一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，该方法包括：一、将硝酸银粉末和抗菌肽粉末加入到丝素蛋白溶液中混合得到混合溶液A；二、将混合溶液A进行紫外照射还原得到混合溶液B；三、将Tris溶液标定后加入盐酸多巴胺并浸泡金属，得到表面具有聚多巴胺辅助层的金属；四、将表面具有聚多巴胺辅助层的金属浸入混合溶液B中浸泡，在金属表面形成含纳米银抗菌肽功能涂层。本发明专利技术采用紫外照射法利用丝素蛋白将银离子还原成纳米银，有效控制了纳米银粒子的粒径大小和形貌，且抗菌肽与纳米银之间形成配位键，促进抗菌肽在纳米银颗粒表面富集，并在含纳米银抗菌肽功能涂层内呈现纳米级分散态，实现低抗菌剂用量下长期高效杀菌。

【技术实现步骤摘要】
一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法
本专利技术属于生物医用材料领域，具体涉及一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法。
技术介绍
医用纯钛以其优异的生物相容性已经被广泛应用于临床医学领域中。早在20世纪50年代，纯钛就被加工成骨板、骨钉、股骨头等植入医疗器械用于骨科修复手术中。然而，作为常见的术后并发症，有关医用医疗器械引发的细菌感染已经成为21世纪医学领域内亟待解决的重要问题之一。据报道，美国骨科植入物相关感染的年发病率就达到4.3％左右。根据世界卫生组织(WHO)颁布的《院内感染防治实用手册》中的有关数据，每天全世界有超过1400万人在遭受院内感染的痛苦，其中60％的细菌感染与使用的医疗器械有关。骨科等术后感染会直接造成患者伤口经久不愈，经常会导致手术失败，甚至导致慢性骨髓炎等并发症，不仅给患者带来了巨大的身心痛苦和沉重的经济负担，也会对医院和社会等造成不同程度的负面影响。因此，在医用钛合金表面构建载抗菌剂(抗生素、抗菌肽、纳米银等)的功能涂层，对于消除或减少相关医疗器械引发的细菌感染性疾病具有重大的社会和经济意义。目前，得益于高效可靠的杀菌能力，抗生素仍是使用最为广泛的传统抗菌剂，但是抗生素容易引起细菌的耐药性，导致更为严重的耐药菌感染问题。相比之下，纳米银与抗菌肽不易引起细菌的耐药性，且能广谱抗菌和长期有效抑制生物膜，因此有很大的潜力取代抗生素。与其他的存在形式相比，由于金属离子的洗脱作用和纳米颗粒的杀菌性质的综合作用，纳米银具有更高的抗菌活性。目前普遍认为纳米银具有复杂的抗菌机理：其可以粘附在细菌表面上，从而改变细菌细胞膜通透性；其可以通过与含硫醇的蛋白质相互作用来杀菌；其可以与细菌DNA结合并破坏其功能；特别的，纳米银可以释放出具有杀菌能力的银离子。由于具有多种生物活性，目前抗菌肽己成为生物分子与生物材料的研究热点。在直接针对细菌与真菌引起的感染时，抗菌肽的抗菌效率较高。目前在生物医用材料中，抗菌肽受到越来越多的关注，主要作为表面修饰抗菌成分或作为被运载的抗菌药物用于局部释放。丝素蛋白是蚕丝的主体，是一种无生理活性的天然生物大分子。丝素蛋白质与其他天然高分子相比有明显的优越性，研究表明它具有良好的生物相容性、无毒、无污染、无刺激性、可生物降解。近年来，丝素蛋白由于其良好的生物相容性逐渐应用于生物传感、生物医学材料、软组织相容材料、组织工程等领域。特别的，丝素蛋白具有还原性，可以原位还原得到纳米银和抗菌肽颗粒，避免了有毒的还原剂的使用。目前，常见的载抗生素的涂层容易引起细菌的耐药性，不能应对更高细菌浓度或更强细菌活性的细菌感染环境，且高浓度的抗菌剂会产生潜在的生物毒性，如何在低浓度用量下达到长期高效的抗菌效果成为挑战。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法。该方法采用紫外照射法利用丝素蛋白将银离子还原成纳米银，有效控制了纳米银粒子的粒径大小和形貌，且抗菌肽与纳米银之间形成配位键，促进抗菌肽在纳米银颗粒表面富集，使得表面富集抗菌肽的纳米银在含纳米银抗菌肽功能涂层内呈现纳米级分散态，有利于实现低抗菌剂用量下长期高效杀菌。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将硝酸银粉末和抗菌肽粉末加入到丝素蛋白溶液中混合，得到含有丝素蛋白、银离子和抗菌肽的混合溶液A；所述混合溶液A中丝素蛋白的质量浓度为2％～5％，银离子的浓度为1mg/mL～20mg/mL，抗菌肽的浓度为0.4mg/mL～1mg/mL；步骤二、将步骤一中得到的混合溶液A放置于紫外灯下进行照射还原，使得混合溶液A的颜色逐渐由乳白色变为深棕色，得到含有丝素蛋白、纳米银和抗菌肽的混合溶液B；所述照射还原的时间为0.5h～2h；步骤三、采用标准NaOH溶液将10mM的Tris溶液标定至pH为8.5，然后加入盐酸多巴胺得到工作液，再将金属浸入工作液中在避光条件下浸泡12h～24h，得到表面具有聚多巴胺辅助层的金属；步骤四、将步骤三中得到的表面具有聚多巴胺辅助层的金属浸入步骤二中得到的混合溶液B中进行浸泡，在金属表面形成含纳米银抗菌肽功能涂层。本专利技术首先采用紫外照射的还原方法，使得丝素蛋白对银离子进行还原，通过控制关键工艺参数包括丝素蛋白的浓度、银离子浓度、照射还原时间，有效控制纳米银粒子的粒径大小和形貌，得到分散良好粒径均一的纳米银颗粒，且抗菌肽与纳米银之间形成配位键，促进抗菌肽在纳米银颗粒表面富集，从而使得表面富集抗菌肽的纳米银在丝素蛋白基含纳米银抗菌肽功能涂层内呈现纳米级分散态，提高了杀菌效率，大大缩短了制备时间，实现了低抗菌剂用量即低抗菌肽和低纳米银用量下长期高效杀菌；然后在金属基底表面引入聚多巴胺辅助层，并采用浸泡的方法使得载纳米银(表面富集抗菌肽)的丝素蛋白基含纳米银抗菌肽功能涂层通过聚多巴胺辅助层结合在金属基底表面，在金属表面形成含纳米银抗菌肽功能涂层，解决了含纳米银抗菌肽功能涂层与金属基底之间结合性差的问题，提高了纳米银抗菌肽功能涂层与金属表面的结合效果。同时，由于含纳米银抗菌肽功能涂层中的纳米银与抗菌肽均具有高效的杀菌能力，尤其是抗菌肽具有独特的杀菌机理，通常会破坏微生物细胞膜的完整性，在不激活适应性免疫的情况下迅速杀死入侵的微生物，有效避开了细菌的遗传适应机制，从而不引起耐药性，且纳米银与抗菌肽两者之间存在协同效应，并在植入位置长期可控释放，赋予了含纳米银抗菌肽功能涂层长期高效杀菌的能力，有效地解决了植入物相关的细菌感染问题，且不会引起细菌的耐药性，降低了抗菌肽的浓度；另外，由于丝素蛋白具有良好的人体亲和性、生物相容性、无毒、且利于细胞粘附，而低浓度纳米银粒子的骨诱导性提供了优异的成骨诱导能力，因此，本专利技术在金属(尤其是钛金属)表面制备的含纳米银抗菌肽功能涂层具有良好的生物相容性和骨诱导性，适用性好，应用价值高。上述的一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述混合溶液B中纳米银的粒径为20nm～500nm，混合溶液B中具有β折叠结构的丝素蛋白的质量含量为15％～30％。该优选粒径保证了纳米银的最佳抗菌效果；优选的具有β折叠结构的丝素蛋白的质量含量提高了混合溶液B的稳定性，进而保证了在金属表面形成的含纳米银抗菌肽功能涂层的稳定性。上述的一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述混合溶液A中抗菌肽的氨基酸序列为(NH2)-NGIVKAGPAIAVLGEAAL-CONH2，抗菌肽的质量纯度大于99％。该优选的抗菌肽具有特异性高效杀菌性，不易引起细菌的耐药性。上述的一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，步骤三中所述金属为钛、钛合金或不锈钢。本专利技术的制备方法应用范围广泛，适用于多种常见医用金属。上述的一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，步骤三中所述工作液中盐酸多巴胺的浓度为1mg/mL～4mg/mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、将硝酸银粉末和抗菌肽粉末加入到丝素蛋白溶液中混合，得到含有丝素蛋白、银离子和抗菌肽的混合溶液A；所述混合溶液A中丝素蛋白的质量浓度为2％～5％，银离子的浓度为1mg/mL～20mg/mL，抗菌肽的浓度为0.4mg/mL～1mg/mL；/n步骤二、将步骤一中得到的混合溶液A放置于紫外灯下进行照射还原，使得混合溶液A的颜色逐渐由乳白色变为深棕色，得到含有丝素蛋白、纳米银和抗菌肽的混合溶液B；所述照射还原的时间为0.5h～2h；/n步骤三、采用标准NaOH溶液将10mM的Tris溶液标定至pH为8.5，然后加入盐酸多巴胺得到工作液，再将金属浸入工作液中在避光条件下浸泡12h～24h，得到表面具有聚多巴胺辅助层的金属；/n步骤四、将步骤三中得到的表面具有聚多巴胺辅助层的金属浸入步骤二中得到的混合溶液B中进行浸泡，在金属表面形成含纳米银抗菌肽功能涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将硝酸银粉末和抗菌肽粉末加入到丝素蛋白溶液中混合，得到含有丝素蛋白、银离子和抗菌肽的混合溶液A；所述混合溶液A中丝素蛋白的质量浓度为2％～5％，银离子的浓度为1mg/mL～20mg/mL，抗菌肽的浓度为0.4mg/mL～1mg/mL；
步骤二、将步骤一中得到的混合溶液A放置于紫外灯下进行照射还原，使得混合溶液A的颜色逐渐由乳白色变为深棕色，得到含有丝素蛋白、纳米银和抗菌肽的混合溶液B；所述照射还原的时间为0.5h～2h；
步骤三、采用标准NaOH溶液将10mM的Tris溶液标定至pH为8.5，然后加入盐酸多巴胺得到工作液，再将金属浸入工作液中在避光条件下浸泡12h～24h，得到表面具有聚多巴胺辅助层的金属；
步骤四、将步骤三中得到的表面具有聚多巴胺辅助层的金属浸入步骤二中得到的混合溶液B中进行浸泡，在金属表面形成含纳米银抗菌肽功能涂层。


2.根据权利要求1所述的一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述混合溶液B中纳米银的粒径为20nm～500nm，混合溶液B中具有β折叠结构的丝素蛋白的质量含量为15％～30％。


3.根据权利要求1所述的一种金属表面制备含纳米银抗菌肽功能涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文昊，余森，荆磊，张亚峰，汶斌斌，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61