近红外光响应型钛基材料及其制备方法和应用技术

本申请提供了近红外光响应型钛基材料的制备方法，包括：将预处理后的钛基前体置于碱液中进行第一水热反应，得到钛基本体，其中，第一水热反应的温度为60℃

【技术实现步骤摘要】
近红外光响应型钛基材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及材料领域，具体涉及近红外光响应型钛基材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属或合金材料尤其是钛及钛合金因具有优异的生物相容性、力学性能、耐腐蚀性等优势被广泛地应用于牙种植体、人工关节、骨创伤，成为人体硬组织替代物和修复物的首选材料。由于钛及钛合金抗菌性能不佳，在植入后会发生感染的问题，因此，需要对植入体的抗菌性能进行改进。
[0003]相关技术中，通过在植入体的表面涂层中加入抗菌材料直接起到抗菌效果，亦或是在植入体的表面涂层中加入光敏剂或光热剂，通过近红外光光照后实现杀菌效果。例如，CN108853604A公开了一种利用近红外快速消除骨植入体表面细菌生物膜的方法，通过将红磷沉积在钛合金表面上形成复合涂层，然后利用IR780和RGDC对复合涂层进一步改性，使得植入体在近红外光光照下能够快速去除金黄色葡萄球菌生物膜；CN109260476A公开了通过水热处理在钛合金上制备具有光响应的硫化钼纳米结构，然后将抗生素负载在纳米硫化钼上，最后将壳聚糖旋涂到载药的涂层上，获得808纳米近红外激发的复合抗菌涂层。然而抗菌材料、光敏剂或光热剂仍然具有一定的细胞毒性，且生物相容性不佳，并且表面涂层存在脱落风险。因此，目前的技术手段虽然提高了植入体的抗菌性能，但又影响了植物体的生物相容性。
[0004]因此，开发出一种兼顾生物相容性和抗菌性能的植入体是生物医学领域急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供了一种近红外光响应型钛基材料及其制备方法，通过进行碱液和酸液的水热反应，得到具有近红外光响应的钛基材料，其具有良好的抗菌效果和优异的生物相容性，并且在近红外光作用下具有优异的光吸收和光催化能力，从而显著提升其抗菌能力，有利于其在生物医用材料和光催化领域中的应用。
[0006]第一方面，本申请提供了一种近红外光响应型钛基材料的制备方法，包括：
[0007]将预处理后的钛基前体置于碱液中进行第一水热反应，得到钛基本体，其中，所述第一水热反应的温度为60℃
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300℃，时间为2h
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24h，所述碱液的浓度为0.5M
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10M；
[0008]将所述钛基本体置于酸液中进行第二水热反应，得到近红外光响应型钛基材料，所述近红外光响应型钛基材料包括钛基体和设置在所述钛基体表面的多个氧化钛纳米棒，其中，所述第二水热反应的温度大于或等于120℃，时间大于或等于3h，所述酸液的浓度为0.01M
‑
0.5M。
[0009]可选的，所述第一水热反应的温度为120℃
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150℃，所述碱液的浓度为3M
‑
5M。
[0010]可选的，所述第二水热反应的温度为120℃
‑
300℃，时间为3h
‑
24h。
[0011]可选的，所述钛基本体的表面具有纤维状结构的钛酸盐。
[0012]可选的，所述第一水热反应和所述第二水热反应在反应釜中进行，所述碱液的体积为所述反应釜体积的1/4
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3/4，所述酸液的体积为所述反应釜体积的1/4
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3/4。
[0013]可选的，所述碱液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液和氢氧化钙溶液中的至少一种。
[0014]可选的，所述酸液包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、硼酸、甲酸和乙酸中的至少一种。
[0015]可选的，所述预处理包括用酸清洗液清洗所述钛基本体。
[0016]进一步的，所述酸清洗液包括质量分数为1.2％
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2.2％的氢氟酸、质量分数为0.9％
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1.6％的硝酸和余量的水。
[0017]进一步的，所述清洗的时间为20s
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60s。
[0018]本申请通过将钛基前体在碱液中进行第一水热反应，以及在酸液中进行第二水热反应，得到具有近红外光响应的钛基材料；该制备方法简单、操作方便、生物安全性高、绿色环保，能够进行大规模的生成，获得具有优异性能的近红外光响应型钛基材料。
[0019]第二方面，本申请提供了一种近红外光响应型钛基材料，包括钛基体和设置在所述钛基体表面的多个氧化钛纳米棒，所述氧化钛纳米棒通过原位生长成型在所述钛基体的表面。
[0020]可选的，所述氧化钛纳米棒的长度为60nm
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120nm，直径为10nm
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40nm，分布密度为200个/μm2‑
600个/μm2。
[0021]可选的，多个所述氧化钛纳米棒在所述钛基体的表面呈准周期结构。
[0022]可选的，所述钛基体的材质为钛或钛合金。
[0023]可选地，所述近红外光响应型钛基材料通过第一方面所述的制备方法制得。
[0024]本申请第二方面提供了一种近红外光响应型钛基材料，其具有抗菌效果，并且在近红外光光照下产生光吸收和光催化，其能够产生羟基自由基和单线态氧，显著提升其抗菌效果；同时该近红外光响应型钛基材料的生物相容性好，还具有良好的生长诱导能力；氧化钛纳米棒原位生长成型在钛基体的表面，与钛基体之间无明显界面，降低了脱落风险，保证了整体结构的稳定性和可靠性。
[0025]第三方面，本申请提供了如第一方面所述的制备方法制得的近红外光响应型钛基材料，或如第二方面所述的近红外光响应型钛基材料在生物医用材料和光催化领域中的应用。
[0026]可选的，所述生物医用材料包括植入体。
[0027]本申请第三方面提供了上述近红外光响应型钛基材料在生物医用材料中的应用，从而提高生物医用材料的抗菌效果和生物相容性；近红外光响应型钛基材料可以在近红外光照下发生光催化，有利于其在光催化领域中的应用。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0029]图1为本申请一实施方式提供的一种近红外光响应型钛基材料的制备方法的流程示意图。
[0030]图2为实施例1中酸洗后的钛合金表面形貌的电镜图。
[0031]图3为实施例1
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9中氢氧化钠溶液处理后的材料表面的电镜图，其中图3中a、b、c、d、e、f、g、h、i分别对应于实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例1、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9。
[0032]图4为实施例1、实施例10
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11以及对比例1
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5制得的材料表面的电镜图，其中图4中a、b、c、d、e、f、g、h分别对应于对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、实施例10、实施例11、实施例1。
[0033]图5为实施例1制得的材料的紫外
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近红外测试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外光响应型钛基材料的制备方法，其特征在于，包括：将预处理后的钛基前体置于碱液中进行第一水热反应，得到钛基本体，其中，所述第一水热反应的温度为60℃
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300℃，时间为2h
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24h，所述碱液的浓度为0.5M
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10M；将所述钛基本体置于酸液中进行第二水热反应，得到近红外光响应型钛基材料，所述近红外光响应型钛基材料包括钛基体和设置在所述钛基体表面的多个氧化钛纳米棒，其中，所述第二水热反应的温度大于或等于120℃，时间大于或等于3h，所述酸液的浓度为0.01M
‑
0.5M。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应的温度为120℃
‑
150℃，所述碱液的浓度为3M
‑
5M；所述第二水热反应的温度为120℃
‑
300℃，时间为3h
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24h。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛基本体的表面具有纤维状结构的钛酸盐。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应和所述第二水热反应在反应釜中进行，所述碱液的体积为所述反应釜体积的1/4
‑
3/4，所述酸液的体积为所述反应釜体积的1/4
‑
3/4；所述碱液包括氢氧化钠溶液、氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国成，杨明刚，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：