[发明专利]一种具有生物相容性和抗菌性能的二氧化钛纳米管结构涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及骨组织工程涂层材料，具体是指一种具有生物相容性和抗菌性能的二氧化钛纳米管结构涂层的制备方法。

背景技术

近几十年来，由于生物合成新材料的不断涌现和外科手术技术的不断进步，显著助推了各类新材料在外科领域中的应用，并伴随各类人工关节假体的显著增长。与此同时，伴随于关节假体的高感染率，以及由此产生的假体松动等并发症也日益突出。以往的研究已经证实，导致关节假体周围感染的机制是，首先由漂浮细菌粘附到假体的表面，随后形成生物膜。因此，如何及时抑制漂浮细菌在置入假体表面的定置，如何有效提高假体周围的有效抗生素浓度，从而有效阻止细菌生物膜的形成，是当前该领域的重要课题。因此，具有生物活性和抗菌性能的人工植入体表面的涂层材料具有广阔的应用前景。

阳极氧化能够在纯钛表面形成一层高度有序垂直排列的纳米管阵列，并且通过调整电压、电流、氧化时间、电解液成分等可以改变纳米管的规格，并且其特殊的结构为纳米颗粒的加载提供了优良的条件。阳极氧化法以钛基体作电解阳极，形成无定形二氧化钛，然后进行热处理，使无定形层转化为锐钛矿型二氧化钛微晶层。二氧化钛微晶层富含羟基，因此具备了生物活性。高压静电雾化具有雾滴粒径细小、粒径尺度单一、空间弥散程度广等优点，广泛应用于材料薄膜制备领域。高压静电减小了液体的表面张力和粘滞阻力，使液体容易破碎成更为细小的液滴，使雾滴尺寸分布更均匀。雾滴荷电后，带电雾滴在高压静电场的作用下容易发生二次雾化，进一步减小雾滴粒径；同时带电雾滴在电荷之间斥力作用下，弥散程度加大，且能在目标物感应出与本身电荷极性相反的电荷，从而在极化力、引力等作用下更容易被目标物所捕获。

目前所研究的植入物表面抗菌涂料包括万古霉素、庆大霉素、一氧化氮释放凝胶、碘和银(Ag)等。在掺入钛基质复合涂层的活性因子中，以金属元素具有与基质钛元素产生键性结合，使表面改性更为持久而备受重视。银作为广谱的抗菌剂已经使用多年，是研究最为热门的无机抗菌剂。文献报道，银对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及厌氧菌均有较强的杀菌能力。在目前所知的金属离子中，其抗菌性能仅次于汞排在所有无机金属的第二位(汞由于毒性巨大,不用于抗菌剂)。研究表明，银对于原核细胞毒性远远大于其对于真核细胞的毒性，因此可在保证良好抗菌效能的同时，维持相对较低的细胞毒性。然而，传统银系抑菌剂存在银离子释放速度过快，抗菌持久性较差的缺点。随着纳米材料研究的迅速发展，人们开始将目光转向纳米银抗菌材料。纳米级银粒子的抗菌效果是微米级银粒子的200倍以上，银离子的释放动力学明显减缓。相对于传统银粒子，纳米尺度的银粒子由于其高比表面积，表面原子数增多，和细菌的接触概率随之大幅增加。纳米银粒子具有很强的化学活性，其表面的原子易与其他化学基团发生键合反应，从而可制备稳定结构的纳米银复合材料。因此，具有生物活性和抗菌性能的人工植入体表面的载纳米银二氧化钛纳米管涂层具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有生物相容性和抗菌性能的二氧化钛纳米管结构涂层的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有生物相容性和抗菌性能的二氧化钛纳米管结构涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)先将蒸馏水和部分乙二醇混合，加入氟化铵和乙二醇的混合液，振荡均匀后得到含0.5wt％氟化铵和5vol％蒸馏水的乙二醇溶液，作为电解液；

2)以清洗后的钛片为阳极，铂片为阴极，钛片在70V的电压下阳极氧化80分钟；

3)将步骤2处理后的钛片干燥后,放入坩埚在烧结炉中热处理，以5℃/min升温速率到450℃，保温3～4h。

4)采用UV辅助静电雾化成型系统对步骤3处理的钛片进行雾化还原处理30分钟，所述UV辅助静电雾化成型系统包括箱体，所述箱体下端面开口，顶面安装有静电喷头；所述箱体的四个侧面均水平安装有紫外灯。将载有0.1M硝酸银溶液的溶液槽与静电喷头相连，将钛片置于箱体内，使得静电喷头正对钛片，同时打开箱体内紫外灯，其中，静电喷头与钛片之间的雾化电压值为5-6kV，硝酸银溶液的雾化流速为6-8μL/min。

本发明的有益效果在于：

本发明通过UV辅助静电喷雾的方法实现了银纳米颗粒在二氧化钛纳米管表面的均匀稳定负载，使得银纳米颗粒在体液中缓慢释放，在保证长时间的抗菌性能的同时，保证了材料的生物相容性，丰富了生物活性二氧化钛纳米结构涂层在骨组织工程领域的应用。

附图说明

图1 UV辅助静电雾化成型系统示意图