[發(fā)明專利]一種具備生物抗氧化功能的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010175946.7
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN113388874B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李愷;邵丹丹;謝有桃;劉詩偉;鄭學斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D5/54;C25D9/04;C25D5/50;A61L27/30;A61L27/54;A61L27/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 鄭優(yōu)麗;牛彥存

本發(fā)明公開一種具備生物抗氧化功能的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法與應(yīng)用。所述氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜是指在基材表面原位生長的納米管狀的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜，包括TiO₂納米管和均勻負載于TiO₂納米管表面并與TiO₂納米管之間形成納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米CeO_2?x顆粒，其中0.12≤x≤0.50，優(yōu)選0.15~0.36。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于氧化應(yīng)激環(huán)境的生物抗氧化薄膜及其制備與應(yīng)用，具體來說，涉及一種具備生物抗氧化功能的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法與應(yīng)用，屬于生物醫(yī)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人口老齡化進程加速，以及交通事故、疾病等造成的骨損傷事故的頻發(fā)，骨科植入材料的需求量日益增加。以金屬鈦或其合金為主要材質(zhì)的骨科植入體，臨床上可滿足普通患者的基本修復(fù)需求。然而，對于患有代謝性疾病(糖尿病、雌激素缺乏、骨質(zhì)疏松癥等)的骨缺損患者而言，機體內(nèi)活性氧水平較高，容易在骨科植入體周圍引發(fā)組織的氧化應(yīng)激損傷，抑制成骨細胞活性，嚴重影響術(shù)后植入體的使用效果。因此，開發(fā)具有良好生物抗氧化性能的骨科植入材料，對于促進氧化應(yīng)激下骨修復(fù)具有重要意義。

納米CeO_2-x顆粒因具有多種生物酶模擬活性被廣泛用于生物催化、生物醫(yī)藥和生物支架等領(lǐng)域。鈰離子混合價態(tài)共存(Ce³⁺/Ce⁴⁺)賦予其生物抗氧化性，使其能夠催化分解生物體內(nèi)過量的活性氧，對多種氧化應(yīng)激狀態(tài)下的細胞、組織和器官表現(xiàn)出抗氧化和抵御損傷的作用。CeO_2-x納米顆粒的多種酶模擬活性與Ce³⁺含量有關(guān)。由于二氧化鈰的氧化速度遠高于其還原速度，要形成較為穩(wěn)定的氧空位或者形成穩(wěn)定的非化學計量的CeO_2-x，二氧化鈰需要經(jīng)歷嚴苛的高溫還原過程。若不能獲得穩(wěn)定的Ce³⁺和氧空位，在實際運用中，二氧化鈰的抗氧化保護性能將大幅降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種具備良好生物抗氧化功能的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法與應(yīng)用。

第一方面，本發(fā)明提供一種具備生物抗氧化功能的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜，所述氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜是指在基材表面原位生長的納米管狀的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜，包括TiO₂納米管和均勻負載于TiO₂納米管表面并與TiO₂納米管之間形成納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米CeO_2-x顆粒，0.12≤x≤0.50，優(yōu)選0.15～0.36。

本發(fā)明的氧化鈰/氧化鈦異質(zhì)結(jié)薄膜中，Ti 2p與Ce 4f發(fā)生軌道能級雜化,可降低Ce 4f軌道電子的離域勢能，因此，金屬鈦離子摻雜有利于納米CeO_2-x顆粒形成穩(wěn)定的氧空位和Ce³⁺從而賦予其穩(wěn)定持續(xù)的生物抗氧化性，且具有良好的生物相容性，能有效降低骨細胞的氧化應(yīng)激損傷，并促進氧化應(yīng)激環(huán)境下骨組織的修復(fù)。

較佳地，所述納米CeO_2-x顆粒中Ce³⁺和Ce⁴⁺共存，對異質(zhì)結(jié)薄膜的光電子能譜(XPS)Ce 3d軌道的精細譜圖進行價態(tài)擬合分析可知，其中Ce³⁺/(Ce³⁺+Ce⁴⁺)的比例范圍為25～75％，優(yōu)選30～50％。

較佳地，所述TiO₂納米管為銳鈦礦相TiO₂納米管。由于Ti-O鍵的極性較大，超氧根陰離子和H₂O₂吸附在材料表面容易發(fā)生解離分別形成Ti-OOH和Ti-OH，銳鈦礦相TiO₂與金紅石相TiO₂相比，Ti-O的極性更大，因而，銳鈦礦相TiO₂更有利于提高異質(zhì)結(jié)薄膜的生物抗氧化性。