[发明专利]具有分级纳米点结构的二氧化钛基复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用薄膜领域，具体涉及兼具可调表面亲水特性和离子缓释性能的分级纳米点结构二氧化钛基复合薄膜及其制备方法。

背景技术

表面和界面是实现器件和材料功能性的窗口,表面微纳米结构的构筑对材料的性能有着非常重要的意义。微纳米结构生物材料目前已成为生物医用材料领域一个研究热点和难点。大量的研究表明具有微纳米结构特征的生物材料表现出了积极的生物学响应，相对其他生物材料，微纳米结构材料可以显著促进细胞的粘附、增殖和分化。

细胞微环境在决定细胞功能中起着重要的作用，微环境中表面拓扑结构和化学成分是控制细胞行为的基础。材料表面微观结构的改变即可对细胞营造出不同的微环境，使得细胞的粘附、迁移、增殖和分化等行为表达出现差异。为提高生物材料的细胞相容性等性能，在材料表面构建微米、纳米及微/纳米复合结构被广泛研究。从生物的角度来说，细胞的体积大概处于微米级别，一般为几微米到几十微米。细胞运动迁移等主要依靠细胞伪足，相对而言细胞伪足可以感受到材料表面亚微米甚至纳米级别的变化。所以，细胞整体可以感受到生物材料表面微米结构的变化，并且根据自身的粘附和迁移“喜好”与材料表面结合作用。细胞伪足在感知到材料表面的纳米结构变化后，选择合适的纳米表面，进行迁移、粘附以及后续的基因表达等生物学行为。同时，微纳结构也会提高细胞分化 [Mendonca G, Mendonca D, Aragao F J L, et al. Advancing dental implant surface technology–from micron-to nanotopography. Biomaterials, 2008, 29(28): 3822-3835]。因此，构建具有微米和纳米结构共存的微纳结构生物材料表面对细胞行为表达具有重要意义。

二氧化钛无毒，具有优异的生物相容性和化学稳定性，而且其表面在光激发后具有促进细胞粘附、增殖和分化等性能[Miyauchi T, Yamada M, Yamamoto A, et al. The enhanced characteristics of osteoblast adhesion to photofunctionalized nanoscale TiO₂ layers on biomaterials surfaces. Biomaterials, 2010, 31(14): 3827-3839]，在生物医用材料方面发展很快。在体外细胞培养所涉及的细胞中，很多为贴壁细胞，如何收获细胞成为一大关键问题。研究发现细胞倾向于附着在微憎水的表面上，而不易于附着于亲水的表面之上，目前体外细胞培养收获细胞时主要用胰酶处理，但胰酶处理会使细胞与细胞外基质分离，不利于细胞的后续利用，因此制备出能改变表面润湿性的材料以作为培养皿等器皿的表面涂层对细胞收获极有价值。这对于组织工程、细胞生物传感器等的发展都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异光致亲水性且制备方法简便、成本低的具有分级纳米点结构的二氧化钛基复合薄膜及其制备方法。

本发明的具有分级纳米点结构的二氧化钛基复合薄膜，是在基底上自下而上依次有二氧化钛纳米点层和光敏半导体纳米点层；二氧化钛纳米点层中二氧化钛纳米点的尺寸为30～300nm，密度为1.0×10¹⁰～1×10¹¹/cm²；光敏半导体纳米点层中光敏半导体纳米点的尺寸为10～200nm，密度为1.0×10⁹～1.0×10¹²/cm²。

上述的基底可以为石英玻璃、硅片、钽片、钛片或钛镍合金片。

所述的光敏半导体可以是氧化锌、氧化铁、氧化锆或氧化锡。

制备上述的具有分级纳米点结构的二氧化钛基复合薄膜的方法，步骤如下：

1）将钛源、络合剂和去离子水按摩尔比1:0.3:1的比例加入到无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮在室温下充分搅拌，配制成钛原子浓度为0.1-0.5 M，聚乙烯吡咯烷酮浓度为10~100mg/ml的二氧化钛前驱体溶胶；将二氧化钛前驱体溶胶滴至清洗净的基底表面至其铺满，并以4000-8000rpm的速度旋涂20-60s，之后将其置于400-600℃下保温0.5-2h，在基底上得到二氧化钛纳米点层；