一种光响应复合纳米涂层的制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种光响应纳米涂层的制备及应用，该材料的制备方法包括以下步骤，分别制备羟基磷灰石/氧化石墨烯的制备和碳量子点溶液，将碳量子点溶液加载到羟基磷灰石/氧化石墨烯上，得到光响应纳米涂层。该复合纳米涂层生物相容性好、安全性高、抗菌性能强，在近红外光下能够释放活性氧，并且可应用于医疗植入体表面。体表面。体表面。

【技术实现步骤摘要】
一种光响应复合纳米涂层的制备与应用


[0001]本专利技术属于生物医学材料工程
，具体涉及一种光响应复合纳米涂层的制备与应用。

技术介绍

[0002]目前抗细菌感染的主要方式是通过抗生素治疗，然而，近年来，由于细菌耐受性的提高，造成许多耐药细菌的出现，例如耐碳青霉烯的肠杆菌科细菌和耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌，因而开发出新的抗菌材料变得尤为重要。
[0003]光疗法由于不会导致同源耐药性的产生，越来越受到人们的关注，并逐渐被作为抗生素的替代疗法用于抗菌治疗。通常，光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT)由于其渗透性、可控性和出色的抗菌活性而用于组织消毒。光动力疗法将光催化产生的游离光生电子与空气中的氧气反应生成为活性氧(ROS)，如
·
OH，1O2和
·
O
2-，利用活性氧与细菌表面的膜蛋白或者磷脂双分子层作用来发挥抗菌作用；而光热疗法(PTT)则是将材料吸收的光能转化成热能，从而影响细菌蛋白质和RNA/DNA的合成，以及三磷酸腺苷(ATP)和膜结构的活性。通过将两者结合使用，光疗可以达到较高的快速消毒效率。
[0004]但是，目前的光动力光热抗菌涂层生物相容性差，抗菌过程中会对正常组织产生光疗组织损伤(PTI)，在杀菌的同时也对组织中的血管产生了一定的毒副作用，因而对这种传统的光疗杀菌手段进行改性已经刻不容缓。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光响应复合纳米涂层的制备方法，该复合纳米涂层生物相容性好、抗菌性能强，安全性高。
[0006]本专利技术的另一个目的是，提供一种光响应复合纳米涂层在医疗植入体表面的应用。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种光响应复合纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1)羟基磷灰石/氧化石墨烯的制备：将0.4～0.6mol/L的Ca(NO3)2·
4H2O水溶液与0.2～0.4mol/L的(NH4)2HPO4水溶液以Ca：P＝1：1.6～1：1.7的摩尔比混合，得到第一溶液；调节所述第一溶液的pH值为7～9；将pH值为7～9的所述第一溶液置于反应器中于120～150℃下反应10～13h，所得反应产物经离心分离，离心后的沉淀用去离子水洗涤，经冷冻干燥后煅烧，得到羟基磷灰石粉末；将所述羟基磷灰石粉末与氧化石墨烯溶液混合得到第二溶液，所述第二溶液中羟基磷灰石的质量浓度0.1～0.4g/mL，所述第二溶液超声处理20～30h，优选21～26h，将羟基磷灰石加载到氧化石墨烯上，得到羟基磷灰石/氧化石墨烯；
[0010]步骤2)氮掺杂碳量子点的合成：将一水合柠檬酸和甘氨酸溶解于水中，得到第三溶液，所述第三溶液中一水合柠檬酸的质量浓度为0.2～0.6g/mL，甘氨酸的质量浓度为0.10～0.15g/mL，优选0.11～0.14g/mL；将所述第三溶液于60～80℃，优选63～77℃真空条
件下浓缩10～13h，获得了粘性混合浆液，将所得粘性混合浆液置于反应器中于180～220℃下反应2～3h，反应结束后，调节所得反应产物的pH值至9～11，加入所述反应产物0.2～1倍体积的水，得到碳量子点溶液；
[0011]步骤3)羟基磷灰石/碳量子点/氧化石墨烯复合纳米涂层的合成：将基板逐级打磨光滑去除表面杂质，清洗后置于50～70℃，优选54～66℃，的酸蚀液中刻蚀基板表面，得到具有羟基活性基团的基板，取出，并于去离子水中保存；以2700～3300rpm的速度将步骤1)制备得到的羟基磷灰石/氧化石墨烯旋涂于所述具有羟基活性基团的基板表面，干燥，然后置于氮气氛围下的管式炉中，固化，以将羟基磷灰石/氧化石墨烯粘合到基板上，得到基板表面构建的羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层；将所述基板表面构建的羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层浸入步骤2)制备得到的碳量子点溶液中，真空加载20～30h，优选21～27h得到基板表面构建的光响应复合纳米涂层。
[0012]上述技术方案中，在步骤1)中，采用25％氨水调整所述第一溶液的的pH值至8.7；所述反应器为Teflon不锈钢釜；所述氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/mL。
[0013]上述技术方案中，在步骤1)中，所述反应产物离心的转数为6000～8000rpm，离心时间为5～10min；所述离心后沉淀的煅烧温度为360～440℃，煅烧时间为4.5～5.5h。
[0014]上述技术方案中，在步骤2)中，所述反应器为衬聚四氟乙烯的不锈钢反应器。
[0015]上述技术方案中，在步骤2)中，采用1mol/L氢氧化钠调节所述反应产物的pH值。
[0016]上述技术方案中，在步骤3)中，所述羟基磷灰石/氧化石墨烯的固化温度为400～600℃，固化时间为0.9～1.1h。
[0017]上述技术方案中，在步骤3)中，所述酸蚀液为体积比为1:1的36wt％浓盐酸与水的混合液。
[0018]上述技术方案中，在步骤3)中，所述基板为钛片，使用抛光机依次在240目，400目，600目，800目和1200目下抛光钛片，然后依次用去离子水和乙醇分别超声清洗3次。
[0019]一种上述技术方案中所述的基板表面构建的光响应复合纳米涂层在医疗植入体表面的应用。
[0020]一种上述技术方案中制备得到的光响应复合纳米涂层。
[0021]一种光响应复合纳米涂层，其特征在于：所述光响应复合纳米涂层是由羟基磷灰石，氮掺杂石墨烯量子点和氧化石墨烯通过静电作用结合而成的抗菌纳米涂层。
[0022]本专利技术的优点和有益效果为：
[0023]1、本专利技术在基板表面制备的光响应复合纳米材料利用了其对光的响应性，在近红外光(808nm)的照射下产生能够杀死细菌的活性氧，使得该涂层具有优异的抗菌性能。
[0024]2、本专利技术的复合纳米材料中加入了羟基磷灰石，由于羟基磷灰石能够提供钙离子源，在不光照下羟基磷灰石良好的生物相容性使涂层具备较好的成骨性。
[0025]3、由于近红外光的可穿透性，体内同样可以进行选择性光照的快速杀菌，无感染时可不光照，发生感染即可光照进行杀菌。因此，采用本专利技术方法制备的基板表面构建的光响应复合纳米涂层，通过简易的方法可以制备在医疗植入体表面，产品成本较低，实施难度较小，制备手段简易，具有良好的医疗应用前景。
[0026]4、羟基磷灰石是一种传统的生物活性材料，由于其良好的热稳定性，生物降解性和成骨性而可以被用作植入物的涂层。本专利技术将羟基磷灰石复合到氮掺杂碳点(NCD)和氧
化石墨烯(GO)中既能够提高涂层整体的生物相容性，同时也能够增强NCD和GO的光催化性能，提高杀菌效率。相对于未复合羟基磷石灰的NCD和GO，后者在光照下激发产生的光生电子基本完全与空穴发生复合，无法用于光动力抗菌。同时，由于羟基磷灰石具有良好的生物相容性，其与NCD和GO复合后可以提升后者的生物相容性。
[0027]5、本专利技术所述的基板表面构建的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光响应复合纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1羟基磷灰石/氧化石墨烯的制备：将0.4～0.6mol/L的Ca(NO3)2·
4H2O水溶液与0.2～0.4mol/L的(NH4)2HPO4水溶液以Ca：P＝1:1.6～1.7的摩尔比混合，得到第一溶液；调节所述第一溶液的pH值为7～9；将所述第一溶液置于反应器中于120～150℃下反应10～13h，所得反应产物经固液分离，固体沉淀用去离子水洗涤，经冷冻干燥后煅烧，得到羟基磷灰石粉末；将所述羟基磷灰石粉末与氧化石墨烯溶液混合得到第二溶液，所述第二溶液中羟基磷灰石的质量浓度为0.1～0.4g/mL，所述第二溶液超声处理20～30h将羟基磷灰石加载到氧化石墨烯上，得到羟基磷灰石/氧化石墨烯；步骤2氮掺杂碳量子点的合成：将一水合柠檬酸和甘氨酸溶解于水中，得到第三溶液，所述第三溶液中一水合柠檬酸的浓度为0.2～0.6g/mL，甘氨酸的浓度为0.10～0.15g/mL；将所述第三溶液于60～80℃真空条件下蒸发浓缩，获得了粘性混合浆液，将所得粘性混合浆液置于反应器中于180～220℃下反应2～3h，反应结束后，调节所得反应产物的pH值至9～11，加入所述反应产物0.2～1倍体积的水，得到碳量子点溶液；步骤3羟基磷灰石/碳量子点/氧化石墨烯复合纳米涂层的合成：将基板逐级打磨光滑去除表面杂质，清洗后置于50～70℃的酸蚀液中刻蚀基板表面，得到具有羟基活性基团的基板，取出，并于去离子水中保存；将步骤1制备得到的羟基磷灰石/氧化石墨烯旋涂于所述具有羟基活性基团的基板表面，干燥，然后置于氮气氛围下固化，以将羟基磷灰石/氧化石墨烯粘合到基板上，得到基板表面构建的羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层；将所述基板表面构建的羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层浸入步骤2)制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴水林，李愿，刘想梅，崔振铎，杨贤金，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：