[發明專利]具有分級納米點結構的二氧化鈦基復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410346487.9
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104175680A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 程逵;孫俞;翁文劍;宋晨路;杜丕一;沈鴿;趙高凌;張溪文;徐剛;汪建勛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B15/04;B32B17/06;B32B9/04;A61L27/40;A61L27/10;A61L27/02;A61L27/04;A61L27/06;C12N5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明屬于生物醫用薄膜領域，具體涉及兼具可調表面親水特性和離子緩釋性能的分級納米點結構二氧化鈦基復合薄膜及其制備方法。

背景技術

表面和界面是實現器件和材料功能性的窗口,表面微納米結構的構筑對材料的性能有著非常重要的意義。微納米結構生物材料目前已成為生物醫用材料領域一個研究熱點和難點。大量的研究表明具有微納米結構特征的生物材料表現出了積極的生物學響應，相對其他生物材料，微納米結構材料可以顯著促進細胞的粘附、增殖和分化。

細胞微環境在決定細胞功能中起著重要的作用，微環境中表面拓撲結構和化學成分是控制細胞行為的基礎。材料表面微觀結構的改變即可對細胞營造出不同的微環境，使得細胞的粘附、遷移、增殖和分化等行為表達出現差異。為提高生物材料的細胞相容性等性能，在材料表面構建微米、納米及微/納米復合結構被廣泛研究。從生物的角度來說，細胞的體積大概處于微米級別，一般為幾微米到幾十微米。細胞運動遷移等主要依靠細胞偽足，相對而言細胞偽足可以感受到材料表面亞微米甚至納米級別的變化。所以，細胞整體可以感受到生物材料表面微米結構的變化，并且根據自身的粘附和遷移“喜好”與材料表面結合作用。細胞偽足在感知到材料表面的納米結構變化后，選擇合適的納米表面，進行遷移、粘附以及后續的基因表達等生物學行為。同時，微納結構也會提高細胞分化?[Mendonca?G,?Mendonca?D,?Aragao?F?J?L,?et?al.?Advancing?dental?implant?surface?technology–from?micron-to?nanotopography.?Biomaterials,?2008,?29(28):?3822-3835]。因此，構建具有微米和納米結構共存的微納結構生物材料表面對細胞行為表達具有重要意義。

二氧化鈦無毒，具有優異的生物相容性和化學穩定性，而且其表面在光激發后具有促進細胞粘附、增殖和分化等性能[Miyauchi?T,?Yamada?M,?Yamamoto?A,?et?al.?The?enhanced?characteristics?of?osteoblast?adhesion?to?photofunctionalized?nanoscale?TiO₂?layers?on?biomaterials?surfaces.?Biomaterials,?2010,?31(14):?3827-3839]，在生物醫用材料方面發展很快。在體外細胞培養所涉及的細胞中，很多為貼壁細胞，如何收獲細胞成為一大關鍵問題。研究發現細胞傾向于附著在微憎水的表面上，而不易于附著于親水的表面之上，目前體外細胞培養收獲細胞時主要用胰酶處理，但胰酶處理會使細胞與細胞外基質分離，不利于細胞的后續利用，因此制備出能改變表面潤濕性的材料以作為培養皿等器皿的表面涂層對細胞收獲極有價值。這對于組織工程、細胞生物傳感器等的發展都具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有優異光致親水性且制備方法簡便、成本低的具有分級納米點結構的二氧化鈦基復合薄膜及其制備方法。

本發明的具有分級納米點結構的二氧化鈦基復合薄膜，是在基底上自下而上依次有二氧化鈦納米點層和光敏半導體納米點層；二氧化鈦納米點層中二氧化鈦納米點的尺寸為30～300nm，密度為1.0×10¹⁰～1×10¹¹/cm²；光敏半導體納米點層中光敏半導體納米點的尺寸為10～200nm，密度為1.0×10⁹～1.0×10¹²/cm²。

上述的基底可以為石英玻璃、硅片、鉭片、鈦片或鈦鎳合金片。

所述的光敏半導體可以是氧化鋅、氧化鐵、氧化鋯或氧化錫。

制備上述的具有分級納米點結構的二氧化鈦基復合薄膜的方法，步驟如下：

1）將鈦源、絡合劑和去離子水按摩爾比1:0.3:1的比例加入到無水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮在室溫下充分攪拌，配制成鈦原子濃度為0.1-0.5?M，聚乙烯吡咯烷酮濃度為10~100mg/ml的二氧化鈦前驅體溶膠；將二氧化鈦前驅體溶膠滴至清洗凈的基底表面至其鋪滿，并以4000-8000rpm的速度旋涂20-60s，之后將其置于400-600℃下保溫0.5-2h，在基底上得到二氧化鈦納米點層；