[发明专利]一种具有石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层的工件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有石墨烯‑二氧化钛复合抗菌涂层的工件，包括工件基体，以及设置于所述工件基体表面的石墨烯‑二氧化钛复合抗菌涂层，所述复合抗菌涂层中，石墨烯掺杂在二氧化钛涂层中。该复合抗菌涂层与工件基体之间的结合牢固，其在赋予工件基体抗菌性能的同时兼具有良好的生物相容性。本发明还提供一种具有石墨烯‑二氧化钛复合抗菌涂层的工件的制备方法。其中该复合抗菌涂层是采用等离子体喷涂技术制得。

技术领域

本发明涉及抗菌涂层制备技术领域，特别是涉及一种具有石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层的工件及其制备方法。

背景技术

医用种植体和手术器具等，由于直接与人体组织接触，需满足临床使用的各种要求，除具备良好的力学性能外，还必须具有良好的生物相容性、抗菌性等。TiO₂由于具有良好的化学稳定性、生物相容性以及与种植体等的结合强等优点而被广泛用于植入体等的表面改性，但TiO₂不具备抗菌性能。为了预防种植体在应用中遇到细菌感染等问题，需赋予种植体一定的抗菌性能，同时兼具良好的生物相容性，这样才能保证种植体的长期稳定性。

目前的研究表明，在种植体表面涂层中添加抗菌元素(银、铜、镓等)，抗菌多肽、季铵盐等可赋予种植体抗菌性能，但是这些抗菌添加物对细胞或组织存在潜在的毒性，而且容易产生细菌耐药多药性。石墨烯是一种具有良好的抗菌性能及生物相容性而用于种植体的抗菌研究，但现有技术主要是以游离态的石墨烯材料抗菌，其具有潜在的纳米毒性，限制了其在抗菌领域的应用。

因此，有必要提供一种兼具良好抗菌性、生物相容性、低毒性的工件，以满足医用种植体等的临床要求。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种具有石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层的工件，通过在工件基体上设置石墨烯-二氧化钛复合涂层，该复合涂层的存在，在赋予工件基体表面抗菌性能的同时，对其生物相容性无明显损害。

第一方面，本发明提供了一种具有石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层的工件，包括工件基体，以及设置于所述工件基体表面的石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层；其中，所述复合抗菌涂层中，石墨烯掺杂在二氧化钛涂层中。

本发明在工件基体表面设置石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层，其中，石墨烯不是以游离态存在，而是掺杂在二氧化钛涂层中，所形成的复合涂层的结构致密，与基底结合力强，该复合涂层既能抑制细菌的生长，表现出良好抗菌性，又可利于功能性细胞(如成骨细胞)的粘附，具有良好生物相容性。

可选地，所述复合抗菌涂层采用等离子体喷涂法制备得到。进一步可选地，所述复合抗菌涂层的厚度为50-120μm。

可选地，所述复合抗菌涂层的表面具有微米/纳米结构。即，所述复合抗菌涂层的表面具有微米结构，所述微米结构中含有纳米晶粒。其中，所述纳米晶粒的尺寸在5nm-100nm。所述微米/纳米结构是通过扫描电子显微镜(SEM)来检测。

其中，所述复合抗菌涂层的粗糙度在微米级别。所述“粗糙度”是通过表面粗糙度仪(如北京时代公司的TR200表面粗糙度仪)来测得涂层的表面粗糙度。优选地，所述复合抗菌涂层的粗糙度为1-10μm。当所述复合抗菌涂层的粗糙度为微米级别时，更有利于细胞的粘附。

本发明中，所述石墨烯包括单层石墨烯或多层石墨烯。可选地，所述石墨烯的厚度为1-60个原子层厚度。其中，所述多层石墨烯优选为2-10层。

可选地，二氧化钛的晶粒附着在所述石墨烯的片层上，以及穿插在所述石墨烯的片层之间。可选地，所述石墨烯的片层位于所述二氧化钛的晶粒表面，及所述二氧化钛晶粒之间的间隙中。因此，本发明的复合抗菌涂层中，石墨烯与二氧化钛层之间的结合力较强，石墨烯不容易脱落变成游离状。