[发明专利]一种包覆氧化石墨烯的羟基磷灰石纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明一种包覆氧化石墨烯的羟基磷灰石纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用，所述方法将钛或钛合金在含(CH₃COO)₂Ca、β‑C₃H₇Na₂O₆P和NaOH的电解液中进行微弧氧化处理，再将得到的非晶TiO₂涂层浸入在NaOH溶液中进行水热反应，之后将在C₁₀h₁₂CaN₂Na₂O₈、β‑C₃H₇Na₂O₆P和NaOH的混合液中水热处理；最后将得到的羟基磷灰石的纳米棒阵列化涂层浸入在C₁₀h₁₂CaN₂Na₂O₈、β‑C₃H₇Na₂O₆P、NaOH和氧化石墨烯的混合体系中水热处理，得到包覆氧化石墨烯的羟基磷灰石纳米棒阵列化涂层。

技术领域

本发明属于生物医用材料表面微纳构型和化学组分活化领域，具体涉及一种包覆氧化石墨烯的羟基磷灰石纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用。

背景技术

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，HA)作为人体骨骼和牙齿的主要无机成分，由于其与人类骨组织化学成分的相似性和矿物相构型的接近而成为首选的生物材料，常以各种不同的形式和形状应用于骨骼和组织工程中。但由于其差的断裂韧性和脆性等性能，限制了其在替代骨组织后的承载能力。为了解决这一问题，后续发现HA基复合材料不仅骨传导能力和与邻近组织的骨结合能力出色而且对细胞无危害的影响。继而Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、CNT等逐渐开始被用作HA的增强材料以改善其机械性能。但增强材料如CNT也经常会削弱HA的生物活性和生物学特性，或对邻近组织产生不利影响，而理想的增强材料应在不降低其生物活性的情况下赋予复合材料机械完整性。氧化石墨烯(GO)由于面上丰富的环氧基、羰基、羟基和羧基等官能团的存在因而受到广泛关注。氧化石墨烯面上的官能团，一方面可为化学相互作用提供大量的反应位点，使氧化石墨烯薄片在高温、化学处理等还原状态下获得了高的力学性能、高亲水性和良好的生物相容性；另一方面，这些官能团的存在会使其表面呈现出负的电荷，可与HA中的Ca²⁺更好的附着。由此可见，氧化石墨烯是一种理想的、有前景的纳米级增强填料，可提高复合材料的界面结合能力和生物活性。

此外，在每年关节置换和骨折修复手术后出现的细菌感染常常会引发种植体失败，不仅会带来二次手术的翻修，还有可能导致化脓、甚至必须移除植入物，切除受感染的组织，随之而来的经济负担和身体上的痛苦也将不可避免。故理想的植入物在促进骨组织再生的同时，也应防止耐药细菌的感染。人们知道，植入生物材料初期产生的炎症反应，首先发生在种植物表面，因此对种植物表面进行功能化设计，可以达到抗感染的目的。其中，细菌杀死的过程主要涉及的是对微生物的物理或化学损伤。氧化石墨烯纳米片边缘具有类似刀片/刀的作用，可将细菌外膜割裂。细菌外膜和细胞壁作为细菌重要的组成部分，负责维持着细菌的正常形状、渗透压和防止机械应力损伤，当其受到割裂作用后，其正常的功能会发生障碍并且细胞质成分泄漏，GO进而起到抑菌和杀菌作用。其次，GO作为氧化剂可氧化细菌分子中的蛋白和脂质或是通过光依赖或光依赖反应产生的活性氧(ROS)将蛋白质灭活、导致脂质过氧化和破坏核酸来抑制或杀死细菌。此外，GO由于其表面高的活性位点可以渗透到细菌脂质膜中并提取脂膜上大部分磷脂，从而细菌的脂膜和功能的完整性遭到破坏而死亡；除上述GO对细菌造成直接损害的作用外，GO还可对细菌产生包裹作用，隔离其与正常生长代谢的营养环境，致其失活。并且随着纳米技术的发展，发现GO纳米片的尺寸面积越小，其含氧活性位点越多，进而GO不依赖ROS的氧化抗菌活性更高。