钛基纳米管表面载银单宁纳米磷灰石复合涂层的制备方法与流程

本发明属于骨植入体、牙种植体表面改性技术，涉及一种纯钛基纳米管表面载银单宁纳米磷灰石复合涂层的制备方法，属于生物医学工程领域，可用于生物材料的表面改性。可赋予植入体抗菌、抗氧化性能和高生物活性，促进植入界面骨整合。

背景技术：

钛凭借其优异的耐腐蚀性和机械性能，常被作为负载条件下的骨植入材料，但由于其具有生物惰性，与周围骨组织整合缓慢，致使种植过程易伴随一系列手术并发症如感染、发炎等。微生物感染问题作为植入物最常见和最严重的并发症，至今未得到很好地解决。钛本身不具备抗感染能力，为了防止细菌在其表面的粘附，通过改性手段赋予其抗菌性能是提高临床植入成功的关键。另一方面，对于身体状况不佳的患者，植入界面处存在大量的活性氧，其会对成骨细胞的生物学功能造成损害，从而阻碍新骨形成。因此，通过表面改性赋予钛金属一定的抗感染、抗氧化能力尤为重要。

目前，赋予植入物抗菌性能的方法有很多，主要是通过一定的物理、化学手段将各种抗菌剂负载于植入体表面，以无机抗菌剂为主。银具有广谱的抗菌性能，将银纳米颗粒与羟基磷灰石进行掺杂可以赋予植入物优异的抗菌性能，但银与组织的接触以及不受控释放会对生物组织造成严重的毒副作用。因此，寻找一个合适的载体和稳定的涂层来实现对银的控释非常重要。另外，将具有抗氧化性能的物质复合到涂层中，能同时赋予植入物抗氧化性，进一步优化植入物性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钛基纳米管表面载银单宁纳米磷灰石复合涂层的制备方法，通过阳极氧化技术在纯钛基表面形成纳米管形貌后，采用低温浸泡法在纳米管表面还原银纳米颗粒并沉积单宁纳米磷灰石涂层覆盖其上，使植入物具有抗菌和抗氧化的双重功能特性，同时具备一定的生物活性。

本发明所述的钛基纳米管表面载银单宁纳米磷灰石涂层的制备方法，其步骤如下：

（1）纯钛基纳米管制备：将表面光滑的纯钛材料在丙酮、乙醇和去离子水中依次超声清洗10min，晾干备用。以纯钛为阳极，铂电极为阴极，稳定电压20-40v的条件下在含氟电解液中阳极氧化1-3h，取出样品，去离子水冲洗，自然晾干。将其置于马弗炉中进行高温退火处理，以0.5-10℃/min的升温速率由室温升温至450℃，保温2h后自然降温，冷却后取出备用。

（2）银纳米颗粒的制备：将上述处理后的样品浸泡于硝酸银溶液中，避光振荡1h，然后置于单宁酸水溶液中振荡浸泡1h，取出冲洗晾干。

（3）单宁-钙络合物涂层制备：将样品浸泡在单宁酸与氯化钙的混合溶液中，放置于40-80℃的烘箱中1-5h，后于10-25℃条件下交联30min到1h。将样品从溶液中取出，用去离子水冲洗掉粘合不牢的浮物，放于80-200℃的烘箱中干燥。

（4）磷酸盐水热处理：将形成了载银单宁-钙络合物涂层的钛基纳米管材料垂直浸泡于磷酸盐溶液中，37-90℃下水浴2-5h，取出样品，用去离子水冲洗，置于电热鼓风干燥箱中37℃下干燥后，即得载银单宁纳米磷灰石复合涂层。

步骤（1）所述的纯钛材料为商业纯钛，所述含氟电解液为丙三醇/去离子水/氟化铵体系，其中丙三醇与去离子水质量比为6:5，氟化铵的含量为0.9wt%。

步骤（2）所述硝酸银溶液浓度为0.01-0.2m，单宁酸溶液浓度为1-10g/l。

步骤（3）所述单宁酸浓度为10-50g/l，所述氯化钙的浓度为0.1-1m。

步骤（4）所述的磷酸盐溶液的浓度为0.01-0.1m，所述的磷酸盐为磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸氢氨、磷酸钾、磷酸氢钾中的至少一种。

通过以上制备方法所述的工艺步骤，纯钛基纳米管表面形成的银纳米颗粒均匀分布，直径为10-80nm，单宁纳米磷灰石为棒状形态，直径为10-30nm，长度为100-300nm。所形成的氧化钛纳米管结构规整，具有增大的比表面积，可作为银纳米颗粒的载体并促进单宁纳米磷灰石涂层的形成。通过先后浸泡硝酸银和单宁酸溶液，利用单宁将纳米管表面和内部的银离子还原为银纳米颗粒。浸泡单宁酸与氯化钙的混合溶液，利用单宁在氧化钛表面的粘附作用以及在低温下与钙离子的络合作用，将钙离子固定在纳米管的表面和内部。浸入磷酸盐溶液中后，在界面处纳米磷灰石不断形核、生长，最终在钛纳米管表面形成了均匀的载银单宁纳米磷灰石复合涂层。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1钛基表面氧化钛纳米管sem图；

图2钛纳米管表面形成的银纳米颗粒sem图；

图3载银钛纳米管样品的eds能谱图；

图4钛纳米管表面形成的载银单宁纳米磷灰石复合涂层sem图；

图5总抗氧化能力测试结果图。

具体实施方式

实施例1

取1cm×1cm纯钛箔在超声波清洗机中依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗10min，捞出放于鼓风干燥箱烘干备用。

取30g丙三醇和25ml去离子水混合均匀后，加入0.5g氟化铵，通过磁力搅拌至均匀澄清，配制成电解液。

室温条件下，以纯钛箔为阳极，铂电极为阴极，恒定电压30v进行阳极氧化1h，取出样品，去离子水冲洗，自然晾干。

将晾干后的样品在马弗炉中进行高温煅烧，加热速率为5℃/min，由室温升温至450℃，保温2h后随炉自然冷却至室温。

用sem观察其表面结构，可见在光滑的纯钛箔表面形成了一层垂直于基底的纳米管阵列（附图1）。

将上述处理后的样品于0.1m的硝酸银溶液中避光振荡浸泡1h，然后置于10g/l的单宁酸水溶液中振荡浸泡1h，取出冲洗晾干。

用sem观察处理后表面的形貌变化，可见样品表面形成了银纳米颗粒（附图2），eds能谱显示样品含有丰富的银元素（附图3）。

然后将样品置于单宁酸浓度为30g/l、氯化钙浓度为0.5m的混合溶液中，放置于40℃烘箱中浸泡3h，拿出后室温交联1h。将样品从溶液中取出，冲洗掉表面结合不牢固的浮物，放于80℃鼓风干燥箱中干燥。

最后将上述处理后的样品垂直浸入0.1m的磷酸钠溶液中，90℃下水浴3h后，取出样品，用去离子水冲洗，在37℃电热鼓风干燥箱中干燥。用sem观察其表面形貌，可见在表面形成了棒状的纳米磷灰石（附图4）。

使用碧云天生物技术有限公司生产的抗氧化能力检测试剂盒（frap法）对样品的总抗氧化能力进行检测（附图5），以去离子水作为阴性对照，trolox作为阳性对照。采用抑菌圈法测试样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果，相比以无载银的单宁纳米磷灰石涂层样品，载银的单宁纳米磷灰石涂层样品抑菌圈较为明显，具有良好的抗菌效果。

实施例2

取1cm×1cm纯钛箔在超声波清洗机中依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗10min，后捞出放于鼓风干燥箱烘干备用。取30g丙三醇和25ml去离子水混合均匀后，加入0.5g氟化铵，通过磁力搅拌至均匀澄清，配制成电解液。室温条件下，以钛箔为阳极，铂电极为阴极，恒定电压30v进行阳极氧化2h，取出样品，去离子水冲洗，自然晾干。将晾干后的样品在马弗炉中进行高温煅烧，将加热速率设置为10℃/min，由室温升温至450℃，保温2h后随炉自然冷却至室温。将上述处理后的样品于0.05m的硝酸银溶液中避光振荡浸泡1h，然后置于10g/l的单宁酸水溶液中振荡浸泡1h，取出冲洗晾干。然后将样品置于单宁酸浓度为10g/l、氯化钙浓度为0.1m的混合溶液中，放置于40℃烘箱中浸泡3h，拿出后室温交联1h。将样品从溶液中取出，冲洗掉表面结合不牢固的浮物，放于80℃鼓风干燥箱中干燥。最后将上述处理后的样品垂直浸入0.1m的磷酸钠溶液中，90℃下水浴3h后，取出样品，用去离子水冲洗，在37℃电热鼓风干燥箱中干燥。使用碧云天生物技术有限公司的抗氧化能力检测试剂盒（frap法）对样品的总抗氧化能力进行检测，以去离子水作为阴性对照，trolox作为阳性对照。采用抑菌圈法测试样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果。

实施例3

取1cm×1cm纯钛箔在超声波清洗机中依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗10min，后捞出放于鼓风干燥箱烘干备用。取30g丙三醇和25ml去离子水混合均匀后，加入0.5g氟化铵，通过磁力搅拌至均匀澄清，配制成电解液。室温条件下，以钛箔为阳极，铂电极为阴极，恒定电压30v进行阳极氧化1h，取出样品，去离子水冲洗，自然晾干。将晾干后的样品在马弗炉中进行高温煅烧，将加热速率设置为5℃/min，由室温升温至450℃，保温2h后随炉自然冷却至室温。将上述处理后的样品于0.2m的硝酸银溶液中避光振荡浸泡1h，然后置于5g/l的单宁酸水溶液中振荡浸泡1h，取出冲洗晾干。然后将样品置于单宁酸浓度为30g/l、氯化钙浓度为0.1m的混合溶液中，放置于40℃烘箱中浸泡3h，拿出后室温交联1h。将样品从溶液中取出，冲洗掉表面结合不牢固的浮物，放于100℃鼓风干燥箱中干燥。最后将上述处理后的样品垂直浸入0.05m的磷酸钠溶液中，90℃下水浴2h后，取出样品，用去离子水冲洗，在37℃电热鼓风干燥箱中干燥。使用碧云天生物技术有限公司的抗氧化能力检测试剂盒（frap法）对样品的总抗氧化能力进行检测，以去离子水作为阴性对照，trolox作为阳性对照。采用抑菌圈法测试样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果。

实施例4

取1cm×1cm纯钛箔在超声波清洗机中依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗10min，后捞出放于鼓风干燥箱烘干备用。取30g丙三醇和25ml去离子水混合均匀后，加入0.5g氟化铵，通过磁力搅拌至均匀澄清，配制成电解液。室温条件下，以钛箔为阳极，铂电极为阴极，恒定电压20v进行阳极氧化2h，取出样品，去离子水冲洗，自然晾干。将晾干后的样品在马弗炉中进行高温煅烧，将加热速率设置为5℃/min，由室温升温至450℃，保温2h后随炉自然冷却至室温。将上述处理后的样品于0.05m的硝酸银溶液中避光振荡浸泡1h，然后置于5g/l的单宁酸水溶液中振荡浸泡1h，取出冲洗晾干。然后将样品置于单宁酸浓度为50g/l、氯化钙浓度为0.5m的混合溶液中，放置于80℃烘箱中浸泡3h，拿出后室温交联1h。将样品从溶液中取出，冲洗掉表面结合不牢固的浮物，放于80℃鼓风干燥箱中干燥。最后将上述处理后的样品垂直浸入0.1m的磷酸钠溶液中，90℃下水浴5h后，取出样品，用去离子水冲洗，在37℃电热鼓风干燥箱中干燥。使用碧云天生物技术有限公司的抗氧化能力检测试剂盒（frap法）对样品的总抗氧化能力进行检测，以去离子水作为阴性对照，trolox作为阳性对照。采用抑菌圈法测试样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果。

实施例5

取1cm×1cm纯钛箔在超声波清洗机中依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗10min，后捞出放于鼓风干燥箱烘干备用。取30g丙三醇和25ml去离子水混合均匀后，加入0.5g氟化铵，通过磁力搅拌至均匀澄清，配制成电解液。室温条件下，以钛箔为阳极，铂电极为阴极，恒定电压40v进行阳极氧化1h，取出样品，去离子水冲洗，自然晾干。将晾干后的样品在马弗炉中进行高温煅烧，将加热速率设置为5℃/min，由室温升温至450℃，保温2h后随炉自然冷却至室温。将上述处理后的样品于0.1m的硝酸银溶液中避光振荡浸泡1h，然后置于1g/l的单宁酸水溶液中振荡浸泡1h，取出冲洗晾干。然后将样品置于单宁酸浓度为10g/l、氯化钙浓度为0.5m的混合溶液中，放置于40℃烘箱中浸泡3h，拿出后室温交联1h。将样品从溶液中取出，冲洗掉表面结合不牢固的浮物，放于100℃鼓风干燥箱中干燥。最后将上述处理后的样品垂直浸入0.05m的磷酸钠溶液中，90℃下水浴5h后，取出样品，用去离子水冲洗，在37℃电热鼓风干燥箱中干燥。使用碧云天生物技术有限公司的抗氧化能力检测试剂盒（frap法）对样品的总抗氧化能力进行检测，以去离子水作为阴性对照，trolox作为阳性对照。采用抑菌圈法测试样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果。