一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过阳极氧化法在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管，将其作为银纳米颗粒的储池；其次，利用高碘酸钠将海藻酸钠进行氧化得到二醛海藻酸钠，记为ADA，作为阴离子聚电解质，和阳离子聚电解质CHI进行层层自组装形成聚电解质多层膜，该多层膜形成的驱动力来自于ADA与CHI的静电相互作用以及ADA上的醛基与CHI上的氨基的共价相互作用，使构建的稳定的多层膜能够有效地控制银离子的释放，降低银离子对成骨细胞造成的毒性，实现良好的生物相容性，并能实现优异的抗菌性能从而赋予钛基植入体良好的抗菌和成骨性能。

Preparation method of antibacterial titanium with silver surface and good biocompatibility

The invention discloses a preparation method of antibacterial titanium material with good biocompatibility on the surface of silver, which is characterized by the following steps: firstly, uniform titanium dioxide nanotubes are constructed on the surface of titanium material by anodic oxidation method, and are used as storage pools of silver nanoparticles; secondly, sodium alginate is prepared by sodium periodate. Sodium alginate dialdehyde, known as ADA, is synthesized by layer-by-layer self-assembly of sodium alginate as an anionic polyelectrolyte and cationic polyelectrolyte CHI. The driving force for the formation of the multilayer is the electrostatic interaction between ADA and CHI, and the covalent interaction between aldehyde groups on ADA and amino groups on CHI. The stable multilayers can effectively control the release of silver ions, reduce the toxicity of silver ions to osteoblasts, achieve good biocompatibility, and achieve excellent antibacterial properties, thus giving titanium-based implants good antibacterial and osteogenic properties.

【技术实现步骤摘要】
一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法
本专利技术涉及材料领域，具体是一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有优良的机械强度、生物相容性和抗腐蚀性能，是牙科和骨科治疗中最常用的生物材料。然而，生物材料相关的术后感染仍然是临床应用身上带的一个重要挑战。植入后感染会导致伤口的愈合延迟，甚至需要进行反复的手术，这会导致病人的痛苦以及过多的费用。更严重的是，细菌一旦附着在植入钛表面，它们会通过形成生物膜来抵抗来自免疫系统的致命作用，同时抗生素治疗对已形成生物膜的细菌的杀伤效率很低。研究表明，抑制细菌的早期粘附(4-6小时)被证明是抑制生物膜形成的关键一步。基于这个问题，研究者们越来越重视赋予钛基植入材料抗感染能力，比如在钛材表面结合抗生素，银纳米颗粒，抗菌肽等等。近年来，银(银)基材料，特别是银纳米粒子，由于其广谱抗菌、抗真菌和抗病毒活性，已被广泛应用于各个领域。此外研究者发现，银纳米颗粒与抗生素的联合使用对耐药菌MRSA和肺炎克雷伯菌，有明显的抑制作用。人们普遍认为，银纳米粒子的抗菌作用是由银纳米粒子释放出的银(Ag)离子而非颗粒本身造成的。通常认为，Ag离子在低浓度时是细胞相容性的。然而，在短时间内释放出大量的Ag会引起细胞毒性。基于上述内容，对所设计的含银纳米颗粒的钛基材料表面进行生物改性，除了能够实现有效的银离子的缓释效果，在赋予钛基材料有效的抗菌性能的同时并实现良好的细胞相容性，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管1.1)将清洗后的钛箔进行干燥处理后，再进行电化学腐蚀过程；所述干燥过程中：温度范围为40～80℃，时间为2～6小时；所述电化学腐蚀过程中：将铂箔作为阴极，将干燥处理后的钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水和/或甘油的混合物；所述氟化铵的浓度为0.27M；所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；所述电化学腐蚀过程中：恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；1.2)将步骤1.1)中得到的电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；1.3)将步骤1.2)中得到的锐钛矿型二氧化钛纳米管浸泡在硝酸银溶液中，取出后使用磷酸缓冲盐溶液进行冲洗，最后将冲洗后的锐钛矿型二氧化钛纳米管置于紫外灯下进行紫外还原，得到加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管；所述浸泡过程中：硝酸银溶液的浓度为0.01～1M，浸泡时间为2～12小时；所述紫外还原过程中：还原时间为10～60分钟；2)制备氧化海藻酸钠2.1)在室温避光的条件下，将高碘酸钠加入到混合物A中，磁力搅拌6～24小时后，得到产物A；所述混合物A为海藻酸钠水和/或乙醇混合溶液；所述混合物A中海藻酸钠的浓度为1％～5％；所述水和乙醇的体积比的范围为5︰0～0︰5；所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；2.2)在步骤2.1)中得到的产物A中加入乙二醇后，再加入氯化钠，得到产物B；所述乙二醇的体积为1～10mL，所述氯化钠的重量为1～5g；2.3)将步骤2.2)中得到的产物B中加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；2.4)将步骤2.3)中得到的沉淀物置于蒸馏水中，再加入乙醇，再次进行沉淀，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；所述蒸馏水的体积为100～300mL，所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；所述步骤2.4)重复进行3～5次后，得到产物C；2.5)将步骤2.4)中得到的产物C用透析袋在蒸馏水中液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物氧化海藻酸钠；所述透析过程的时间为3天，所述透析过程中每天更换蒸馏水；所述冷冻干燥过程中：温度为-55℃，时间为2天；3)在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜3.1)将步骤2.5)中得到的氧化海藻酸钠溶解在容器A中的无菌蒸馏水中，得到氧化海藻酸钠溶液；所述氧化海藻酸钠溶液的浓度为1～5mg/mL；再将壳聚糖溶解在容器B中的无菌蒸馏水中，得到壳聚糖溶液，通过冰醋酸将壳聚糖溶液的pH值调节至5.5；所述壳聚糖溶液的浓度为1～5mg/mL；3.2)将步骤3.1)中得到的氧化海藻酸钠溶液和调节pH值后的壳聚糖溶液，在步骤1)中得到的加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管上进行交替旋涂5～15次，得到在钛材表面构建具有控制银离子释放且具有良好生物相容性的抗菌界面。进一步，所述步骤1.1)中的清洗过程为：将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗10～20分钟。进一步，所述步骤2.1)中磁力搅拌的速率范围为转速500转/分～2000转/分。进一步，所述步骤2.3)中离心过程的速率为5000～10000转/分，时间为5～20分钟。进一步，所述步骤2.4)中离心过程的速率为5000～10000转/分，时间为5～20分钟。进一步，所述步骤2.5)中的透析袋的分子量为3500D。进一步，所述步骤3.1)中的旋涂过程中采用了旋涂仪，所述旋涂仪的设置包括：转速为100～400rpm/min，时间为5～10s；转速为2000～4000rpm/min，时间为20～60s。一种通过权利要求1～7任一项所述的制备方法得到的表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材。值得说明的是：近年来，基于银基抗菌材料，特别是含银的纳米颗粒的材料在生物材料领域受到越来越多的关注，但是银基材料中银离子在生物体内一开始的暴释可能会造成细胞及组织毒性。因此，通过各种修饰方法，来控制银离子的暴释是非常有意义的。研究表明，通过微波辅助的方法，在银纳米颗粒表面形成茶多酚的壳结构，能够有效控制银离子的释放，并且具有有效的抗菌性能，同时不会对哺乳动物细胞产生细胞毒性。另外，由于其简单性、通用性、可控性和低成本，层层自组装技术已经应用在整形外科的应用功能涂层的制备上。此外，在钛材表面利用层层自组装技术构建的聚电解质多层膜，可以实现在钛材表面所加载功能离子/药物的缓释作用，比如，将BMP2作为插层加载到明胶/壳聚糖聚电解质多层膜中；将锌离子加载到明胶/壳聚糖聚电解质多层膜中。这里所形成的聚电解质多层膜的驱动力主要是靠阳离子聚电解质和阴离子聚电解质的静电相互作用(electrostaticinteraction)所形成的。本研究中，通过电化学阳极氧化法在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管阵列(TNT)，并将其作为药物储池，将银纳米颗粒加载到纳米管内(TNT-Ag)。然后，用高碘酸钠氧化海藻酸钠得到二醛海藻酸钠，命名为ADA。采用CHI和ADA作为聚阳离子和聚阴离子，同时CHI上具有丰富的氨基(-NH2)，ADA上具有丰富的醛基(-CHO)，通过层层自组装技术，在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜。多层膜形成的驱动力是来自于CH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管1.1)将清洗后的钛箔进行干燥处理后，再进行电化学腐蚀过程；所述干燥过程中：温度范围为40～80℃，时间为2～6小时；所述电化学腐蚀过程中：将铂箔作为阴极，将干燥处理后的钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水和/或甘油的混合物；所述氟化铵的浓度为0.27M；所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；所述电化学腐蚀过程中：恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；1.2)将步骤1.1)中得到的电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；1.3)将步骤1.2)中得到的锐钛矿型二氧化钛纳米管浸泡在硝酸银溶液中，取出后使用磷酸缓冲盐溶液进行冲洗，最后将冲洗后的锐钛矿型二氧化钛纳米管置于紫外灯下进行紫外还原，得到加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管；所述浸泡过程中：硝酸银溶液的浓度为0.01～1M，浸泡时间为2～12小时；所述紫外还原过程中：还原时间为10～60分钟；2)制备氧化海藻酸钠2.1)在室温避光的条件下，将高碘酸钠加入到混合物A中，磁力搅拌6～24小时后，得到产物A；所述混合物A为海藻酸钠水和/或乙醇混合溶液；所述混合物A中海藻酸钠的浓度为1％～5％；所述水和乙醇的体积比的范围为5︰0～0︰5；所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；2.2)在步骤2.1)中得到的产物A中加入乙二醇后，再加入氯化钠，得到产物B；所述乙二醇的体积为1～10mL，所述氯化钠的重量为1～5g；2.3)将步骤2.2)中得到的产物B中加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；2.4)将步骤2.3)中得到的沉淀物置于蒸馏水中，再加入乙醇，再次进行沉淀，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；所述蒸馏水的体积为100～300mL，所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；所述步骤2.4)重复进行3～5次后，得到产物C；2.5)将步骤2.4)中得到的产物C用透析袋在蒸馏水中液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物氧化海藻酸钠；所述透析过程的时间为3天，所述透析过程中每天更换蒸馏水；所述冷冻干燥过程中：温度为‑55℃，时间为2天；3)在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜3.1)将步骤2.5)中得到的氧化海藻酸钠溶解在容器A中的无菌蒸馏水中，得到氧化海藻酸钠溶液；所述氧化海藻酸钠溶液的浓度为1～5mg/mL；再将壳聚糖溶解在容器B中的无菌蒸馏水中，得到壳聚糖溶液，通过冰醋酸将壳聚糖溶液的pH值调节至5.5；所述壳聚糖溶液的浓度为1～5mg/mL；3.2)将步骤3.1)中得到的氧化海藻酸钠溶液和调节pH值后的壳聚糖溶液，在步骤1)中得到的加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管上进行交替旋涂5～15次，得到在钛材表面构建具有控制银离子释放且具有良好生物相容性的抗菌界面。...

【技术特征摘要】
1.一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管1.1)将清洗后的钛箔进行干燥处理后，再进行电化学腐蚀过程；所述干燥过程中：温度范围为40～80℃，时间为2～6小时；所述电化学腐蚀过程中：将铂箔作为阴极，将干燥处理后的钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水和/或甘油的混合物；所述氟化铵的浓度为0.27M；所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；所述电化学腐蚀过程中：恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；1.2)将步骤1.1)中得到的电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；1.3)将步骤1.2)中得到的锐钛矿型二氧化钛纳米管浸泡在硝酸银溶液中，取出后使用磷酸缓冲盐溶液进行冲洗，最后将冲洗后的锐钛矿型二氧化钛纳米管置于紫外灯下进行紫外还原，得到加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管；所述浸泡过程中：硝酸银溶液的浓度为0.01～1M，浸泡时间为2～12小时；所述紫外还原过程中：还原时间为10～60分钟；2)制备氧化海藻酸钠2.1)在室温避光的条件下，将高碘酸钠加入到混合物A中，磁力搅拌6～24小时后，得到产物A；所述混合物A为海藻酸钠水和/或乙醇混合溶液；所述混合物A中海藻酸钠的浓度为1％～5％；所述水和乙醇的体积比的范围为5︰0～0︰5；所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；2.2)在步骤2.1)中得到的产物A中加入乙二醇后，再加入氯化钠，得到产物B；所述乙二醇的体积为1～10mL，所述氯化钠的重量为1～5g；2.3)将步骤2.2)中得到的产物B中加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；2.4)将步骤2.3)中得到的沉淀物置于蒸馏水中，再加入乙醇，再次进行沉淀，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；所述蒸馏水的体积为100～300mL，所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；所述步骤2.4)重复进行3～5次后，得到产物C；2.5)将步骤2.4)中得到的产物C用...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡开勇，袁璋，刘鹏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50