[发明专利]一种铁掺杂二硫化钼涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铁掺杂二硫化钼涂层材料及其制备方法和应用，所述铁掺杂二硫化钼涂层材料包括原位生长于金属基底表面的掺杂有铁元素的二硫化钼纳米片，所述铁掺杂二硫化钼涂层材料中铁元素的掺杂量为1～4wt%。本发明在医用钛钛合金表面构建铁掺杂二硫化钼层，使其抗菌效果明显提高。

技术领域

本发明涉及一种铁掺杂二硫化钼涂层材料及其制备方法和应用，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

细菌、真菌等病原微生物常常引发机体组织发生病变，对人体健康造成威胁，医用抗菌材料受到越来越多的关注。医用抗菌材料主要可以分为有机和无机抗菌材料两类。抗生素类是最常见的有机抗菌材料，然而抗生素类药物使用过多将导致细菌耐药性的增加，使得问题变得更加棘手。而有机抗菌材料中的另一大类，高分子类抗菌剂使用寿命较短、容易失效等缺点使得其应用范围受到限制。目前，研究者们研制出以银为代表的金属抗菌材料和以氧化钛为代表的氧化物抗菌材料，对细菌等微生物具有良好的抑制作用，同时也避免了有机抗菌材料带来的问题。但是同时，有文献表明，银纳米颗粒可以通过内吞作用进入宿主细胞，影响组织细胞的正常生理过程，存在很大的安全隐患(Applied SurfaceScience 2014,311:582-592)。二氧化钛抗菌材料需要利用其光催化活性，然而较宽的带隙使得其能够利用的光波长范围比较狭窄。因此，研制新型抗菌材料具有很重要的前景与社会意义。

二硫化钼是一种典型的过渡金属硫化物，具有层状结构。纳米二硫化钼由于具有比表面积大、边缘活性位点多等独特的性质，已经广泛应用于锂离子电极材料、水解制氢催化剂等领域(Electronic Materials Letters 2015,11:323-335)。此外，二硫化钼在生物医学上已有较多的研究与应用，如药物运输、光热治疗、诊断成像等(Chemical SocietyReviews 2015,44:2681-2701)，具有广阔的应用空间和巨大的潜力。然而，传统的基底表面二硫化钼层的制备采用化学气相沉积或物理气相沉积，工艺较为复杂。

发明内容

针对现有抗菌材料的不足，本发明的目的在于在生物医用钛或其合金表面构建一种新型抗菌涂层材料。该涂层材料可以选择性杀伤细菌而对正常组织细胞负面作用较小，可以应用于生物医疗器械。

一方面，本发明提供了一种铁掺杂二硫化钼涂层材料，所述铁掺杂二硫化钼涂层材料包括原位生长于所述金属基底表面的掺杂有铁元素的二硫化钼纳米片，所述铁掺杂二硫化钼涂层材料中铁元素的掺杂量为1～4wt％。

本发明在金属基底(例如，医用钛或钛合金等)表面构建铁掺杂二硫化钼层(其中，铁掺杂二硫化钼层是掺杂有铁元素的二硫化钼纳米片原位形成在金属基底表面的涂层)后，抗菌效果明显提高。本发明中，铁掺杂二硫化钼涂层材料抗菌效果的增强与铁掺杂有直接联系：一方面，生成物中的含铁化合物在抗菌过程中会释放出亚铁离子，而亚铁离子对细菌的生长具有抑制作用；另一方面，二硫化钼纳米片边缘的活性位点可以催化水产生活性氧，而亚铁离子与产生的活性氧能够组成类芬顿反应体系，反应产生更多的活性氧，而活性氧能够氧化细菌的细胞膜上的磷脂和蛋白质，破坏细菌的细胞完整性，影响其正常的生理过程，进而细菌的遗传物质也将受到氧化破坏，细菌走向死亡，由此，材料的抗菌效果明显提高。并且，二硫化钼层在使用过程中不会释放重金属纳米颗粒或离子，同时，此涂层的使用也不会受到光波长范围的限制，有效避免了目前抗菌材料带来的安全隐患和应用问题。

较佳地，所述二硫化钼纳米片的长度为200～400nm，厚度为50～100nm。

较佳地，所述金属基底为生物医用钛或生物医用钛合金。

较佳地，所述铁元素以钼酸亚铁的形式掺杂于二硫化钼纳米片中。如图4中所示，生长有所述涂层材料的样品的XRD结果中，出现了FeMoO₄的特征衍射峰，相应样品的元素分布图中，Mo、S、Fe、O各元素分布均匀，表明FeMoO₄在二硫化钼纳米片中分布均匀。