一种负载纳米银颗粒的抗菌二氧化钛涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种表面抗菌涂层制备技术，主要于生物医用材料的表面改性。
【背景技术】
[0002]1985年，日本的科研人员首先发现了 Ti02在紫外光照射下有杀菌作用。之后纳米二氧化铁作为抗菌材料的研究应用一直很活跃，并广泛研究了二氧化铁对细菌、病毒、真菌、藻类和癌细胞等光催化杀菌的作用。随着人民生活水平的提高，人们对工作和生活环境的卫生日益重视，从而促进了具有抗菌功能材料的研究与开发，各种抗菌制品应运而生。其中Ti02抗菌剂由于安全性高，持久性强，耐热性好，抗菌性佳在抗菌领域得到广泛开发和应用。
[0003]银离子具有良好的杀菌效果，广谱抗菌性，性质稳定，无毒无刺激，从而使其得到广泛的应用。通过纳米工艺制备的纳米银由于具有较小尺寸和较大比表面积，表现出色的抗菌性能，己被广泛应用到建材、涂料、纺织，医学等诸多领域。
[0004]钛及钛合金材料由于其良好的生物相容性，耐磨性，以及与人骨接近的弹性模量等，被广泛应用于生物医用材料，如血管支架，牙种植体，人工关节等。生物材料相关感染是目前临床种植体最重要的并发症之一，感染一旦发生常常很难治疗从而不得不去除种植体进行二次手术。生物材料相关感染高发有两个主要原因:第一，细菌粘附到种植体表面后会形成菌斑，菌斑里的细菌对宿主免疫力和抗菌治疗有很高的抵抗力很难去除；第二，由于目前种植体的生物活性仍非很理想，种植体与周围骨组织之间有一层无血管的纤维层，导致免疫细胞或通过全身给药的抗生素难以到达种植体表面。因此，具有更好骨传导特性从而能去除无血管纤维层以提高局部抵抗力，同时具有长期抗菌特性以防止菌斑形成的表面涂层非常有必要。
[0005]Ti02-NTs由于其结构特点，可以认为是一个纳米容器，可作为药物如抗菌剂的载体，从而为实现长期抗菌功能提供了可能。同时纳米Ti02具有光催化抗菌效果，而银及银离子亦具有杀菌效果，将二者结合制备的载Ag纳米Ti02薄膜通常会表现出更强的杀菌性能和更广的抗菌谱。阻止种植体表面菌斑形成的最有效的办法是预防细菌的早期粘附，因为菌斑一旦形成很难去除。从这个角度出发，抗菌涂层特别是载有抗菌剂的涂层是一个有效的途径。多种不同的抗生素都被尝试用于抗菌涂层制备，但抗生素的局部使用所带来的抗生素耐药菌株的风险严重限制了其应用。银是强效抗菌之一，它由于多方面的优点而吸引了越来越多的注意，如广谱抗菌能力甚至包括某些抗生素耐药菌、合活的浓度良好的生物相容仲、良好的的稳定性以及产生耐药菌的可能性小等优点。由于银抗菌的有效浓度很低，因此可以通过在Ti02-NT中载入足够多的银和控制释放速度获得长期抗菌特性。
【发明内容】
[0006]本发明的技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种负载纳米银颗粒的抗菌二氧化钛涂层的制备方法，通过阳极氧化及化学沉积等技术，并配以适当的工艺参数，在Ti02纳米管负载纳米结构的银颗粒，并使它大小均一、分布均匀、含量适中，而且纳米颗粒与纳米管的结合力应该要好，不易被冲刷掉。本发明工艺简单，实施费用低且抗菌效果明显，具有较好的推广应用价值。
[0007]本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
[0008]一种负载纳米银颗粒的抗菌二氧化钛涂层的制备方法，按照下述步骤进行:
[0009]步骤I，对钛片进行预处理，具体来说，将1XHXlmm3的纯钛片经400#、1200#、2500#水砂纸依次打磨至表面光滑，无明显划痕和缺陷。打磨好的试样依次经过乙醇、去离子水超声清洗约5min后，室温下干燥。
[0010]步骤2，采用电化学阳极氧化方法，将钛片作为阳极，钼片作为阴极，使用电解液组成为乙二醇和水的体积比为100:1，氟化铵的浓度为0.14M (mol/L)，阳极电压为20— 60V，氧化时间为3h，制备出均匀的T12纳米管阵列，选择在无水乙醇溶液中进行超声清洗，然后在去离子水中清洗，最后在空气中自然干燥。
[0011]步骤3，将步骤2得到的T12纳米管阵列进行热处理，使其转变锐钛矿晶型，自室温20— 25°C升温至450°C，升温速度为4°C /min,保温温度为450°C，保温时间为lh，随炉降温至室温20— 25 °C。
[0012]步骤4，在乙二醇和水混合溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硼氢化钠和硝酸银，混合均匀，将经过步骤3热处理的T12纳米管阵列放进混合溶液中进行沉积，取出后清洗并在空气中干燥，其中乙二醇、水的体积比为1:1，PVP、硼氢化钠、硝酸银浓度分别为1.5mM、39.6mM、7mM，沉积银颗粒保温温度为70°C，时间为7h。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:(1)本发明通过阳极氧化和化学沉积等工艺在纯钛表面制备出抗菌纳米涂层，经实验证明对制试样表面细菌和对周围细菌具有良好的抑制作用。(2)本发明的优势在于合成纳米银颗粒和二氧化钛纳米管有良好的结合力，能保证持续银离子释放，进而达到长时间的抗菌效果。(3)本发明是通过阳极氧化和化学沉积制备抗菌纳米涂层，这种方法工艺简单，制备成本低。
【附图说明】
[0014]图1为本发明所制备的纳米银颗粒负载二氧化钛纳米管的扫描电镜表面形貌照片。
[0015]图2为本发明所制备的纳米银颗粒负载二氧化钛纳米管的扫描电镜侧面形貌照片。
[0016]图3为本发明所制备的纳米银颗粒负载二氧化钛纳米管的XRD谱线，其中(a)是二氧化钛(T12)试样，(b)是负载纳米银(Ag)的二氧化钛(T12)试样，?代表银(Ag)，?代表钛(Ti)，?二氧化钛(T12)。
[0017]图4为本发明所制备的纳米银颗粒负载二氧化钛纳米管涂层对大肠杆菌(革兰氏阴性)的抑菌效果照片，其中Ti为纯钛片，Ti02-NTs为二氧化钛纳米管，Ag/Ti02-NTs为负载Ag的二氧化钛纳米管。
[0018]图5为本发明所制备的纳米银颗粒负载二氧化钛纳米管涂层对金黄色葡萄球菌(革兰式阳性)的抑菌效果照片，其中Ti为纯钛片，Ti02-NTs为二氧化钛纳米管，Ag/Ti02-NTs为负载Ag的二氧化钛纳米管。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。试样为1mmX 14mmX Imm的纯钛片(纯度为99.9%)，乙二醇(C2H6O2，天津市华东试剂厂)，氟化铵(NH4F，天津市华东试剂厂)，无水乙醇(C2H6O,天津市华东试剂厂)，硝酸银(AgNO3,天津瑞金特化学品有限公司)，聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30，天津联星生物试剂公司)，硼氢化钠(NaBH4,天津市光复精细化工研究所)，氯化钾(KC，天津联星生物试剂公司)，氯化钙(CaCl2,天津市华东试剂厂)，碳酸氢钠(NaHC03,(天津联星生物试剂公司)，变色硅胶(天津联星生物试剂公司)，磷酸缓冲液(PBS，天津联星生物试剂公司)，戊二醛(C5H8O2，美国Sigma-aldrich公司)，梯度酒精(30%，50%，70%,80%,90%,95%, 100%)ο抗菌实验中所用细菌为革兰氏阴性大肠杆菌EscherichiaColi(E.coli)(天津医科大学提供)和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌Staphylococcusaureus(S.aureus)(天津医科大学提供)。培养基为LB培养基，其组成为胰蛋白胨(10g/L)、酵母提取物(5g/L)、氯化钠(NaCl，10/L),固体培养基则需另加琼脂(15/L)。实验中所涉及的药品均为分析纯级。
[0020]实施例1:
[0021]I)将1X 14X Imm3的纯钛片经400#、1200#、2500#水砂纸依次打磨至表面光滑，
无明显缺陷。将打磨好的试样依次在去乙醇、离