本发明专利技术涉及一种在在医用热解碳和ＴｉＮ薄膜上制备富银抗菌膜的方法。解决了抗菌问题。方案：在热解碳上ａ．抛光清洗；ｂ．抽真空；ｃ．１ｋｅＶ的氯离子束溅射清洗５分钟；ｄ．银离子注入：能量７０、３０ｋｅＶ，束流：２－８ｍＡ，剂量２×１０↑［１４］／ｃｍ↑［２］－３×１０↑［１４］／ｃｍ↑［２］，热解碳均匀富银层抗菌率达到１００％。在ＴｉＮ薄膜上：ａ．ｂ．ｃ．同上；ｄ．用３ｋｅＶ、８０ｍＡ的Ａｒ↑［＋］离子溅射Ｔｉ靶，同时：２０－４０ｋｅＶ、束流：２－８ｍＡ的高能Ｎ↑［＋］离子束轰击１０－２０分钟；５０－３５０ｅＶ、束流：１０－３０ｍＡ的低能Ｎ↑［＋］离子束轰击６０－１８０分钟辅助沉积，Ｎ↓［２］气压８×１０↑［３］Ｐａ；ｅ．银离子注入：３０－８０ｋｅＶ，束流：２－８ｍＡ，剂量１×１０↑［１７］／ｃｍ↑［２］－５×１０↑［１８］／ｃｍ↑［２］，形成均匀富银ＴｉＮ抗菌薄膜抗菌率达到９０％。其耐磨性好、附着力强、抗腐蚀、良好的细胞相容性抗菌时效长等特点，可应用制备人工心脏瓣膜和用于植入人体的硬组织替代材料，且环保无任何污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种医用材料的表面改性和优化，特别是涉及一种用于植入人体的医用材料表面抗菌膜的制备方法。
技术介绍
目前，用于植入人体的医用材料与人体长期(或临时)接触时，必须充分满足与生物环境的相容、抗菌、无毒等特性，而这主要取决于材料表面与生物环境的相互作用。因此，控制和改善医用材料的表面性质，是改善和促进表面与生物体相互作用的关键途径。各向同性热解碳，具有机械性能好、抗腐蚀、生物相容性好的特点，是制备人工心脏瓣膜的主要材料；具有氮化钛涂层的医用不锈钢，是近年来开发出的临床使用效果较好的一种医用材料，它有高强度、耐磨性和抗腐蚀性。然而，作为一种理想的生物材料，还需要具备抗菌性。目前，热解碳和有氮化钛涂层的医用不锈钢的抗菌性尚未达到理想状态，抗菌性能较差，在临床上感染也时有发生。重金属离子大多具有抗菌性，但多数重金属对人体有害，只有银对人体无毒。因此，如果能够在热解碳、氮化钛等医用材料表面制备富银薄膜，就有可能使材料具有抗菌性。研究一种制备具有抗菌性，又能保持材料的无毒、生物相容性，是目前医用材料领域的一个重要研究课题。在医用材料表面制备富银抗菌膜的方法至今未见报道。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中存在的问题，提供一种没有任何污染，在医用材料表面制备出性能稳定、抗菌、无生物毒性、生物相容性好且均匀致密的富银抗菌薄膜的方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是在医用热解碳和不锈钢表面的TiN薄膜上制备富银抗菌膜的方法，为了保证注入富银层的均匀性，采用在一个较高能量离子束轰击和一个较低能量离子束轰击相结合的方法即采用高能、低能相结合的离子注入方法，使其注银总计量达到5×1014/cm2--5×1018/cm2，具体步骤如下A.对于制备富银抗菌膜热解碳的步骤a.将抛光清洗好的热解碳放入旋转水冷样品台上b.抽真空使本底真空度高于1×10-3Pa c.用能量为1keV的氮离子束进行溅射清洗5分钟d.银离子注入分别用70keV、30keV双重能量，注入剂量2×1014/cm2--3×1016/cm2的银离子，形成总剂量为5×1014/cm2--5×1016/cm2的均匀富银层，富银抗菌膜热解碳抗菌率达到100％；B.在医用不锈钢基材的TiN薄膜上制备富银抗菌膜的步骤a.将抛光清洗好的医用不锈钢放入旋转水冷样品台上b.抽真空使本底真空度高于1×10-3Pac.用能量为1keV、的氮离子束进行溅射清洗5--15分钟d.采用离子束辅助沉积，用3keV、80mA的Ar+离子溅射Ti靶，进行薄膜沉积，与此同时用高能30-50keV、束流2-8mA的高能N+离子束轰击，作用时间10-20分钟；低能50-350eV、束流10-30mA的低能N+离子束轰击，作用时间为60-180分钟进行辅助沉积，沉积过程中样品台始终保持自转，氮气分压为8×10-3Pa；以便在溅射沉积的同时轰击薄膜，溅射出Ti离子和通入的氮气形成TiN薄膜，使薄膜在表层动态混合的状态下沉积增长，以获得优良的表面性能；e.银离子注入注入能量采用80keV、30keV双能量注入，剂量根据不同样品在2×1017/cm2--3×1018/cm2变化，对TiN薄膜形成总剂量为5×1017/cm2--5×1018/cm2的均匀富银层，抗菌率达到90％。本专利技术更好的技术方案是所述高能、低能相结合的离子注入方法，是先用高能离子束轰击，然后再用低能离子束轰击。本专利技术具有的优点和积极效果是由于它采用高能和低能的离子束对样品材料进行轰击，轰击的银离子可在常温下形成分布均匀、浓度高的富银薄膜，它和单一能量离子注入相比，采用双能离子注入，不仅使银离子在表面分布均匀，且形成的抗菌薄膜厚度亦均匀、致密、性能稳定。采用离子注入方法，不仅没有任何污染，而且银离子注入使材料具有明显的抗菌性，无生物毒性，并同时保持原有的生物相容性。离子注入和离子溅射的综合效果，既不会损坏原材料的生物相容性，又具有最佳抗菌性；由于采用离子注入和离子束增强沉积的物理方法，使形成的材料表面具有长时效，其抗菌性能达到长时间放置基本保持不变的改性效果，同时保持原有的硬度高、耐磨等性能，并具有附着力强、抗腐蚀及良好的细胞相容性等特点，且为绿色环保工程，不会产生任何污染。本专利技术制备的具有富银抗菌薄膜的医用材料，可应用制备人工心脏瓣膜和用于植入人体的硬组织替代材料等，其抗菌率高达90％---100％。附图说明图1是本专利技术所用的多功能离子束辅助沉积设备结构示意图，其中真空机组(1)，旋转水冷样品台(2)，溅射离子源(3)，溅射离子源(4)，旋转水冷靶台(7)，低能轰击离子源(5)，高能轰击离子源(6)，金属蒸汽弧源(MEVVA)(8)。图2是本专利技术热解碳注银样品S12 S13和S11和对应未注银样品S8的抗菌试验菌落图片。图3是不锈钢基底上TiN注银样品(E4)和对应未注银样品(E0)的抗菌试验菌落图片。图4是银离子注入不锈钢基底上TiN涂层形成的富银抗菌膜的抗菌性和注入剂量的关系。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明本专利技术所用的多功能离子束辅助沉积设备是天津泰达生物医学工程与材料有限公司提供的，其结构如图1所示。该装置既可以用来实现离子注入，又可以实现离子束辅助沉积薄膜。主要参数如下辅助离子束氮离子能量高能5-100keV；束流0-10mA；低能35-1500eV；束流0-120mA；溅射镀膜条件Ar+离子溅射Ti靶；能量0-4keV；束流0-150mA。注银的金属蒸汽弧源(MEVVA)主要参数为能量0-100keV，束流0-20mA四个宽束Kaufman离子源的主要性能如下表表1 宽束Kaufman源的主要性能参数 (1)在热解碳材料上形成均匀富银抗菌膜的实施例实施例1注入前，将抛光清洗好的热解碳样品S11放入多功能离子束辅助沉积设备的旋转水冷样品台(2)上(如图1中2所示)；真空机组(1)抽真空后，使本底真空度高于1×10-3Pa即可；由溅射离子源(3)、溅射离子源(4)用能量1KeV的氮离子束溅射清洗5分钟；由MEVVA源(8)先用高能量70keV，注入剂量为2×1014/cm2的银离子，再用相对低的能量30keV，将剂量为3×1014/cm2的银离子注入热解碳材料表面；旋转水冷靶台(7)始终被冷水机组以10℃自来水流的冷水循环，对旋转水冷靶台(7)和样品台(2)进行冷却，使热解碳温度保持在10℃～15℃。热解碳材料表面形成总剂量为5×1014/cm2的均匀富银层。用直接接触法检验测试对大肠杆菌抗菌率如表3所示高达到99％；对金黄色葡萄球菌的抗菌率如表2所示高达到95％，而未注银样品S8没有抗菌性。实施例2热解碳材料样品S12，溅射清洗5分钟后，由MEVVA源(8)先用高能量70keV，注入剂量为2×1015/cm2的银离子，再用低能量30keV，将剂量为3×1015/cm2的银离子注入表面，热解碳材料表面形成总剂量为5×1015/cm2的均匀富银层。用直接接触法检验对金黄色葡萄球菌的抗菌率如表2所示，对大肠杆菌抗菌率如表3所示，均达到100％，其余同实施例1。实施例3热解碳样品S13，溅射清洗5分钟后，由MEVVA源(8)先用高能量70keV，注入剂量为2×1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在医用热解碳和ＴｉＮ薄膜上制备富银抗菌膜的方法，其特征是采用高能、低能相结合的离子注入方法，使其注银总计量达到５×１０↑［１４］／ｃｍ↑［２］－－５×１０↑［１８］／ｃｍ↑［２］，具体步骤如下：Ａ．制备富银抗菌膜热解碳的步骤 ａ．将抛光清洗好的热解碳放入旋转水冷样品台上ｂ．抽真空使本底真空度高于１×１０↑［－３］Ｐａｃ．用能量为１ｋｅＶ的氮离子束进行溅射清洗５分钟ｄ．银离子注入：分别用７０ｋｅＶ、３０ｋｅＶ双重能量，注入剂量２×１０↑ ［１４］／ｃｍ↑［２］－－３×１０↑［１４］／ｃｍ↑［２］，的银离子，形成总剂量为５×１０↑［１４］／ｃｍ↑［２－－－－］５×１０↑［１６］／ｃｍ↑［２］的均匀富银层，富银抗菌膜热解碳抗菌率达到１００％；Ｂ．在医用不锈钢基材的ＴｉＮ 薄膜上制备富银抗菌膜的步骤ａ．．将抛光清洗好的医用不锈钢放入旋转水冷样品台上ｂ．抽真空使本底真空度高于１×１０↑［－３］Ｐａｃ．用能量为１ｋｅＶ的氮离子束进行溅射清洗５－－１５分钟ｄ．用３ｋｅＶ、８０ｍＡ的Ａ ｒ↑［＋］离子溅射Ｔｉ靶，进行薄膜沉积，与此同时：用高能３０－５０ｋｅＶ、束流：２－８ｍＡ的高能Ｎ↑［＋］离子束轰击，作用时间：１０－２０分钟；低能量５０－３５０ｅＶ、束流：１０－３０ｍＡ的低能Ｎ↑［＋］离子束轰击，作用时间为６０－ １８０分钟进行辅助沉积，沉积过程中样品台始终保持自转，氮气分压为８×１０↑［－３］Ｐａ；ｅ．银离子注入：采用８０ｋｅＶ、３０ｋｅＶ双重能量，注入剂量为２×１０↑［１７］／ｃｍ↑［２］－－３×１０↑［１８］／ｃｍ↑［２］的银离子，形成 总剂量为５×１０↑［１７］／ｃｍ↑［２］－－－５×１０↑［１８］／ｃｍ↑［２］的均匀富银层，形成富银ＴｉＮ抗菌薄膜抗菌率达到９０％。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，唐慧琴，郭希明，刘谦祥，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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