含抗菌涂層的鈦合金及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種含抗菌涂層的鈦合金及其制備方法和應(yīng)用，先將鈦合金表面進(jìn)行預(yù)處理并滅菌；再將其在質(zhì)量-體積濃度為1～10mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡12～36h，得到表面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；最后在濃度為5～100mmol/L的硝酸銀溶液中浸泡12～36h，得到表面沉積納米銀抗菌涂層的鈦合金。本發(fā)明用多巴胺自聚合反應(yīng)后的粘附性銜接鈦合金和銀納米粒子，并借助多巴胺的弱還原性將吸附的銀離子原位還原成納米銀。由于納米銀的廣譜抗菌能力致使其較低的效應(yīng)濃度即可達(dá)到非常好的抗菌效果。該發(fā)明為鈦合金抗菌改性提供了新思路，能夠有效促進(jìn)鈦合金植入材料在骨組織修復(fù)與再生領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】含抗菌涂層的鈦合金及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)用金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種含抗菌涂層的鈦合金及其制備方法 和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性，作為一種優(yōu)秀的植入材料廣泛應(yīng)用于骨 科和牙科。然而，由于鈦合金種植體表面菌斑易于聚積，種植體表面宿主免疫力較差，導(dǎo)致 鈦合金進(jìn)入人體后容易引發(fā)細(xì)菌感染。植入材料表面的細(xì)菌粘附及生物膜形成是其伴生感 染的主要病理基礎(chǔ)。材料界面引發(fā)的感染往往會(huì)引起植入體的過(guò)早松動(dòng)和脫落,并導(dǎo)致鄰 近組織和器官的感染甚至壞死，由此給患者帶來(lái)二次手術(shù)的痛苦和經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。
[0003] 為了提高鈦合金體內(nèi)植入效果，迫切需要提高其抗菌性。近年來(lái)，鈦合金材料表面 進(jìn)行抗菌改性取得了一定的效果，尤其等離子體氣相沉積、等離子體熱噴涂、陰極弧沉積、 等離子體注入等開(kāi)始應(yīng)用于鈦合金表面改性。但是這些技術(shù)往往步驟復(fù)雜，需要專門設(shè)備， 成本過(guò)高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種含抗菌涂層的鈦合金，該鈦合金的涂層以 聚多巴胺為中間層，利用聚多巴胺將吸附的銀離子原位還原為銀納米粒子并且固定在基材 表面；本發(fā)明還提供了該鈦合金的制備方法和應(yīng)用，克服了現(xiàn)有處理方法設(shè)備復(fù)雜、制備成 本1?的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 1、含抗菌涂層的鈦合金，鈦合金表面具有納米銀抗菌涂層，所述納米銀抗菌涂層 通過(guò)多巴胺固定在鈦合金上，制備步驟如下：
[0007] (1)將鈦合金進(jìn)行表面預(yù)處理并滅菌；
[0008] (2)將步驟（1)處理后的鈦合金置于鹽酸多巴胺溶液中12?36小時(shí)，得到表面具 有多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0009] (3)將步驟（2)得到的表面具有多巴胺薄膜層的鈦合金置于硝酸銀溶液中12? 36小時(shí)，得到表面具有納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0010] 2、含抗菌涂層的鈦合金的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)將鈦合金進(jìn)行表面預(yù)處理并滅菌；
[0012] (2)將步驟（1)處理后的鈦合金置于鹽酸多巴胺溶液中12?36小時(shí)，得到表面具 有多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0013] (3)將步驟（2)得到的表面具有多巴胺薄膜層的鈦合金置于硝酸銀溶液中12? 36小時(shí)，得到表面具有納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中所述鹽酸多巴胺溶液濃度為1?10mg/mL，溶劑為pH值 8. 5、濃度 0· 05mol/L的Tris-HCl緩沖液。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟（3)中所述硝酸銀溶液濃度為5?100mmol/L。
[0016] 更優(yōu)選的，所述步驟（2)中所述鹽酸多巴胺溶液濃度為2mg/mL，溶劑為pH值8.5、 濃度0. 05mol/L的Tris-HCl緩沖液。
[0017] 更優(yōu)選的，所述步驟（3)中所述硝酸銀溶液濃度為12. 5mmol/L。
[0018] 3、含抗菌涂層的鈦合金作為植入材料的應(yīng)用。
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用多巴胺自聚合反應(yīng)后強(qiáng)大的粘附性，以其作 為中介銜接鈦合金和銀納米粒子，從而在鈦合金材料的表面形成均勻的中間層來(lái)固定銀離 子；同時(shí)借助多巴胺的弱還原性將吸附的銀離子原位還原形成納米銀，從而制備抗菌涂層。 本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需特殊設(shè)備，制備成本低。此外，由于納米銀具有廣譜的抗菌能力，在其 較低的效應(yīng)濃度下即可達(dá)到非常好的抗菌效果。該發(fā)明為鈦合金抗菌改性提供了新思路， 能夠有效促進(jìn)鈦合金植入材料在骨組織修復(fù)與再生領(lǐng)域中的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：
[0021] 圖1原始鈦合金的掃描電鏡圖；
[0022] 圖2含抗菌涂層的鈦合金的掃描電鏡圖；
[0023] 圖3含抗菌涂層的鈦合金的能譜圖；
[0024] 圖4原始鈦合金和含抗菌涂層的鈦合金的接觸角圖；
[0025] 圖5金黃色葡萄球菌在原始鈦合金上培養(yǎng)24小時(shí)的抑菌圈圖；
[0026] 圖6金黃色葡萄球菌在含抗菌涂層的鈦合金上培養(yǎng)24小時(shí)的抑菌圈圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體 條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0028] 試劑配制：不同濃度鹽酸多巴胺溶液以現(xiàn)配的0.05mol/LTris-HCl(pH= 8. 5)為 溶劑，在避光條件下進(jìn)行配制；
[0029] 不同濃度硝酸銀溶液在避光條件下進(jìn)行配制。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0032] 1、預(yù)處理
[0033] 將鈦片分別用400、1000和2000目的砂紙打磨至表面光亮，然后依次用自來(lái)水、乙 醇、丙酮分別超聲清洗，每次10分鐘；清洗干凈后，放入60°C的烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后將 鈦片放進(jìn)無(wú)菌管內(nèi)，用報(bào)紙包裝好后放入高壓滅菌鍋內(nèi)進(jìn)行滅菌20分鐘，然后取出放入烘 箱內(nèi)烘干備用；
[0034] 2、聚多巴胺沉積
[0035] 將步驟（1)處理后的鈦合金在2mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡12小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0036] 3、納米銀涂層制備
[0037] 將步驟（2)處理后的鈦合金浸入12. 5mmol/L的硝酸銀溶液中12小時(shí)，得到表面 沉積納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0038] 實(shí)施例2
[0039] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0040] 1、預(yù)處理
[0041] 同實(shí)施例1 ;
[0042] 2、聚多巴胺沉積
[0043] 將步驟（1)處理后的鈦合金在5mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡24小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0044] 3、納米銀涂層制備
[0045] 將步驟⑵處理后的鈦合金浸入5mmol/L的硝酸銀溶液中24小時(shí)，得到表面沉積 納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0046] 實(shí)施例3
[0047] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0048] 1、預(yù)處理
[0049] 同實(shí)施例1 ;
[0050] 2、聚多巴胺沉積
[0051] 將步驟（1)處理后的鈦合金在10mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡36小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0052] 3、納米銀涂層制備
[0053] 將步驟⑵處理后的鈦合金浸入lOOmmol/L的硝酸銀溶液中36小時(shí)，得到表面沉 積納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0054] 實(shí)施例4
[0055] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0056] 1、預(yù)處理
[0057] 同實(shí)施例1 ;
[0058] 2、聚多巴胺沉積
[0059] 將步驟（1)處理后的鈦合金在8mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡24小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0060] 3、納米銀涂層制備
[0061] 將步驟（2)處理后的鈦合金浸入30mmol/L的硝酸銀溶液中12小時(shí)，得到表面沉 積納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0062] 實(shí)施例5
[0063] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0064] 1、預(yù)處理
[0065] 同實(shí)施例1 ;
[0066] 2、聚多巴胺沉積
[0067] 將步驟（1)處理后的鈦合金在4mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡20小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0068] 3、納米銀涂層制備
[0069] 將步驟⑵處理后的鈦合金浸入50mmol/L的硝酸銀溶液中16小時(shí)，得到表面沉 積納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0070] 實(shí)施例6
[0071] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0072] 1、預(yù)處理
[0073] 同實(shí)施例1;
[0074] 2、聚多巴胺沉積
[0075] 將步驟（1)處理后的鈦合金在6mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡20小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0076] 3、納米銀涂層制備
[0077] 將步驟⑵處理后的鈦合金浸入80mmol/L的硝酸銀溶液中12小時(shí)，得到表面沉 積納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0078] 實(shí)施例7
[0079] 含抗菌涂層的鈦合金的制備方法如下：
[0080] 1、預(yù)處理
[0081] 同實(shí)施例1 ;
[0082] 2、聚多巴胺沉積
[0083] 將步驟（1)處理后的鈦合金在9mg/mL的鹽酸多巴胺溶液中浸泡14小時(shí)，得到表 面沉積聚多巴胺薄膜層的鈦合金；
[0084] 3、納米銀涂層制備
[0085] 將步驟⑵處理后的鈦合金浸入lOOmmol/L的硝酸銀溶液中12小時(shí)，得到表面沉 積納米銀抗菌涂層的鈦合金。
[0086] 用掃描電子顯微鏡（FEINova400,Philips公司）觀察鈦合金表面形貌的變化， 由圖1和圖2可見(jiàn)，含抗菌涂層的鈦合金表面原位生成了銀納米粒子。
[0087] 用X-射線光電子能譜（AxisUltra,KratosAnalytical公司）分析鈦合金表面元 素變化，由圖3可見(jiàn)，含抗菌涂層的鈦合金表面出現(xiàn)了碳、氮、氧和銀元素的峰，表明多巴胺 和銀已經(jīng)成功沉積于材料表面。
[0088] 用接觸角測(cè)量?jī)x（臺(tái)灣翰光高科技股份有限公司）分析鈦合金表面親疏水性的變 化，由圖4可見(jiàn)，原始的鈦合金接觸角為68°，含抗菌涂層的鈦合金表面為23°，可以得知， 在經(jīng)過(guò)多巴胺和硝酸銀溶液處理后的鈦合金表面變得更加親水。
[0089] 用金黃色葡萄球菌通過(guò)抑菌圈實(shí)驗(yàn)和抑菌率實(shí)驗(yàn)對(duì)得到的表面生成抗菌涂層的 鈦合金進(jìn)行抗菌性能測(cè)試。
[0090] 抑菌圈實(shí)驗(yàn)中，金黃色葡萄球菌的接種濃度為IO6個(gè)/mL，培養(yǎng)溫度為37°C，培養(yǎng) 時(shí)間為24小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5和圖6。由圖5和圖6可知，含抗菌涂層的鈦合金出現(xiàn)了 明顯的抑菌圈，證實(shí)了經(jīng)過(guò)多巴胺和硝酸銀溶液處理后的鈦合金在抗菌能力上得到明顯增 強(qiáng)。
[0091]抑菌率實(shí)驗(yàn)中，先將金黃色葡萄球菌置于LB培養(yǎng)基（胰蛋白胨1.0%，酵母膏 0.5%，NaCl1.0%)中生長(zhǎng)12小時(shí)；然后將培養(yǎng)后的細(xì)菌制備成IO6個(gè)/mL的細(xì)菌懸液， 并取40μL置于事先經(jīng)過(guò)253. 7nm紫外線照射滅菌的原始鈦合金和含抗菌涂層的鈦合金 上，在37°C下培養(yǎng)12小時(shí)；然后用4mL水劇烈洗脫原始鈦合金和含抗菌涂層的鈦合金各5 分鐘，將洗脫后獲得的細(xì)菌懸液取100μL涂布在瓊脂板上，再將瓊脂板置于37°C培養(yǎng)24小 時(shí)，最后將形成的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)?？咕视上率接?jì)算求得：

【權(quán)利要求】
1. 含抗菌涂層的鈦合金，其特征在于，鈦合金表面具有納米銀抗菌涂層，所述納米銀抗 菌涂層通過(guò)多巴胺固定在鈦合金上，制備步驟如下： (1) 將鈦合金進(jìn)行表面預(yù)處理并滅菌； (2) 將步驟（1)處理后的鈦合金置于鹽酸多巴胺溶液中12?36小時(shí)，得到表面具有多 巴胺薄膜層的鈦合金； (3) 將步驟（2)得到的表面具有多巴胺薄膜層的鈦合金置于硝酸銀溶液中12?36小 時(shí)，得到表面具有納米銀抗菌涂層的鈦合金。
2. 權(quán)利要求1所述含抗菌涂層的鈦合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將鈦合金進(jìn)行表面預(yù)處理并滅菌； (2) 將步驟（1)處理后的鈦合金置于鹽酸多巴胺溶液中12?36小時(shí)，得到表面具有多 巴胺薄膜層的鈦合金； (3) 將步驟（2)得到的表面具有多巴胺薄膜層的鈦合金置于硝酸銀溶液中12?36小 時(shí)，得到表面具有納米銀抗菌涂層的鈦合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2)中所述鹽酸多巴胺溶液 濃度為1?l〇mg/mL，溶劑為pH值8. 5、濃度0? 05mol/L的Tris-HCl緩沖液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中所述硝酸銀溶液濃度 為 5 ?100mmol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2)中所述鹽酸多巴胺溶液 濃度為2mg/mL，溶劑為pH值8. 5、濃度0? 05mol/L的Tris-HCl緩沖液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中所述硝酸銀溶液濃度 % 12. 5mmol/L〇
7. 權(quán)利要求1所述含抗菌涂層的鈦合金作為植入材料的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】A61L27/28GK104357814SQ201410682547
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】劉鵬, 趙永春 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)