一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层及其制备方法。该生物医用涂层为单层石墨烯和二氧化钛的复合涂层，涂层的制备方法为首先在基板表面转移单层石墨烯，并且通过浸涂法在石墨烯表面涂覆二氧化钛纳米点。二氧化钛纳米点和石墨烯形成的涂层可以提高基板的生物相容性，提高蛋白和细胞在基板表面上的粘附；更为重要的是，单层石墨烯和二氧化钛纳米点的生物医用涂层对紫外光和可见光响应良好，使得涂层表面电荷可调，从而有望对粘附在基板上的细胞实现定向调控。本发明专利技术使用的基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层制备方法简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层及其制备方法
本专利技术涉及生物医学领域中基板改性问题，特别涉及一种易于实现其光响应且生物相容性良好的基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层及其制备方法。
技术介绍
促进或加速骨组织修复效能是当今骨修复材料研究重点，在骨修复材料中，钛及钛合金等植入体材料由于有良好的力学性能、生物相容性以及抗腐蚀能力，而被广泛用于骨科及牙科手术中。但其生物活性以及与细胞响应性较差，因此，提高钛金属等植入体材料植入体生物响应性和生物活性因子/药物承载性是当前研究热点。自从2004年被发现以来，石墨烯(Graphene)因其高载流子迁移率、超弹性机械性能、超电导率等性质在生物医学领域得到广泛的研究[CastroNetoAH.etal.Theelectronicpropertiesofgraphene.ReviewsofModernPhysics.81(2009):109-162]。通常，为了应用化学气相沉积法制备的大面积单层石墨烯，需要将高质量的石墨烯转移至其他基板上(例如钛基板)[NgocHV.etal.PMMA-Etching-FreeTransferofWafer-scaleChemicalVaporDepositionTwo-dimensionalAtomicCrystalbyaWaterSolublePolyvinylAlcoholPolymerMethod.Scientificreports.6(2016):33096]。有报道显示，其具有良好的生物相容性[MaoHY.etal.Graphene:promises,facts,opportunities,andchallengesinnanomedicine.Chemicalreviews.2013.113(2013):3407-3424.]。二氧化钛(TiO2)作为广泛应用的生物材料，具有良好的生物相容性和抗菌性能[HongY.etal.Light-inducedcelldetachmentforcellsheettechnology.Biomaterials.34(2013):11-18]。更为重要的是，TiO2作为宽禁带半导体材料，具有独特的光学和电学响应性，通过光、电刺激可以定向诱导骨髓间充质干细胞的成骨分化[YuW.etal.MechanismsofstemcellosteogenicdifferentiationonTiO2nanotubes.ColloidsandsurfacesB:Biointerfaces.136(2015):779-785]。另一方面，石墨烯与TiO2制备复合涂层，涂层之间优良的载流子传导特质有望提升TiO2的促进成骨分化，在成骨、骨整合领域有着光明的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层及其制备方法，该生物医用涂层能够使光电效应不佳的钛基板等植入材料成为光响应良好的生物医用材料。本专利技术的基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层，如下：单层石墨烯贴合在基板表面，二氧化钛纳米点均匀分布在石墨烯表面，单层石墨烯厚度为0.3～0.4nm，二氧化钛纳米点尺寸为50～250nm，二氧化钛纳米点占基板表面的30％～80％。该生物医用涂层的制备包括以下步骤：1)首先将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液以3000～4000rpm旋涂至单层石墨烯/铜片的石墨烯表面，旋涂时间为30～50s；然后在过硫酸铵溶液中刻蚀铜片，室温下，铜片刻蚀6～24h；石墨烯/PMMA薄膜用去离子水漂洗后转移至酸洗处理过的基板表面，自然晾干后，用丙酮去除PMMA，去除温度为60～80℃，溶解时间为1～5min；2)石墨烯/基板漂洗晾干后，将TiO2溶胶浸涂至石墨烯/基板的石墨烯表面；3)自然晾干1～3天，或者在40～100℃下烘干1～12h，在石墨烯表面形成TiO2纳米点。上述技术方案中，所述的TiO2溶胶浓度为0.05～0.2g/mL，浸涂密度为100～500mL/m2。所述基板的表面可以为平整或不平整状态，包括钛、不锈钢、玻璃、陶瓷，基板厚度为100～1000μm。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术所述的生物医用涂层的制备方法首先将石墨烯转移至基板表面，由于石墨烯可卷曲特性能够与基板很好的结合，接着直接将合适浓度的二氧化钛凝胶浸涂至石墨烯表面，水分自然挥发加热挥发，操作简单且易于控制。2)本专利技术所述的生物医用涂层，二氧化钛纳米点可以提高基板材料的生物相容性，提高蛋白和细胞在基板上的粘附；在单层石墨烯上通过浸涂二氧化钛凝胶的方法制得二氧化钛纳米点，且纳米点仅覆盖石墨烯表面30％～80％的面积，能够使光电效应不佳的基板变成光电效应良好，可以施加光场和外场调控基板表面的电荷密度，从而有望对粘附在基板上的细胞实现定向调控。附图说明图1为本专利技术涂层的结构示意图；图2为实施例1改性后的钛基板表面扫描电子显微镜(SEM)测试的表面形貌图和mapping图；图3为实施例1改性后的钛基板的拉曼图；图4为实施例1改性后的钛基板紫外光照后的接触角测试图。具体实施方式为更好理解本专利技术专利，下面结合附图对本专利技术专利作进一步说明，但本专利技术专利实施方式不限于此。单层石墨烯购买获得，其厚度为0.3～0.4nm，钛、不锈钢、玻璃、陶瓷基板厚度为100～1000μm。实施例1(1)首先将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液以4000rpm旋涂至石墨烯/铜片的石墨烯表面，旋涂时间为40s；然后在过硫酸铵溶液中刻蚀铜片，室温下，铜片刻蚀24h；石墨烯/PMMA薄膜用去离子水漂洗后转移至酸洗处理过的Ti基板(100μm)表面，自然晾干后，用丙酮去除PMMA，60℃溶解5min。(2)Graphene/Ti基板漂洗晾干后，将TiO2溶胶浸涂至Graphene/Ti基板的石墨烯表面，TiO2溶胶0.1g/mL,浸涂密度为200mL/m2。(3)水分自然挥发1天，在石墨烯表面形成TiO2纳米点。本例制得的TiO2/石墨烯/Ti基板的表面扫描电子显微镜(SEM)测试的表面形貌图和mapping图如图2所示，结果显示TiO2纳米点均匀分布，二氧化钛纳米尺寸为50～250nm，二氧化钛纳米点占基板表面的30％。TiO2/石墨烯/Ti基板的拉曼图如图3所示，拉曼测试显示石墨烯的特征峰G、2D峰都很明显，分别在1579cm-1和2702cm-1，表明转移后的石墨烯单层结构维持良好,可以容易看到的典型的TiO2峰在148cm-1,另外，397cm-1(A1g)、514cm-1(B1g)、636cm-1(Eg)处均能看到典型的TiO2锐钛矿拉曼峰。改性后的Ti基板紫外光照后的接触角测试图如图4所示，TiO2存在下，基板的接触角明显下降：在Ti基板上，从88.5°降低到33.5°，在石墨烯/Ti基板上，从81.6°降低到49.2°。另外，365nm紫外光照时，在无TiO2存在下，接触角升高：在Ti基板上，从88.5°升高到100.7°，在石墨烯/Ti基板上，从81.6°升高到86.0°；365nm紫外光照时，在有TiO2存在下，接触角降低：在TiO2/Ti基板上，从33.5°降低到27.0°，在TiO2/石墨烯/Ti基板上，从49.2°降低到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层，其特征在于，所述的生物医用涂层为单层石墨烯贴合在基板表面，二氧化钛纳米点均匀分布在石墨烯表面，单层石墨烯厚度为0.3～0.4nm，二氧化钛纳米点尺寸为50～250nm，二氧化钛纳米点占基板表面的30％～80％。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层，其特征在于，所述的生物医用涂层为单层石墨烯贴合在基板表面，二氧化钛纳米点均匀分布在石墨烯表面，单层石墨烯厚度为0.3～0.4nm，二氧化钛纳米点尺寸为50～250nm，二氧化钛纳米点占基板表面的30％～80％。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯和二氧化钛的生物医用涂层的制备方法，其特征在于，生物医用涂层的制备包括以下步骤：1)首先将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液以3000～4000rpm旋涂至单层石墨烯/铜片的石墨烯表面，旋涂时间为30～50s；然后在过硫酸铵溶液中刻蚀铜片，室温下，铜片刻蚀6～24h；石墨烯/PMMA薄膜用去离子水漂洗后转移至酸洗处理过的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程逵，龙小军，翁文剑，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33