[发明专利]一种钛表面钛酸锌-氧化钛复合抗菌涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛表面钛酸锌‑氧化钛复合抗菌涂层的制备方法，属于钛基表面处理技术领域，以(CH₃COO)₂Zn溶液和β‑C₃H₇Na₂O₆P溶液的复配溶液作为电解液；以金属钛片为阳极，以不锈钢为阴极，并置于电解液中，采用微弧氧化工艺对金属钛片进行处理，在钛片表面制得钛酸锌‑氧化钛复合抗菌涂层。该方法原料易得、操作简单、易于控制、稳定性好；经该方法制得的抗菌涂层具有较强生物活性的同时具备抗菌性，且与基体之间无不连续界面，具有较高的结合强度。

技术领域

本发明属于钛基表面处理技术领域，具体涉及一种钛表面钛酸锌-氧化钛复合抗菌涂层及其制备方法。

背景技术

研究表明，细菌感染是导致植入体失效的主要原因之一。有调查显示，美国每年骨植入体的细菌感染率为43％，其中有90000列病人会在骨移植手术中死于细菌感染。骨种植体表面在手术前及手术中都可能会粘附细菌而引起细菌感染。一旦被感染，细菌倾向于在植入体表面团聚形成生物膜，从而抑制植入体与骨的整合作用；寄居于生物膜内的细菌对来自宿主的免疫及抗菌剂作用表现出极强的抵抗性，这使处理此类细菌感染问题变的非常棘手，最终有可能会因为无法解决而移出植入体，如情况严重甚至会导致患者的死亡。因此，通过表面改性的方法使植入体材料表面具有阻止或降低细菌粘附及繁殖的特性，即在源头切断细菌感染的可能是非常有意义的。目前已有很多此类表面改性的方法被成功投入应用。例如，植入体表面涂敷抗菌剂，Ag抗菌涂层和ZnO抗菌涂层等。其中将无机抗菌(Ag，Cu，Zn，稀土元素等)与氧化钛膜层结合起来构建的复合抗菌涂层因其兼具抗菌剂及氧化钛涂层的双重优点也引起了研究者的极大兴趣。

有研究显示，氧化钛膜层较纯钛本身，具有较高的羟基磷灰石诱导能力，能显著提高成骨细胞的粘附及增殖能力，促进新骨的形成，可以很大程度上提高骨移植手术的成功率。其次，由于具有良好的光催化效应所以在特定的环境中，例如紫外光照射，氧化钛膜层也会展现出一定的抗菌性能，抑制细菌的粘附。因此很多学者致力于将无机抗菌与氧化钛膜层结合起来，旨在提高植入体抗菌性能的同时提高其生物活性。例如，Li等人通过将碱蚀，水热等方法结合起来，在纯钛表面制备出了一层内嵌金属Ag的分层二氧化钛膜层；相比纯钛而言，这种膜层不但具有良好的生物活性，而且对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌表现出了很强的抗菌性。Wu等人采用微弧氧化的方法在纯钛表面制备了掺杂铜元素的二氧化钛膜层，发现这种多孔的Cu-TiO₂复合膜层对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌具有良好的抗菌性。Zhao等人发现在二氧化钛膜内掺入一定量的CeO₂后，其不会对成骨细胞产生明显的影响，但二氧化钛膜层的耐蚀性及抗菌性都有明显提升。

众所周知，Zn是组成人骨的重要微量元素之一，且其在很多生物学功能中扮演者重要角色。例如，DAN合成、酶活性核酸代谢、荷尔蒙活性等。此外，大量研究表明，锌离子及其化合物作为无机抗菌剂具有优异的抗菌效应。例如，Hu等人发现，Zn-TiO₂复合涂层在有效抑制金黄色葡萄球菌及大肠杆菌粘附的同时可显著提高小鼠成骨细胞的粘附、增殖及分化。Lu等人通过水热方法将不同浓度的ZnO纳米颗粒附载于TiO₂纳米管内/上后发现，经ZnO修饰过的TiO₂纳米管涂层不但可以防止变形链球菌和牙龈卟啉单细胞的增殖，而且可以削弱变形链球菌致病基因的表达。

钛酸锌(Zn₂TiO₄)作为一种含Zn的尖晶石晶型陶瓷材料，具有击穿强度高，介电常数温度系数小等特点，被广泛用于制作低介电常数温度系数陶瓷和中高电容器。此外，钛酸锌还是一种永久性可再生催化剂，常被用于工业生产中。然而在现有的研究中，有关钛酸锌的抗菌效应及相关生物学性能的研究却无报道。

发明内容