本发明属于生物医用材料，具体涉及一种具有具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层。
背景技术：
1、近年来，随着我国现代化建设的逐步完善和人民的生活水平不断提高，人民群众对高质量健康生活的需求愈加迫切。然而，疾病或意外伤害以及我国人口的日益老龄化等问题导致骨科类疾病发病率逐年升高，使得我国对相应的生物医用骨科植入材料的需求逐年增加。
2、钛及钛合金因其良好的机械性能、耐蚀性、无毒性和优异的耐腐蚀性能，被广泛应用于骨科植入领域。但是，生物医用骨科钛植入体本身不具备主动抗菌能力，细菌极易在其表面黏附甚至增殖形成生物膜，造成植入体细菌感染，占据宿主骨细胞生存空间，引起强烈的机体免疫排斥反应，严重影响植入体在体内的长期服役，是临床上诱发植入失败的主要原因。基于近红外光照射的抗菌光热治疗可将光能转化为局部的高温可以破坏细菌膜的完整性、促使蛋白质/酶变性、细胞空化和细胞液体的蒸发，具有远程可控性，非侵入性，位点特异性，深层组织渗透性，组织相容性好等优势，已成为一种安全有效的广谱抗菌策略。因此，通过在钛植入体表面构建一层具有优异近红外光响应活性的涂层可赋予植入体优异的抗细菌感染功能。
3、姜黄素是一种天然多酚，具有良好的抗氧化、抗炎和抗菌作用，在骨科和伤口愈合领域表现出极大的应用潜力。相关研究表明姜黄素可通过调节免疫微环境，促进骨髓干细胞的骨分化和细胞外基质矿化，具有优异的骨免疫调节和骨整合作用。但是，由于其疏水性和稳定性较差，其在体内吸收和快速代谢不良导致其生物利用度极低。由金属离子/离子簇组成的金属有机骨架具有比表面积大、孔隙率可控和负载效率高等优点，被广泛以用于药物递送。
4、微弧氧化是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷氧化膜的技术，又称等离子体电解氧化、阳极火花现象或火花放电阳极氧化。其基本原理是利用高压高电流的作用在阳极区产生等离子放电，在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下，金属表面的氧化物融化生成一层氧化物涂层熔敷在金属基体表面，形成陶瓷质阳极氧化膜。所构建的氧化膜层于基体形成了较好的结合，涂层内层致密、外层粗糙多孔，具有更优良的梨花性质。微弧氧化技术在生物医用骨科钛植入表面改性的应用也得到了广泛的研究。一方面，微弧氧化技术可在钛基金属表面原位生成微纳米多孔二氧化钛涂层，构造的微纳米多孔结构可在表面产生“纳米陷阱”效应，增强对近红外光的吸收，有效提高了植入体的近红外光热响应活性，赋予了植入体良好的近红外光热抗菌性能；另一方面，涂层特殊的多孔结构可增强成骨细胞在植入体表面的黏附、增殖和分化。
5、通过微弧氧化技术在纯钛表面构建具有优异近红外光热响应活性的多孔二氧化钛涂层；同时，合成多功能的zif-8负载姜黄素纳米颗粒。通过将zif-8负载姜黄素纳米颗粒水溶液滴涂于浸涂了壳聚糖的多孔二氧化钛涂层表面，并涂覆明胶与壳聚糖形成自组装多层膜结构。最终获得具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层。该构想在钛植入体表面制备的具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层不仅赋予了钛植入体优异的体内/外近红外光热协同抗菌能力，同时改善了钛植入体的抗氧化作用，有效促进了成骨细胞的增殖和分化。同时，该构想在生物医用材料技术领域鲜有报道。鉴于此，本发明提供了一种在生物医用植入体表面构建具有具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对生物医用植入材料的迫切需求，提出一种应用于生物医用植入材料表面的抗菌抗氧化涂层，该涂层植入可以有效抗菌，避免因细菌感染引起的材料植入体失败，同时具有良好的抗氧化功能和生物安全性。
2、本发明首先通过在纯钛表面构建多孔的二氧化钛涂层；随后，合成多功能的zif-8负载姜黄素纳米颗粒；然后通过将其通过壳聚糖负载于多孔二氧化钛涂层表面，并使用明胶包覆形成自组装多层膜结构进行固定；最终，获得具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层。在近红外光辐照下，所述涂层具有良好的锌离子、姜黄素和光热三重协同增强抗菌作用，同时具有良好的活性氧基团清除能力以及促成骨细胞增殖、分化作用，且所使用的材料均为无毒材料。总体而言，该种植体植入人体后能有效降低二次感染的风险，并且具有良好的促骨再生功能。
3、本发明具体通过以下技术方案实现：一种具有具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层，其特征在于，所述多功能涂层是由原位生长于钛或者钛合金表面的多孔二氧化钛以及负载其上的复合姜黄素的有机金属框架zif-8纳米颗粒组成，以及明胶和壳聚糖自组装形成的多层膜结构进行负载与固定；所述的多功能涂层在体内/外有优异的近红外响应光热、金属离子及天然抗菌物质三重协同增强抗菌功能，伤口环境响应释放抗氧化物清除活性氧基团的抗氧化功能，以及促进成骨细胞增殖和分化的功能。所述的一种具有具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层的制备方法，包括如下步骤
4、（1）复合姜黄素的有机金属框架zif-8纳米颗粒的合成：首先，将2-甲基咪唑溶于超纯水中形成溶液，随后加入姜黄素并搅拌一段时间，随后配置硝酸锌溶液并逐滴加入其中或者悬浊液，随后离心、清洗、冷冻干燥获得复合姜黄素的有机金属框架zif-8纳米颗粒；
5、（2）多孔二氧化钛涂层的制备：切割一定尺寸纯钛或钛合金作为基体，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，干燥后使用微弧氧化设备进行表面处理，在其表面原位生长多孔二氧化钛涂层，随后取出、干燥、待用；
6、（3）复合姜黄素的有机金属框架zif-8纳米颗粒的负载：将步骤（2）处理的钛片在壳聚糖-乙酸溶液中浸泡，随后取出、干燥，于其上涂滴步骤（1）制备的复合姜黄素的有机金属框架zif-8纳米颗粒，待干燥后置于明胶溶液中浸泡，取出、干燥，最终获得具环境响应及光热响应的抗菌抗氧化促成骨多功能涂层。
7、进一步的，所述的（1）中2-甲基咪唑质量为6.5~9.0g、姜黄素质量为120~150mg、六水硝酸锌质量为0.3~0.5g；所述步骤（1）中溶液离心时转速为8000rpm，时间为10~15min。
8、进一步的，所述的（2）中微弧氧化工作模式为恒压模式，电解液体系为15~25g/lna2co3和1~2g/l koh的混合溶液，工艺参数为：频率400~1000hz，占空比5~15%，外加正向电压200~500v，处理时间为1~2min。
9、进一步的，所述的（3）中壳聚糖浓度为10~15mg/ml，乙酸的质量分数为2~4%，浸泡时间为10~15min；所述步骤（3）中滴涂zif-8溶液的体积为20~60ul、浓度为100~110ug/ml，干燥的温度和时间分别为30~50℃、2~3h；明胶浓度为5~8mg/ml，浸泡的时间为10~15min。
10、有益效果
11、（1）该涂层对金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌作用，可以赋予生物医用植入体表面抗菌特性，降低生物医用植入体术后感染的风险。
12、（2）该涂层具有抗菌作用的同时，还具有良好的生物安全性，使得涂层植入人体后不会对植入部位的组织细胞产生毒害作用以及可以促进成骨细胞增殖的分化；该涂层中的明胶层在紧密聚合生物医用植入体表面和抗菌药物的同时还可以减缓zif-8的水解，复合姜黄素的有机金属框架zif-8具有良好的伤口环境响应释放锌离子及姜黄素功能，从而起到长期抗菌作用。
13、（3）该涂层还具有良好的活性氧基团清除能力和抗氧化功能，能显著促进钛植入体表面成骨细胞的黏附、增殖和分化，表现出巨大的骨整合能力。
14、（4）该涂层结构简单、易于制备，具有良好的抗菌、生物安全性和抗氧化活性。该涂层无需复杂的制备工艺，成本廉价、制备简便，具有普遍适用性。