相对减少，这是由于表面能的相应变化。
147.对于超细(uf)样品，与平均晶粒尺寸为0.22或0.25μm时相比，当平均晶粒尺寸为0.18μm时，316型不锈钢金属材料上的金黄色葡萄球菌，mrsa和大肠杆菌的cfu/ml相对减少。相比之下，与平均晶粒尺寸为0.18或0.22μm时相比，当平均晶粒尺寸为0.25μm时，316型不锈钢金属材料上的铜绿假单胞菌的数目cfu/ml相对减少，这是由于表面能的相应变化。
148.在不受理论束缚的情况下，表面能的变化进而可以改变初始蛋白吸附和确认抑制细菌附着和定殖的事件。
149.计算了预测方程和最佳晶粒尺寸。
150.图4a-4d显示了通过将培养后的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的菌落形成单位相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的响应图谱的实例。
151.图4a显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制金黄色葡萄球菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的预测方程。图4b显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制mrsa生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。图4c显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制大肠杆菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。图4d显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制铜绿假单胞菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。
152.如图4a-4d中所示，测试细菌的cfu/ml范围为0.125μm-19.02μm。
153.图4a-4c显示了，当常规晶粒尺寸样品的平均晶粒尺寸为10.7μm时，吸附在金属材料上的细菌，金黄色葡萄球菌，mrsa和大肠杆菌的数目相对减少。
154.常规晶粒金属材料的预测方程显示抑制mrsa和大肠杆菌生长/吸附的预测的最佳平均晶粒尺寸范围为4.28μm至19.02μm。
155.超细晶粒金属材料的预测方程显示抑制金黄色葡萄球菌，mrsa，大肠杆菌和铜绿假单胞菌生长/吸附的预测的最佳平均晶粒尺寸范围为0.125μm至0.33μm。实施例7：相对于表面积归一化的316型不锈钢对细菌菌落形成单位的抗菌性与平均晶粒尺寸的关系-预测方程
156.使用实施例6的金属材料样品和方法获得316型不锈钢对细菌cfu的抗菌效果。
157.使用以下所示的表5将cfu单位相对于表面积归一化：表5
158.结果：
159.对于粗晶粒(cg)样品，与平均晶粒尺寸为10.7μm时相比，当平均晶粒尺寸为16.5μm时，316型不锈钢金属材料上的金黄色葡萄球菌，mrsa和铜绿假单胞菌的cfu/ml相对减少。相比之下，与平均晶粒尺寸为16.5μm时相比，当平均晶粒尺寸为10.7μm时，316型不锈钢金属材料上的大肠杆菌数目cfu/ml相对减少。
160.对于超细(uf)样品，与平均晶粒尺寸为0.22μm时相比，当平均晶粒尺寸为0.25μm时，316型不锈钢金属材料上的金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和铜绿假单胞菌的cfu/ml相对减少。相比之下，与平均晶粒尺寸为0.25μm时相比，当平均晶粒尺寸为0.22μm时，316型不锈钢金属材料上的mrsa的数目cfu/ml相对减少。
161.计算了预测方程和最佳晶粒尺寸。
162.图5a-4d显示了通过将培养后的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的菌落形成单位相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的示例性响应图谱。
163.图5a显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制金黄色葡萄
球菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的预测方程。图5b显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制mrsa生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。图5c显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制大肠杆菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。图5d显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒316型不锈钢金属材料抑制铜绿假单胞菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。
164.如图5a-5d中所示，对于测试的细菌，相对于表面积归一化的cfu/ml的范围为0.04μm至25.71μm。
165.图5a、5b和5d显示了，与10.7μm相比，当常规晶粒尺寸金属样品的平均晶粒尺寸为16.5μm时，吸附在所测试的常规晶粒尺寸金属材料上的细菌，金黄色葡萄球菌，mrsa和铜绿假单胞菌的数目相对减少。相比之下，图5c显示了，与15.5μm相比，当常规晶粒尺寸金属样品的平均晶粒尺寸为10.7μm时，吸附在所测试的常规晶粒尺寸金属材料上的大肠杆菌细菌的数目相对减少，这是由于表面能的相应变化。
166.图5a、5b和5d显示了，与0.22μm相比，当超细晶粒尺寸金属样品的平均晶粒尺寸为0.25μm时，吸附在所测试的超细晶粒尺寸金属材料上的细菌，金黄色葡萄球菌，mrsa和铜绿假单胞菌的数目相对减少。相比之下，图5c显示了，与0.22μm相比，当超细晶粒尺寸金属样品的平均晶粒尺寸为0.25μm时，吸附在所测试的超细晶粒尺寸金属材料上的大肠杆菌细菌的数目相对减少，这是由于表面能的相应变化。
167.图5a、5b和5d的预测方程显示了抑制金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和铜绿假单胞菌生长/吸附的常规晶粒尺寸金属样品的预测的最佳平均晶粒尺寸范围为16.46μm至25.71μm。
168.图5a、5b和5d的预测方程显示了抑制金黄色葡萄球菌，mrsa和铜绿假单胞菌生长/吸附的超细晶粒尺寸金属样品的预测的最佳平均晶粒尺寸范围为0.004-0.28μm。实施例8-相对于表面积归一化的304型不锈钢对细菌菌落形成单位的抗菌性与平均晶粒尺寸的关系-预测方程
169.方法：
170.首先将细菌孵育过夜。在达到105的浓度后，将细菌与金属材料样品混合并孵育24小时。然后用蒸馏水洗涤样品并超声处理10分钟。在将样品再涡旋10秒后，将每个样品的几个稀释液置于琼脂板上。将琼脂板孵育12小时。
171.316型不锈钢金属的化学组成显示于实施例6中。所使用的304型不锈钢金属样品的化学组成在下表6中示出：表6
172.测试的金属样品是具有不同直径(以mm计)和不同平均晶粒尺寸(以μm计)的316型不锈钢丝。超细平均晶粒尺寸(ugcss)在0.22μm至0.27μm变化，常规晶粒尺寸在12μm至
21.5μm变化。cg304晶粒尺寸21.5μmcg304晶粒尺寸12.0μmcg304晶粒尺寸15.0μmufgss 304晶粒尺寸0.27μmufgss 304晶粒尺寸0.22μmufgss 304晶粒尺寸0.23μm
173.结果：计算了预测方程和最佳晶粒尺寸。
174.图6a-6d显示了通过将培养后的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的菌落形成单位相对于晶粒的平均晶粒尺寸作图而获得的示例性响应图谱。
175.图6a显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒304型不锈钢金属材料抑制金黄色葡萄球菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的预测方程。图6b显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒304型不锈钢金属材料抑制mrsa生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。图6c显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒304型不锈钢金属材料抑制大肠杆菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。图6d显示了用于计算常规晶粒和超细晶粒304型不锈钢金属材料抑制铜绿假单胞菌生长/粘附的最佳晶粒尺寸的方程。
176.如图6a-6d中所示，对于测试的细菌，相对于表面积归一化的cfu/ml的范围为0.29μm至32.23μm。
177.图6a、6c-6d的预测方程显示了抑制金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和铜绿假单胞菌生长/吸附的常规晶粒尺寸金属样品的预测的最佳平均晶粒尺寸范围为27.81μm至32.23μm。
178.图6a-6d的预测方程显示了抑制金黄色葡萄球菌，mrsa，大肠杆菌和铜绿假单胞菌生长/吸附的超细晶粒尺寸金属样品的预测的最佳平均晶粒尺寸范围为0.29-1.59μm。实施例9-晶粒尺寸对成纤维细胞生长的影响
179.研究了金属材料对人皮肤成纤维细胞(hdf)(ccl-110
tm
)的细胞毒性。
180.方法
181.首先，将人皮肤成纤维细胞在37℃下在含5％co2的潮湿培养箱的摇瓶的完全培养基(含有10％胎牛血清和1％青霉素链霉素的eagle’s minimum essential(emem)培养基)中分别培养。
182.然后，将细胞与金属丝样品以5,000个细胞/孔接种在48孔板的1000μl细胞培养基中，并在37℃下在5％co2潮湿气氛中孵育3、5和7天。
183.在孵育一段时间之后，除去培养基，并更换1000μl的新鲜培养基，其中以1:5稀释了mts溶液(200μl 1000μl emem)。这次，培养孔板仅3小时以允许颜色变化。在490nm下在吸光度读板机(spectramax)下测量吸光度。数据表示为细胞活力的百分比。
184.测试的金属样品为316型不锈钢和304型不锈钢丝，其具有如下所示的不同直径和不同平均晶粒尺寸：304型不锈钢：
·
cg304晶粒尺寸21.5μm
·
cg304晶粒尺寸12.0μm
·
cg304晶粒尺寸15.0μm
·
ufgss 304晶粒尺寸0.27μm
·
ufgss 304晶粒尺寸0.22μm
·
ufgss 304晶粒尺寸0.23μm316型不锈钢：
·
cg316晶粒尺寸16.5μm
·
cg316晶粒尺寸10.7μm
·
cg316晶粒尺寸7.1μm
·
ufgss 316晶粒尺寸0.25μm
·
ufgss 316晶粒尺寸0.22μm
·
ufgss 316晶粒尺寸0.18μm测试的样品的直径和面积显示在下表7中：表7
185.图7a-7c显示了生长在304型不锈钢金属样品上时人皮肤成纤维细胞的活力百分比。图7c显示了对于常规和超细金属样品，分别为0.22μm和0.27μm的晶粒尺寸促进人皮肤成纤维细胞。
186.图8a-8c显示了生长在316型不锈钢金属样品上时人皮肤成纤维细胞的活力百分比。图8c显示了对于常规金属样品，分别为16.5μm的晶粒尺寸促进人皮肤成纤维细胞。
187.图9a的预测方程显示了，304型不锈钢促进人皮肤成纤维细胞的计算的最佳晶粒尺寸对于常规晶粒尺寸金属样品为22.71μm，并且对于超细晶粒尺寸金属样品大于0.23μm。
188.图9a的预测方程显示了，对于常规晶粒尺寸金属样品，304型不锈钢促进人皮肤成纤维细胞的计算的最佳晶粒尺寸为22.71μm。应当注意，例如对于常规晶粒尺寸金属样品，22.71μm的预测晶粒尺寸类似于27.8μm至30.66μm的范围，其被计算为抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌生长/吸附的最佳晶粒尺寸(参见图6a-6d)。
189.图9b的预测方程显示了，316型不锈钢促进人皮肤成纤维细胞的计算的最佳晶粒尺寸对于常规晶粒尺寸金属样品大于15.88μm，并且对于超细晶粒尺寸金属样品大于0.07μm。应当注意，例如对于常规晶粒尺寸金属样品，15.88μm的预测晶粒尺寸落在16.46μm至25.71μm的范围内，其被计算为抑制金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和铜绿假单胞菌生长/吸附的最佳晶粒尺寸(参见图5a-5d)。实施例10：使用钛合金的成骨细胞生长数据
190.人胎儿成骨细胞(hfob)(crl-11372，atcc)细胞毒性研究
191.将人胎儿成骨细胞在37℃下在含5％co2的潮湿培养箱的摇瓶的完全培养基(含有10％胎牛血清和1％青霉素链霉素的dulbecco's modified eagle培养基(dmem/f12))中分别培养。然后，将细胞与金属丝样品以5,000个细胞/孔接种在48孔板的1000μl细胞培养基中，并在37℃下在5％co2潮湿气氛中孵育3、5和7天。在孵育一段时间之后，除去培养基，并更换1000μl的新鲜培养基，其中以1:10稀释了prestoblue溶液(100μl 900μl demem/f12)。这次，培养孔板45分钟以允许颜色变化。在读板机(spectramax)下以560nm的激发波长和590nm的发射波长测量荧光。数据表示为细胞活力的百分比。
192.表12显示了所使用的钛合金样品。表12表12
193.表13显示了钛合金对照样品的组成表13astm f136钛
194.使用人胎儿成骨细胞(hfob)的细胞生长测定。
195.对于所有测试的样品，在7天孵育期间，活力的百分比高于80％，显示对hfob细胞的相对低的细胞毒性(参见图11)。
196.此外，在大多数情况下活力的百分比值高于100％，这表明与仅与新鲜培养基接触生长的细胞的数目相比，在样品存在的情况下生长的细胞的数目更高。在不受理论束缚的情况下，细胞在钛样品的顶部生长，这促进了它们的增殖。
197.在第5天后，对于具有3.1、2和0.8μm的晶粒尺寸的样品，细胞活力的百分比略微降低。
198.尽管已经参考特定实施方案描述了本文的公开内容，但是应当理解，这些实施方案仅仅是对本公开内容的原理和应用的说明。因此，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对示例性实施方案进行多种修改，并且可以设计其它布置。