一种钛基材料表面复合抑菌涂层制备方法
【技术领域】
[0001]本发明本涉及一种在材料表面制备复合抑菌涂层方法，特别是涉及一种在钛基材料表面制备钛纳米管并负载纳米银和含微生物解聚小分子双(3-氨基丙基)胺聚合物的复合抑菌涂层方法。属于微生物抑制及生物膜控制技术领域。
【背景技术】
[0002]生物膜是指浮游细菌附着到生物或非生物表面，并且通过其自身分泌的胞外聚合物(EPS)结合在一起，形成的结构性微生物群落。生物膜广泛存在于环境中，如消毒系统、自来水管道、工业管道、通风设备、医疗器械及病理状态下的人体组织器官。有害生物膜的形成会引起很多问题。在医学领域，一些致病菌在人体内外及医疗材料表面形成生物膜是弓丨起慢性感染疾病反复发作和难以控制的主要原因之一，而且人体细菌感染80 %都和生物膜相关。在环境领域，生物膜的存在可引起食物和水体污染、膜材料污染、管道堵塞及金属表面腐蚀等问题。
[0003]以往对于生物膜的控制多采用杀菌剂或抗菌剂，如次氯酸钠和抗生素等。如Schmidt等(2010)将抗菌剂庆大霉素组装到了可降解的聚氨基酯、玻尿酸或聚丙烯酸形成的电解质聚合物涂层中。Chuang等(2008)将抗菌剂(硝酸银或溴棕三甲铵)负载到了聚丙烯酸和聚乙烯亚胺形成的电解质涂层中。由于胞外聚合物对细菌的屏障保护作用及其形成生物膜后细菌表型发生变化，长期使用抗生素或者杀菌剂可能导致细菌抗药性增加，耐药细菌蔓延，从而带来了新的环境风险。
[0004]纳米金属颗粒是近年来发展的一种有前景的抑菌剂，其中以纳米银的应用最为普遍。当纳米银负载到材料表面，通过银离子的缓释可达到抑制材料表面生物膜形成的作用。如专利申请号200710016018.0通过化学键合的方式将纳米银颗粒固定在生产设备的表面，建立了具有缓释特性的纳米抗菌涂层，实现了对啤酒设备内生物膜的控制。但是，由于负载到材料表面的纳米银释放速率相对较快，往往很难获得长久的抑菌效果。为了提高纳米银抑菌涂层的持续有效性，本专利针对钛基材料，提出通过在钛基材料表面制备钛纳米管并负载纳米银，然后再覆盖上含有双(3-氨基丙基)胺的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)涂层，从而建立一种特殊的三维结构抑菌涂层。双(3-氨基丙基)胺是一种具有特定结构的多胺类小分子物质，其结构中的氨基能够和细菌多糖中的负价态或者带极性基团的中性糖发生化学反应，也可能和胞外DNA发生作用，从而促使生物膜解体。聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)是一种可以被微生物降解的聚合物。通过这种方式构建的钛基材料表面三维复合抑菌涂层尚未见报导。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钛基材料表面抑菌涂层制备方法。该方法通过钛基材料表面预处理及电化学氧化制备阵列结构二氧化钛纳米管(Titania nanotubes，TNTs)，并通过化学还原将纳米银载入TNTs结构中，最后在TNTs表面覆盖一层含有微生物解聚小分子物质双(3-氨基丙基)胺的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly (lactic-co-glycolic acid) ,PLGA)涂层，实现了纳米银在钛基材料稳定负载和长期缓释，显著提高了其抑菌性能。
[0006]—种钛基材料表面复合抑菌涂层制备方法，其具体步骤包括:
[0007](1)钛基材料表面预处理:将钛基材料表面用砂纸打磨至光亮且无明显划痕，然后再通过化学预处理去除表层的氧化物，其具体步骤包括:将抛光处理后的钛基材料浸渍于10-40% NaOH溶液中超声15_30min，然后用超纯水彻底冲洗钛基材料，吹干，然后将钛基材料置于5-10%草酸溶液中煮沸l_2h，取出钛基材料用超纯水清洗，备用。
[0008](2)钛基材料表面制备钛纳米管阵列(TNTs):将预处理好的钛材料样品置于电化学阳极氧化装置中，以钛片为阳极，石墨或铂片为阴极，以含0.5-2% HF水溶液或0.5-5%的NaF、KF或NH4F为阳极电解液；氧化电压分别为20-60V，氧化时间20_60min ;将阳极氧化得到的试样置于马弗炉中在400-500°C热处理2-3h制成TNTs。
[0009](3) TNTs载入纳米银(TNTs/Ag):将经过步骤(2)处理的钛材料样品置于10_50g/L AgN03溶液中，磁力搅拌10-30min，使得银离子充分分散于钛纳米管表面；滴加等摩尔的NaBH4溶液，并将溶液用NH 40H调至pH = 10，磁力搅拌20_60min，纳米银会负载到钛纳米管结构中，将负载了纳米银的钛材料样品用超纯水清洗，干燥。
[0010](4)负载含双(3-氨基丙基)胺的PLGA涂层:上述步骤(3)制得的负载了纳米银的钛材料样品(TNTs-Ag)浸渍于含有0.5-1.5mg/mL双(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液(1-2% (w/v)于二氯甲烷)中，5-15秒后取出，50-70°C干燥10-20min，然后再次浸渍于上述含双(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液中，如此重复1-10次，就完成了钛材料样品表面制备TNTs-Ag-PLGA/双(3-氨基丙基)胺复合抑菌涂层。
[0011]有益效益
[0012]本发明提出的钛基材料制备TNTs-Ag-PLGA/双(3_氨基丙基)胺复合抑菌涂层的方法，简单易行，重复性好，经济高效。涂层采用的纳米银是一种广谱杀菌剂，能够有效抑制多种细菌。(3-氨基丙基)胺是一种能够促进微生物解聚的小分子物质，能够有效作用于生物膜中的多糖，促进生物聚体解离。(3-氨基丙基)胺与纳米银的联合应用提高了纳米银的有效性。TNT表面覆盖的PLGA涂层，是一种可生物降解的涂层，它覆盖了钛纳米管管口，但当有一定量的微生物沉积在其表面并将其降解时，封口被打开，纳米银缓释出来，从而构建了一种基于微生物刺激响应模式下的三维复合抑菌涂层。该抑菌涂层在30天内可达到40-70%的抑菌率。
【附图说明】
[0013]图1钛基材料表面制备的钛纳米管阵列(TNTs)形态
[0014]图2钛基材料表面制备的TNTs-Ag-PLGA/双(3_氨基丙基)胺三维复合涂层表面形态
[0015]图3是不同钛片基底层缓释16天后对生物膜形成抑制效果
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017](1)钛片表面预处理:将钛片表面用砂纸打磨至光亮且无明显划痕，将抛光处理后的钛片材料浸泡到30% NaOH溶液中，超声30min，然后用超纯水冲洗钛片，冲洗干净后，吹干，然后将钛片放置于10%草酸溶液中煮沸lh，取出钛片用超纯水清洗。
[0018](2)钛片表面制备TNTs:将步骤(1)预处理好的钛片置于电化学阳极氧化装置中，以钛片为阳极，石墨为阴极，电解液为含1 % HF的水溶液，阴阳电极间的距离分别为6cm，在恒电位40V下氧化20min，然后取出钛片将其置于马弗炉中，在500°C热处理lh制成锐钛矿型的TNTs。
[0019](3) TNTs载入纳米银(TNTs-Ag):将经过步骤⑵处理的钛片置于10g/L AgN03S液中，磁力搅拌30min，使得银离子充分分散于纳米管表面；滴加等摩尔的NaBH4溶液，将溶液用ΝΗ40Η调至pH = 10，磁力搅拌30min，将样品用超纯水清洗，干燥，得到TNTs-Ag。
[0020](4)负载含双(3-氨基丙基)胺的PLGA涂层:PLGA溶解在二氯甲烷中，制备1 %PLGA 二氯甲烷溶液，称取一定量双(3-氨基丙基)胺，将其加入到1% PLGA 二氯甲烷溶液中，配得含有1.0mg/mL双(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液(1% (w/v)于二氯甲烷)，将经过步骤(3)处理的钛片浸入到含双(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液，10秒后取出并在70°C干燥20min，如此重复5次，就完成了钛片表面制备TNTs_Ag-PLGA/双(3-氨基丙基)胺抑菌涂层。
[0021](5)涂层表征及抑菌效应:钛样品经过电化学氧化后制得的钛纳米管结构通过扫描电镜表征如图1所示，钛纳米管结构整齐有序。其表面负载上纳米银和双(3-氨基丙基)胺的PLGA涂层后，扫描电镜图如2所示。由图可以清晰地看到在TNTs表面形成了一层很薄的PLGA/双(3-氨基丙基)薄膜，这层薄膜已完全将TNTs表面覆盖，封堵了