[发明专利]一种具备生物抗氧化功能的氧化铈/氧化钛异质结薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种具备生物抗氧化功能的氧化铈/氧化钛异质结薄膜及其制备方法与应用。所述氧化铈/氧化钛异质结薄膜是指在基材表面原位生长的纳米管状的氧化铈/氧化钛异质结薄膜，包括TiO₂纳米管和均匀负载于TiO₂纳米管表面并与TiO₂纳米管之间形成纳米异质结构的纳米CeO_2‑x颗粒，其中0.12≤x≤0.50，优选0.15~0.36。

技术领域

本发明涉及一种适用于氧化应激环境的生物抗氧化薄膜及其制备与应用，具体来说，涉及一种具备生物抗氧化功能的氧化铈/氧化钛异质结薄膜及其制备方法与应用，属于生物医用技术领域。

背景技术

随着人口老龄化进程加速，以及交通事故、疾病等造成的骨损伤事故的频发，骨科植入材料的需求量日益增加。以金属钛或其合金为主要材质的骨科植入体，临床上可满足普通患者的基本修复需求。然而，对于患有代谢性疾病(糖尿病、雌激素缺乏、骨质疏松症等)的骨缺损患者而言，机体内活性氧水平较高，容易在骨科植入体周围引发组织的氧化应激损伤，抑制成骨细胞活性，严重影响术后植入体的使用效果。因此，开发具有良好生物抗氧化性能的骨科植入材料，对于促进氧化应激下骨修复具有重要意义。

纳米CeO_2-x颗粒因具有多种生物酶模拟活性被广泛用于生物催化、生物医药和生物支架等领域。铈离子混合价态共存(Ce³⁺/Ce⁴⁺)赋予其生物抗氧化性，使其能够催化分解生物体内过量的活性氧，对多种氧化应激状态下的细胞、组织和器官表现出抗氧化和抵御损伤的作用。CeO_2-x纳米颗粒的多种酶模拟活性与Ce³⁺含量有关。由于二氧化铈的氧化速度远高于其还原速度，要形成较为稳定的氧空位或者形成稳定的非化学计量的CeO_2-x，二氧化铈需要经历严苛的高温还原过程。若不能获得稳定的Ce³⁺和氧空位，在实际运用中，二氧化铈的抗氧化保护性能将大幅降低。

发明内容

本发明为了解决现有技术中所存在的缺陷，提供一种具备良好生物抗氧化功能的氧化铈/氧化钛异质结薄膜及其制备方法与应用。

第一方面，本发明提供一种具备生物抗氧化功能的氧化铈/氧化钛异质结薄膜，所述氧化铈/氧化钛异质结薄膜是指在基材表面原位生长的纳米管状的氧化铈/氧化钛异质结薄膜，包括TiO₂纳米管和均匀负载于TiO₂纳米管表面并与TiO₂纳米管之间形成纳米异质结构的纳米CeO_2-x颗粒，0.12≤x≤0.50，优选0.15～0.36。

本发明的氧化铈/氧化钛异质结薄膜中，Ti 2p与Ce 4f发生轨道能级杂化,可降低Ce 4f轨道电子的离域势能，因此，金属钛离子掺杂有利于纳米CeO_2-x颗粒形成稳定的氧空位和Ce³⁺从而赋予其稳定持续的生物抗氧化性，且具有良好的生物相容性，能有效降低骨细胞的氧化应激损伤，并促进氧化应激环境下骨组织的修复。

较佳地，所述纳米CeO_2-x颗粒中Ce³⁺和Ce⁴⁺共存，对异质结薄膜的光电子能谱(XPS)Ce 3d轨道的精细谱图进行价态拟合分析可知，其中Ce³⁺/(Ce³⁺+Ce⁴⁺)的比例范围为25～75％，优选30～50％。

较佳地，所述TiO₂纳米管为锐钛矿相TiO₂纳米管。由于Ti-O键的极性较大，超氧根阴离子和H₂O₂吸附在材料表面容易发生解离分别形成Ti-OOH和Ti-OH，锐钛矿相TiO₂与金红石相TiO₂相比，Ti-O的极性更大，因而，锐钛矿相TiO₂更有利于提高异质结薄膜的生物抗氧化性。