專利名稱：一種具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用鈦金屬材料的表面改性方法，特別涉及一種具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法；屬于醫(yī)用金屬表面處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦及其合金被廣泛地用作生物醫(yī)用材料，例如人工骨、人工關(guān)節(jié)、種植牙、各種矯形組件以及人工心血管等。然而，在手術(shù)過程中有可能帶入周圍環(huán)境中的細(xì)菌，從而引發(fā)術(shù)后感染。更換新的植入材料，延長住院時(shí)間，復(fù)雜的修正過程造成患者的病痛甚至導(dǎo)致死亡。因此，如何避免細(xì)菌在鈦植入體材料表面的黏附和增殖，成為植入材料領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的熱門問題。目前，預(yù)防細(xì)菌感染的常規(guī)方法是注射抗生素減輕細(xì)菌感染。但是抗生素自身存在很多缺陷首先，抗生素存在半衰期必須進(jìn)行長期注射；其次，每種抗生素只能抑制特定的細(xì)菌感染，而且長期注射某種抗生素會(huì)激發(fā)細(xì)菌的耐藥性。金屬銀作為一種經(jīng)典的非特異性殺菌劑能夠抑制大范圍的細(xì)菌與真菌感染，包括抗藥性的菌株，同時(shí)對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有較低的毒性。而納米銀顆粒因其大的比表面積等特點(diǎn)具有更強(qiáng)的殺菌性能。另外，最近一些資料顯示銀納米顆粒具有潛在的抗炎癥和加速傷口愈合的效用。因此，用銀納米顆?；蛘咩y化合物對(duì)鈦進(jìn)行表面改性必將引起研究熱潮。近年來提出 T一些物理(Biomed. Eng. Online 2006, 5:22)、化學(xué)方法(Appl. Surf.Sci. 2008，255:435-438)制備的材料都能有效抑制細(xì)菌黏附和生長，但亦存在諸多缺陷如 昂貴的器械、單面抗菌效果、銀離子釋放的不可控性、薄膜與基體的結(jié)合不夠緊密、有機(jī)試劑的引入(Int. J. Nanomed. 2010，5，261-267)導(dǎo)致周圍組織的損傷等。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種具有抑菌性能的鈦酸-納米銀鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法的制備方法。本發(fā)明所述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，由水熱法-離子交換-還原方法實(shí)現(xiàn)，步驟是將表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料，在硝酸銀溶液中進(jìn)行離子交換，制備鈦酸銀納米結(jié)構(gòu)，然后用無毒還原劑還原，得到鈦酸納米銀鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)；其特征在于所述表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料由鈦片在10±2MNa0H溶液60±2°C下水熱反應(yīng)24±4h，超純水清洗獲得；所述硝酸銀溶液濃度為O. OOlmM O. ImM ;所述離子交換的條件是在硝酸銀溶液中37±2°C避光反應(yīng)24±4h ;所述無毒還原劑是葡萄糖、檸檬酸鈉或抗環(huán)血酸，濃度為O. 005mM O. 5mM ;所述還原條件是37±2°C還原反應(yīng)24±4h。其中上述表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料是指在鈦金屬表面上有一層與鈦基體緊密結(jié)合的厚度為1±0. 3微米、孔徑為200±20納米的鈦酸鈉納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的，壁厚為20 30納米的鈦材料。其中上述鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)是由層狀鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu)及其層間的金屬銀納米顆粒構(gòu)成，所述銀納米顆粒的粒徑5±2納米。上述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法中所述硝酸銀溶液濃度優(yōu)選為O. ImM。上述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法中所述無毒還原劑優(yōu)選檸檬酸鈉或抗環(huán)血酸。 上述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法中所述無毒還原劑的濃度優(yōu)選O. 5mM。經(jīng)過本發(fā)明所述改性處理方法得到的鈦表面納米結(jié)構(gòu)分布有5納米左右，以單質(zhì) 形式存在的銀納米顆粒，銀納米顆粒的存在顯著提高了鈦金屬材料的抗菌性能。本發(fā)明提供的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，即銀納米顆粒-鈦酸鹽夾層表面納米結(jié)構(gòu)的抑菌型鈦植入體材料的制備方法，通過堿水熱處理得到鈦酸鈉納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有大的比表面積，能夠負(fù)載藥物，增強(qiáng)植入體與組織的結(jié)合強(qiáng)度，是一種良好的植入體鈦表面改性方法。在硝酸銀溶液中浸沒上述樣品，使得鈦酸鹽中的鈉離子與溶液中的銀離子發(fā)生離子交換，從而得到銀元素。接下來的無毒還原劑可使得通過離子交換得到的銀離子被還原為銀納米顆粒，從而使得銀離子得到緩慢并長久釋放并且不摻雜毒性物質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)不僅使得鈦植入體與基體具有良好的結(jié)合性能，而且自身具有很強(qiáng)的抑菌性能和良好的細(xì)胞相容性。另外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備過程簡便，成本低，無任何毒性化學(xué)試劑的參與。鈦酸鹽/銀納米顆粒/鈦酸鹽不但使得鈦植入材料能夠長效殺菌，使得材料有更加廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是鈦金屬材料表面鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡形貌對(duì)照?qǐng)D(SEM)。圖2是經(jīng)實(shí)施例I處理得到的鈦金屬材料表面鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡形貌對(duì)照?qǐng)D(SEM)。圖3是經(jīng)實(shí)施例I處理得到的鈦金屬材料表面結(jié)構(gòu)的高分辨透射電鏡圖片(HRTEM)0
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例I :本發(fā)明實(shí)施例提供了一種納米銀一鈦酸夾層化合物納米結(jié)構(gòu)的鈦抑菌型植入材料的制備方法，所述方法包括如下步驟(I)鈦片在IOM NaOH溶液61 °C下水熱反應(yīng)24h，超純水清洗；(2)將上述樣品浸沒在O. ImM的硝酸銀溶液中37°C避光反應(yīng)24h進(jìn)行離子交換；超純水清洗干凈；(3)將上述(2)得到的樣品浸入O. 5mM的抗壞血酸溶液中，37°C還原反應(yīng)24h，然后取出，用超純水清洗干凈，自然干燥，得到納米銀一鈦酸夾層化合物納米結(jié)構(gòu)的鈦抑菌型植入材料。圖I是經(jīng)步驟(I)水熱反應(yīng)在鈦表面得到的鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)過步驟(2)離子交換和步驟(3)還原反應(yīng)后得到的樣品表面的掃描電鏡形貌(SEM)圖片由如圖2所示，離子交換與還原反應(yīng)后金屬鈦表面的納米結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化。組成納米結(jié)構(gòu)的片層之間大量粒徑大約為5納米的顆粒(圖3)。抗菌實(shí)驗(yàn)將鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)和經(jīng)實(shí)例I離子交換和還原所得的樣品用75%酒精滅菌，然后將樣品加入到5ml含有l(wèi)(Tl06CFU/ml的大腸桿菌DH5a的溶液中在37V震蕩24h后，取出IOOml菌液涂在含有培養(yǎng)基的瓊脂板上放在37°C恒溫箱中培養(yǎng)24h，最后計(jì)算瓊脂板上細(xì)菌數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，由水熱法-離子交換-還原方法實(shí)現(xiàn)，步驟是將表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料，在硝酸銀溶液中進(jìn)行離子交換，制備鈦酸銀納米結(jié)構(gòu)，然后用無毒還原劑還原，得到鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)；其特征在于所述表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料由鈦片在10±2MNa0H溶液60±2°C下水熱反應(yīng)24±4h，超純水清洗獲得；所述硝酸銀溶液濃度為0.OOlmM 0. ImM ;所述離子交換的條件是在硝酸銀溶液中37±2°C避光反應(yīng)24±4h ;所述無毒還原劑是檸檬酸鈉、抗環(huán)血酸或葡萄糖，濃度為0. 005mM 0. 5mM ;所述還原條件是37±2°C還原反應(yīng)24±4h。
2.如權(quán)利要求I所述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料是指在鈦金屬表面上有一層與鈦基體緊密結(jié)合的厚度為1±0.3微米、孔徑為200±20納米的鈦酸鈉納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的，壁厚為20 30納米的鈦材料。
3.如權(quán)利要求I所述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)是由層狀鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu)及其層間的金屬銀納米顆粒構(gòu)成，所述銀納米顆粒的粒徑5±2納米。
4.如權(quán)利要求I所述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述硝酸銀溶液濃度為0. ImM。
5.如權(quán)利要求I所述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述無毒還原劑是檸檬酸鈉或抗環(huán)血酸。
6.如權(quán)利要求I所述具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述無毒還原劑的濃度為0. 5mM。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有抑菌性能的鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-金屬鈦復(fù)合材料的制備方法，由水熱法-離子交換-還原方法實(shí)現(xiàn)，是將表面有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦材料，在硝酸銀溶液中進(jìn)行離子交換，制備鈦酸銀納米結(jié)構(gòu)，然后用無毒還原劑還原，得到鈦酸-納米銀-鈦酸納米夾層納米結(jié)構(gòu)。經(jīng)過本發(fā)明改性處理得到的鈦金屬材料，其抗菌性能得到極大提高，抗菌率(大腸桿菌DH5α，葡萄鏈球菌)達(dá)98%以上。同時(shí)，通過細(xì)胞(前成骨細(xì)胞MC3T3-E1，成纖維細(xì)胞3T3和胚胎干細(xì)胞)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)該材料具有細(xì)胞相容性，可以滿足醫(yī)用鈦金屬材料所需的性能要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B22F9/24GK102766860SQ201210200618
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者任娜, 劉宏, 劉鐸, 李建華, 江懷東, 王冠聰, 陳麗梅 申請(qǐng)人:山東大學(xué)