[发明专利]抗菌图案化表面及其制造方法

说明书

本发明涉及包括多个整体形成的表面特征的基底，所述表面特征是微米尺寸和/或纳米尺寸的，每个表面特征包括至少一个尖端。由于这种独特的表面，所述基底展现杀生物活性，因为所述表面特征的末端刺穿与所述基底接触的任何微生物细胞的细胞膜，从而引起细胞变形和裂解。本发明还涉及制造所述基底的方法。通过用包含碱和氧化剂的试剂溶液简单处理铜或锌箔，制备Cu(OH)₂纳米管阵列、CuO纳米刀片和ZnO纳米针。这些表面被证实通过物理相互作用可以非常有效地杀死细菌(例如大肠杆菌)。

技术领域

本发明一般涉及包含具有抗菌性质的表面特征的基底及其制备方法。

背景技术

由微生物引起的传染病中的大约80％是通过接触传播的，因而对公众健康构成严重威胁。因此，在频繁触摸的表面上杀死微生物是避免交叉感染的有效方法。

一种在这些表面上杀死微生物的常用方法是通过化学手段，例如消毒剂。在另一种方法中，通过用杀生物化学品或消毒剂接枝或涂覆表面来制造抗微生物表面以限制交叉感染。然而，微生物可能会进化并产生对目前杀生物化学品的抵抗力，因此需要开发新的化学品。因此，通过化学手段杀死会导致二次污染。因此，这些方法面临诸如对杀微生物剂试剂的耐药性增加，微生物杀灭效率低和涂覆表面的长期稳定性差的问题。

最近发现蝉和蜻蜓翅膀表面覆盖有致密的柱状纳米结构，由于翅膀表面和微生物细胞之间的纯物理相互作用，所述致密的柱状纳米结构通过破坏粘附的微生物细胞来杀死微生物或防止微生物生长。相互作用导致细胞变形和裂解，而不需要额外的外部化学或机械手段。然而，目前还没有已知的方法能够以有效和简单的方式通过模拟生物表面来提供能够物理细胞破坏的纳米排列表面。

已经证明黑硅和TiO₂表面上的纳米结构具有杀微生物性质。然而，这些表面纳米图案是通过自上而下的方法在特定材料上产生的。例如，通过在硅晶片上的反应离子束蚀刻来制备黑硅表面。因此，可以理解，当要生成纳米级图案时，自上而下的方法将变得具有挑战性。换句话说，自上而下的方法可能是耗时且昂贵的并且限于在特定材料(例如，易受蚀刻或其他形式的光刻方法的那些)的表面上的应用。

因此，需要提供表现出杀微生物剂性质的可替代表面，其克服或至少改善上述一个或多个缺点。还需要提供简单且可扩展(scalable)的方法来创建这样的表面。

发明内容

本公开提供了基底，其包括多个整体形成的表面特征，其中表面特征是微米尺寸、纳米尺寸或其混合物，每个表面特征包括结晶相和至少一个尖端。

有利地，表面特征是整体形成的，即它们与基底的其余部分形成整体。这些表面特征的形成不需要使用冲压技术将表面特征转移到基底表面上。

有利地，所述表面特征的末端可以适于扰乱、变形、裂解或破坏细胞膜脂质层，从而降低微生物/细菌活力或细胞计数。另外，末端还可以提供基底表面拓扑结构，其不利于微生物粘附在其上，并且实质上抑制或阻止微生物细胞生长和/或减少微生物细胞计数。微生物和表面特征之间的相互作用在本质上可以主要或完全是物理的。也就是说，可以通过非化学手段实现微生物的抑制或杀灭。

本公开还涉及包括多个整体形成的表面特征的基底，其中所述表面特征是微米尺寸和/或纳米尺寸的，每个表面特征包括结晶相和至少一个尖端，并且其中所述表面特征由一步法形成或可从一步法获得，所述一步法包括使所述基底的表面与包含碱和氧化剂的试剂溶液接触，从而在所述基底的表面上整体形成表面特征。

本公开进一步涉及包括铜表面的基底，所述铜表面包括在其上整体形成的多个表面特征，所述表面特征是微米尺寸和/或纳米尺寸的，其中所述表面特征包括Cu(OH)₂、CuO或其混合物，每个Cu(OH)₂或CuO表面特征包括至少一个尖端。

本公开还涉及包括锌表面的基底，所述锌表面包括在其上整体形成的多个微米尺寸和/或纳米尺寸的ZnO表面特征，每个ZnO表面特征包括至少一个尖端。