[发明专利]一种在圆柱形钛钉表面的近红外响应功能涂层的制备方法及应用

说明书

一种在圆柱形钛钉表面的近红外响应功能涂层的制备方法，包括以下步骤：钛钉预处理；钛钉上生长二氧化钛纳米管：将处理好的钛钉放入电解液中并接在阳极上，阴极接定制的管状石墨电极，反应电压为40V，常温下反应3h，乙醇超声后干燥，450℃煅烧2h，得到钛钉/TNT；合成金纳米粒子和碳量子点；将金纳米粒子和碳量子点负载至钛钉表面二氧化钛纳米管上，得到钛钉/TNT/AU/CQDS。采用本发明的方法可制备在圆柱形钛钉表面负载金纳米粒子和碳量子点的二氧化钛纳米管，所得具备功能涂层的钛钉在红外线808nm照射15min后具备良好的光热效应并且产生活性氧，对于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有着更加优良的抗菌效果，同时还有很好的细胞相容性和成骨性能。

技术领域

本发明涉及一种功能复合材料的制备方法，更具体地，涉及一种在圆柱形钛钉表面的近红外响应功能涂层的制备方法及应用。

背景技术

生物医用材料是用来临床诊断、治疗病损、修复或替换组织器官修复或者对现有组织和器官进行功能增进，而且不会对生物体产生其他的负面影响的材料。生物医用材料可以被划分为医用金属材料，医用高分子材料，医用陶瓷以及医用复合材料。在医用金属材料中钛金属因为具有良好的的力学性能，抗腐蚀性强，弹性模量接近于人体骨骼，生物惰性等优良特性，是目前骨科常用的植入体材料，尤其在骨科内固定手术中的负载部位得到了广泛的应用。

但是因为医用植入体所造成的细菌感染已经被越来越多内社会所重视,这种感染的发生不仅会给患者带来更多的痛苦和经济负担,甚至还会威胁到患者的生命。医用钛基植入体的植入过程中也会有被细菌感染的情况发生，而且一般的钛植入体材料的形状并不是平面状的，例如钛钉是圆柱体的，传统工艺很难在形状不平的表面做出完美的二氧化钛纳米管薄膜。为了解决细菌感染和对材料加工工艺的问题，我们希望在保留植入体优良性能的前提下对其进行改性和工艺的升级，让我们的涂层可以做到圆柱体的钛钉上使植入体有抗菌性能，同时还也可以达到促进成骨细胞的增值分化。

传统的常用抗菌材料包括无机的金属离子和有机的抗生素，但是金属离子往往伴随着比较严重的毒性，有机抗生素的滥用则会使得细菌产生耐药性。近红外光因为它的深穿透性被广泛的应用于光动力治疗和光热治疗当中，所以说光动力和光热治疗可以被应用在抗菌领域，可以通过光响应达到快速杀菌的作用，把这种快速杀菌的功能应用在钛植入体上，可以解决细菌感染这个问题。传统的阳极氧化二氧化钛涂层由于工艺的限制基本上只能在平面的钛金属上进行制作，这就限制了在常规的圆柱形钛钉上进行二氧化钛涂层的生长。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种在圆柱形钛钉表面的近红外响应功能涂层的制备方法及应用，采用本发明的方法可制备在圆柱形钛钉表面负载金纳米粒子和碳量子点的二氧化钛纳米管，所得具备功能涂层的钛钉在红外线808nm照射15min后具备良好的光热效应并且产生活性氧，对于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有着更加优良的抗菌效果，同时还有很好的细胞相容性和成骨性能。

本发明，一种在圆柱形钛钉表面的近红外响应功能涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1、钛钉预处理；

S2、钛钉上生长二氧化钛纳米管：将步骤S1中处理好的钛钉放入电解液中并接在阳极上，阴极接定制的管状石墨电极，所述钛钉正好置于所述管状石墨电极的中间，阳极氧化反应电压为35～45V，常温下反应170～190min，经过超声、干燥和煅烧后得到钛钉/二氧化钛纳米管；

S3、合成金纳米粒子和碳量子点；

S4、将步骤S3中所述金纳米粒子和碳量子点负载至钛钉表面二氧化钛纳米管上，得到钛钉/二氧化钛纳米管/金纳米粒子/碳量子点。

进一步地，步骤S4中所述负载方法：步骤S3中所述金纳米粒子和碳量子点的溶液按照体积比1：2的比例混合得到混合溶液，并将步骤S2中得到的钛钉/二氧化钛纳米管垂直放置在所述混合溶液中，在真空环境中负载24h，之后在50℃下干燥24h。