[發明專利]一種鈦表面鈦酸鋅-氧化鈦復合抗菌涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201610021459.9
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105648497B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 憨勇;葉晶;王曉珊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D9/06;A61L27/30;A61L27/54
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

本發明公開了一種鈦表面鈦酸鋅?氧化鈦復合抗菌涂層的制備方法，屬于鈦基表面處理技術領域，以(CH₃COO)₂Zn溶液和β?C₃H₇Na₂O₆P溶液的復配溶液作為電解液；以金屬鈦片為陽極，以不銹鋼為陰極，并置于電解液中，采用微弧氧化工藝對金屬鈦片進行處理，在鈦片表面制得鈦酸鋅?氧化鈦復合抗菌涂層。該方法原料易得、操作簡單、易于控制、穩定性好；經該方法制得的抗菌涂層具有較強生物活性的同時具備抗菌性，且與基體之間無不連續界面，具有較高的結合強度。

技術領域

本發明屬于鈦基表面處理技術領域，具體涉及一種鈦表面鈦酸鋅-氧化鈦復合抗菌涂層及其制備方法。

背景技術

研究表明，細菌感染是導致植入體失效的主要原因之一。有調查顯示，美國每年骨植入體的細菌感染率為43％，其中有90000列病人會在骨移植手術中死于細菌感染。骨種植體表面在手術前及手術中都可能會粘附細菌而引起細菌感染。一旦被感染，細菌傾向于在植入體表面團聚形成生物膜，從而抑制植入體與骨的整合作用；寄居于生物膜內的細菌對來自宿主的免疫及抗菌劑作用表現出極強的抵抗性，這使處理此類細菌感染問題變的非常棘手，最終有可能會因為無法解決而移出植入體，如情況嚴重甚至會導致患者的死亡。因此，通過表面改性的方法使植入體材料表面具有阻止或降低細菌粘附及繁殖的特性，即在源頭切斷細菌感染的可能是非常有意義的。目前已有很多此類表面改性的方法被成功投入應用。例如，植入體表面涂敷抗菌劑，Ag抗菌涂層和ZnO抗菌涂層等。其中將無機抗菌(Ag，Cu，Zn，稀土元素等)與氧化鈦膜層結合起來構建的復合抗菌涂層因其兼具抗菌劑及氧化鈦涂層的雙重優點也引起了研究者的極大興趣。

有研究顯示，氧化鈦膜層較純鈦本身，具有較高的羥基磷灰石誘導能力，能顯著提高成骨細胞的粘附及增殖能力，促進新骨的形成，可以很大程度上提高骨移植手術的成功率。其次，由于具有良好的光催化效應所以在特定的環境中，例如紫外光照射，氧化鈦膜層也會展現出一定的抗菌性能，抑制細菌的粘附。因此很多學者致力于將無機抗菌與氧化鈦膜層結合起來，旨在提高植入體抗菌性能的同時提高其生物活性。例如，Li等人通過將堿蝕，水熱等方法結合起來，在純鈦表面制備出了一層內嵌金屬Ag的分層二氧化鈦膜層；相比純鈦而言，這種膜層不但具有良好的生物活性，而且對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌表現出了很強的抗菌性。Wu等人采用微弧氧化的方法在純鈦表面制備了摻雜銅元素的二氧化鈦膜層，發現這種多孔的Cu-TiO₂復合膜層對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌具有良好的抗菌性。Zhao等人發現在二氧化鈦膜內摻入一定量的CeO₂后，其不會對成骨細胞產生明顯的影響，但二氧化鈦膜層的耐蝕性及抗菌性都有明顯提升。

眾所周知，Zn是組成人骨的重要微量元素之一，且其在很多生物學功能中扮演者重要角色。例如，DAN合成、酶活性核酸代謝、荷爾蒙活性等。此外，大量研究表明，鋅離子及其化合物作為無機抗菌劑具有優異的抗菌效應。例如，Hu等人發現，Zn-TiO₂復合涂層在有效抑制金黃色葡萄球菌及大腸桿菌粘附的同時可顯著提高小鼠成骨細胞的粘附、增殖及分化。Lu等人通過水熱方法將不同濃度的ZnO納米顆粒附載于TiO₂納米管內/上后發現，經ZnO修飾過的TiO₂納米管涂層不但可以防止變形鏈球菌和牙齦卟啉單細胞的增殖，而且可以削弱變形鏈球菌致病基因的表達。

鈦酸鋅(Zn₂TiO₄)作為一種含Zn的尖晶石晶型陶瓷材料，具有擊穿強度高，介電常數溫度系數小等特點，被廣泛用于制作低介電常數溫度系數陶瓷和中高電容器。此外，鈦酸鋅還是一種永久性可再生催化劑，常被用于工業生產中。然而在現有的研究中，有關鈦酸鋅的抗菌效應及相關生物學性能的研究卻無報道。

發明內容