[发明专利]一种具有类金刚石阵列的结构件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有类金刚石阵列的结构件，包括基体和设置在所述基体上的具有尖端结构的类金刚石纳米针阵列，所述类金刚石纳米针阵列通过对形成在所述基体上的一类金刚石涂层进行刻蚀得到。所述具有类金刚石阵列的结构件可以对细菌的细胞壁产生压力，穿刺细菌的细胞壁使其伸展并最终溶解，导致细菌死亡，有效破坏生物膜的形成，赋予该结构件显著的抗菌性能。本发明还提供了该具有类金刚石阵列的结构件的制备方法。

技术领域

本发明涉及超疏水材料领域，具体涉及一种具有类金刚石阵列的结构件及其制备方法。

背景技术

生物材料，特别是用于医用植入体(如自动植入式心脏除颤器，尿导管等)和手术器具上的生物材料，由于直接与人体组织接触，需满足临床使用的各种要求。除具备一般材料的良好物理、化学和力学性能外，还必须具有抗菌性，以免受细菌定植，进而导致在设备表面形成生物膜及感染细菌。生物膜是微生物为应对外界环境变化而自身分泌的胞外聚合物聚集于介质表面所形成的菌落聚集体，生物膜的形成会增加细菌的耐药性，提高临床医疗的难度。因此，一般需要对医用金属、陶瓷材料进行表面改性，以提供其抗菌性。

类金刚石(diamond-like carbon，DLC)是一种含有sp²和sp³键合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、高热导率、高透光性、化学惰性强及良好的生物相容性等优异性能，DLC膜在光学窗口、刀具、模具等零部件、生物医疗器件等领域都具有广阔的应用前景。DLC涂层作为医学植入体材料表面改性层，其主要优越性表现在：①DLC涂层机械强度与植入体材料的可适配性不仅保证了涂层与医用植入体材料的牢固结合，而且增强了植入体负载部位的支撑强度；②高致密度DLC涂层其优异的耐磨耐蚀性能不仅提高了生物-力学交互环境下植入体材料的耐腐蚀磨损能力，同时可有效屏蔽金属离子向周围组织和血液的扩散，进而抑制有害金属离子溶入生物组织并阻止其对生物组织产生的毒性反应而引起的组织损伤，延长医用材料服役寿命；③低毒性和高化学稳定性的DLC涂层因其具有可调控表面界面性能而能够适应植入体服役环境，降低人体对医用植入材料的排异性并提高其与生物组织的相容性。但目前还未见单独的DLC涂层就能具有抗菌性的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种具有类金刚石阵列的结构件，其通过在基体上先沉积一层类金刚石涂层，然后对其进行刻蚀，形成具有针尖状尖端结构的类金刚石纳米针阵列。该具有类金刚石阵列的结构件具有良好的抗菌性能，用以解决现有技术中类金刚石涂层备杀菌性弱或几乎没有抗菌性能的问题。

第一方面，本发明提供了一种具有类金刚石阵列的结构件，包括基体和设置在所述基体上的具有尖端结构的类金刚石纳米针阵列，所述类金刚石纳米针阵列通过对形成在所述基体上的一类金刚石涂层进行刻蚀得到。

优选地，所述基体和类金刚石纳米针阵列之间还设置有残余类金刚石涂层，所述类金刚石纳米针阵列形成在所述残余类金刚石涂层表面。所述残余类金刚石涂层为一完整的涂层，不具有类金刚石纳米针。进一步地，所述残余类金刚石涂层的厚度为100nm～3μm。所述残余类金刚石涂层的存在，更有利于提高基体和类金刚石纳米针阵列的结合力。

优选地，所述金刚石纳米针阵列中的类金刚石纳米针为锥状结构，所述类金刚石纳米针的长径比为20～80，尖部直径为10～100nm，底部直径为30nm～2μm，针密度为10⁴～10⁹个·cm^-2。

其中，所述长径比是指纳米针的高度与所述纳米针高度的一半所对应的直径的比值。显然地，所述底部直径应不小于所述尖部直径。

本申请中，所述类金刚石纳米针阵列中，类金刚石纳米针的高度可以为均一的高度，也可以是高度不一的纳米针，其高度在10nm～10μm之间变化。例如可以同时存在高度在100nm以下的纳米针和高度为0.8-9μm的纳米针。