[发明专利]一种抗菌涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及医用抗菌涂层和纳米材料技术领域，具体涉及一种抗菌涂层及其制备方法。

背景技术

一些可植入器械，如人工关节，接骨板，种植牙等，在改善骨病患者生活水平方面起到了至关重要的作用。但长期临床跟踪及研究发现，植入体表面无抗菌性，植入相关细菌感染频频发生是致使植入体失效的主要原因之一[Tissue Engineering: Part A 2009, 15:417-426]。接骨板和种植牙的感染率可高达10～30%[Nazhat SN, et al. Sterility and infection. In Biomedical materials, Narayan R edited, Springer, New York, 2009]。由于感染初期诊断困难，一旦感染发生，往往需要重新植入手术才能根除，这必将给病人带来极大痛苦和损失。抗生素是现阶段预防植入手术感染的主要手段，但由抗生素滥用引起的“超级细菌”事件时有发生[Lancet Infect. Dis., 2010, 10:597-602]，这使人们不得不重新审视对抗生素过渡依赖问题。针对细菌膜功能的抗菌策略对耐药性细菌具有显著抑制效果，但现阶段这种策略仅限于有机化合物与细菌膜功能的作用[Nat Rev Microbiol 2011, 9:62-75]，有机抗菌剂稳定性相对较差且很难固载到植入体表面。

银作为抑菌药物使用早已被人们所熟知。早在公元前4000年人们就已开始使用银来预防感染[Surg Infect 2009, 10:289-292]。硝酸银被用以治疗伤口慢性局部溃烂，可以追溯至17世纪[Burns 2000, 26:117-130]。随着20世纪40年代青霉素的发明，银作为抗感染药物使用的频率才有所减少[J Antimicrob Chemother 2007, 59:587-590]。但近年，随着抗生素耐药性问题日趋严重，银的抗菌效用又开始得到人们重视[J Antimicrob Chemother 2006, 57:589-608]。基于纳米材料特殊物理化学性质，银纳米颗粒作为新一代的抗菌材料，在绷带、医疗器械、洗液等方面的应用也有较多报道[Biotechnol Adv 2009, 27:76-83]。虽然银颗粒的抗菌或抑菌效果明显，但其作用机理还没有完全搞清楚，研究显示银可阻碍细菌膜电子转移过程，破坏细菌膜结构[Nat Mater 2008, 7:236-241]，但具体控制方法仍有待开发。此外，游离态的银纳米颗粒容易被正常细胞吞噬并引起生物毒性 [Biomaterials 2011, 32:9810-9817]，故银纳米颗粒生物毒性的控制也是其抗菌性能利用过程中应该兼顾的方面。

具有n型半导体特性的氧化钛由于其光催化效应可破坏细菌膜完整性，具有显著杀菌效果[Surf Sci Rep 2011, 66:185-297]，但在无光激励情况下这种抗菌效应并不显著，因此应用受到限制。研究表明在纯氧化钛中引入“电子阱”(如空位，掺杂等)后, 其基于光催化效应的抗菌性能将因肖特基效应而有显著增强[J Mater Chem 2010, 20:1068-1072]。另有报道显示，银纳米颗粒镶嵌于氧化钛中也会起到“电子阱”的作用，产生肖特基效应[J Am Chem Soc 2005, 127:3928-3934]。但是利用银纳米颗粒/氧化钛界面的肖特基效应获得非光激活的可控抗菌性能涂层还有待开发。

此外，虽然应用离子注入方法在玻璃、有机及其他一些基材上制备银纳米颗粒已有很多报道[Adv Mater 2001, 13:1431-1444]。但是一般认为，不结合外部热处理过程，很难单独利用这种方法获得尺寸和分布可控的纳米颗粒[Nano Lett 2005, 5:373-377; Phys Rev Lett 2009, 102:146101]。然而，我们注意到等离子体浸没离子注入工艺的非视线注入特点及其伴随注入过程产生的浸没式原子加热效应，将有助于纳米颗粒在无外部加热情况下形成。

发明内容

本发明基于银纳米颗粒/氧化钛界面的肖特基效应以及细菌壁本质负电性特点，针对植入体表面抗菌性能不佳，游离态银纳米颗粒抗菌行为和生物毒性不易控制的问题，采用银等离子体浸没离子注入工艺将银离子注入到氧化钛涂层上，使银纳米颗粒镶嵌在氧化钛表面，以此提高涂层的抗菌效果，无需外部加热过程，可控制游离态的银纳米颗粒所引起的生物毒性。