一種鈦金屬表面抗菌復合涂層及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種鈦金屬表面抗菌復合涂層及其制備方法，所述涂層包括生在于鈦金屬表面的氧化鋅納米棒和所述氧化鋅納米棒上附著的聚乳酸與納米銀的混合涂層；所述制備方法為將鈦金屬處理后，利用水熱反應在所述鈦金屬表面生長氧化鋅納米棒，再將聚乳酸和納米銀在溶劑中混合后涂覆到鈦金屬表面生長的氧化鋅納米棒上，干燥后即得到所述鈦金屬表面抗菌復合涂層。本發明專利技術所述抗菌復合涂層中氧化鋅和銀的協同作用大大提高了抗菌性能，同時聚乳酸的覆蓋減緩了鋅離子銀離子的釋放提升了抗菌周期，制備方法簡單易行，消耗資源少，對環境無影響。

Titanium metal surface antibacterial composite coating and preparation method thereof

The invention discloses a titanium surface antibacterial composite coating and preparation method thereof, wherein the coating including titanium surface is Zinc Oxide and the Zinc Oxide nanorod nanorods attached to polylactic acid and silver nano hybrid coatings; the preparation method for titanium metal processing, by hydrothermal reaction in the the titanium surface growth Zinc Oxide nanorods, then polylactic acid and silver nanoparticles in the solvent mixture is applied to the Zinc Oxide titanium surface on the nanorod growth, after drying to obtain the antibacterial composite coating on titanium surface. Synergistic effect of the antibacterial and Zinc Oxide Ag composite coating has improved its antibacterial properties, and the polylactic acid covering reduced zinc ions released from the silver ions to enhance the antibacterial cycle, the preparation method is simple, less resource consumption, no influence on the environment.

【技術實現步驟摘要】
一種鈦金屬表面抗菌復合涂層及其制備方法
本專利技術涉及材料科學以及納米材料
，特別涉及一種鈦金屬表面抗菌復合涂層及其制備方法。
技術介紹
生物醫用材料是材料科學的一個重要分支；是用于診斷、治療或替代人體組織、器官或增進其功能的具有高技術含量和高經濟價值的新型載體材料；是材料科學技術中一個正在發展的新領域，生物醫用材料對于探索人類生命奧秘、保障人類健康長壽己做出并即將做出卓越貢獻。在生物醫用金屬材料中，鈦及其合金憑借其優良的綜合性能，是人工關節(髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關節等)、骨創傷產品(髓內釘、鋼板、螺釘等)、脊柱矯形內固定系統、牙種植體、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫用內植物產品的首選材料。作為植入人體的生物醫用材料，鈦合金的抗菌性也逐漸成為人們關注的重點。目前,常見的抗菌劑可分為天然抗菌劑、有機抗菌劑及無機抗菌劑,與其它兩種抗菌劑相比,無機抗菌劑具有廣譜、高效、耐熱性、安全性、持久性、環境友好等優點,越來越受到人們的關注。近年來,無機抗菌劑Ag和ZnO因具有非遷移性、吸收和散射紫外線能力,且熱穩定性和化學穩定性高,同時具備優良的抗菌性能,原材料來源廣泛,迅速成為目前新型抗菌劑的研究熱點。近年來，在骨科植入體上進行表面改性從而達到抗菌目的方法逐步被研究者們開發出來，而傳統的一些無機抗菌劑對細菌的作用都比較單一，如何實現無機抗菌劑Ag和ZnO的共同抗菌，提升抗菌劑的性能，是有待研究的方向。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種鈦金屬表面抗菌復合涂層及其制備方法。所述涂層中復合有Ag和ZnO，兩者協同殺菌，比單一物質殺菌效果更為全面，同時可以促進骨細胞生長，涂層中還包括有聚乳酸，延長抗菌周期，提高了鈦合金的生物相容性。所述制備方法簡單易行，設備投入少，消耗資源少，實施難度小。本專利技術的技術方案為：一種鈦金屬表面抗菌復合涂層，其特征在于，包括生在于鈦金屬表面的氧化鋅納米棒和所述氧化鋅納米棒上附著的聚乳酸與納米銀的混合涂層；所述氧化鋅納米棒豎直、橫截面呈六邊形，所述氧化鋅納米棒整體分布均勻；所述納米銀顆粒呈均勻分散態；所述納米銀與氧化鋅納米棒完全被聚乳酸包覆。所述氧化鋅納米棒橫截面直徑為80-120nm；所述納米銀顆粒粒徑10-20nm。所述鈦金屬為純鈦片或鈦六鋁四釩合金中的一種。一種鈦金屬表面抗菌復合涂層的制備方法，其特征在于，將鈦金屬處理后，利用水熱反應在所述鈦金屬表面生長氧化鋅納米棒，再將聚乳酸和納米銀在溶劑中混合后涂覆到鈦金屬表面生長的氧化鋅納米棒上，干燥后即得到所述鈦金屬表面抗菌復合涂層。具體包括以下步驟：步驟一，將直徑5.5-6.5mm、厚度2.0-3.0mm的鈦金屬片用砂紙逐級打磨后，依次在丙酮、去離子水、無水乙醇中超聲清洗，干燥待用；步驟二，將3.8-4.1g的乙酸鋅和0.9-1.14g的乙醇胺混合溶解在40-60mL無水乙醇中，在室溫下攪拌3-5h得到混合液，然后將20-40μl所述混合液旋涂到步驟二中處理好的鈦金屬片表面；將旋涂好的鈦金屬片放入馬弗爐中400-600℃燒制50-70min，室溫冷卻；將處理好的鈦金屬片加入到混有0.35-0.37g硝酸鋅、0.16-0.175g六亞甲基四胺和40-60mL去離子水的水熱反應釜中，在80-100℃下水熱反應5-7h生長氧化鋅納米棒，反應結束后，用去離子水和無水乙醇沖洗，在室溫干燥；步驟三，將0.15-0.25g聚乳酸和0.05-0.3g納米銀加入到4-6mL氯仿中，溶解攪拌3-5h得混合液；取20-40μl所述混合液旋涂到步驟二中制備得到的鈦金屬片表面，旋涂結束后在室溫干燥，即得到鈦金屬表面抗菌復合涂層。所述步驟二中的旋涂操作為：在600rpm的轉速下旋涂15秒后再在5000rpm的轉速下旋涂30秒，所述操作重復五次；所述步驟三中的旋涂操作為：在600rpm的轉速下旋涂15秒后再在5000rpm的轉速下旋涂30秒，所述操作重復三次。所述步驟三中納米銀的制備方法如下：取66-76mg油酸鈉加入到含有70-90mL無水乙醇的單口燒瓶中，加熱至70℃并且攪拌回流；緩慢注入15-20mL0.0025mol/L硝酸銀的乙醇溶液，反應15-25min，待反應混合物冷卻后將絮狀沉淀離心分離，并用去離子水和丙酮各洗滌三次，在室溫下干燥得到納米銀顆粒。本專利技術的技術效果為：(1)使用水熱法在鈦金屬表面生長氧化鋅納米棒，制得的氧化鋅納米棒形態好，分布均勻。(2)制備的納米銀顆粒粒徑均勻，尺寸小，抗菌效果好。(3)氧化鋅納米棒和納米銀顆粒外包裹有聚乳酸，避免Ag+和Zn2+的在體內過量釋放，延長兩種無機抗菌劑的殺菌效果，同時提高生物相容性。(4)氧化鋅納米棒可以作為鋅離子釋放源，在聚乳酸覆蓋下，釋放少量的鋅離子，可以促進骨形成。(5)氧化鋅對革蘭氏陽性菌殺菌效果好，而納米銀對革蘭氏陰性菌殺菌效果好，本專利技術所述抗菌復合涂層將這兩種無機抗菌劑結合在一起，使兩者協同殺菌，殺菌類型更為全面，更重要是針對原有單一菌型殺滅效果更好，大大提高抗菌性能。(6)整個制備過程簡單易行，設備投入少，消耗資源少，實施難度小。附圖說明圖1為實施例1中鈦合金表面氧化鋅納米棒的SEM圖。圖2為實施例1中合成的納米銀的TEM圖。圖3為實施例1中本專利技術所述抗菌復合涂層的SEM圖。圖4為實施例1，2，3中所述抗菌復合涂層的抗菌效率圖。圖5為實例1中所述抗菌復合涂層的促進成骨熒光標記圖。所述圖1、圖2、圖3、圖4、圖5為實施例中的代表性效果圖。具體實施方式為更好理解本專利技術，下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步地詳細說明，但是本專利技術要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。實施例1：一種鈦植入體表面聚乳酸/納米銀/氧化鋅納米棒長效抗菌復合涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一，將直徑6mm、厚度2.5mm的鈦金屬圓片用砂紙逐級打磨后，依次在丙酮、去離子水、無水乙醇中超聲清洗，干燥待用。步驟二，將4.1g的乙酸鋅和1.14g的乙醇胺混合溶解在50mL無水乙醇中，在室溫下攪拌4h得到混合液，然后將30μl混合液旋涂到打磨處理好的鈦片表面，旋涂儀控制在600rpm15秒，5000rpm30秒，此過程重復五次；將旋涂好的鈦片放入馬弗爐中500℃燒制60min，室溫冷卻；將處理好的鈦片加入到混有0.37g硝酸鋅、0.175g六亞甲基四胺和50mL去離子水的水熱反應釜中，水熱反應90℃6h生長氧化鋅納米棒，反應結束后，用去離子水和無水乙醇沖洗，在室溫干燥。步驟三，取76mg油酸鈉加入到含有80mL無水乙醇的單口燒瓶中，加熱至70℃并且攪拌回流；緩慢注20mL0.0025mol/L硝酸銀的乙醇溶液，反應20min，待混合物冷卻后將絮狀沉淀離心分離，并用去離子水和丙酮各洗滌三次，在室溫下干燥得到納米銀顆粒。將0.25g聚乳酸和0.15g納米銀加入到5mL氯仿中，溶解攪拌4h。取30μl混合液旋涂到步驟二中準備好的鈦片表面，旋涂儀控制在600rpm15秒，5000rpm30秒，此過程重復三次，旋涂結束后在室溫干燥即得到鈦金屬表面抗菌復合涂層。得到的抗菌復合涂層中氧化鋅納米棒整體分布均勻，納米棒豎直、橫截面呈六邊形，橫截面直徑為80-120nm；所述納米銀顆粒呈均勻分散態本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈦金屬表面抗菌復合涂層，其特征在于，包括生在于鈦金屬表面的氧化鋅納米棒和所述氧化鋅納米棒上附著的聚乳酸與納米銀的混合涂層；所述氧化鋅納米棒豎直、橫截面呈六邊形，所述氧化鋅納米棒整體分布均勻；所述納米銀顆粒呈均勻分散態；所述納米銀與氧化鋅納米棒完全被聚乳酸包覆。

【技術特征摘要】
1.一種鈦金屬表面抗菌復合涂層，其特征在于，包括生在于鈦金屬表面的氧化鋅納米棒和所述氧化鋅納米棒上附著的聚乳酸與納米銀的混合涂層；所述氧化鋅納米棒豎直、橫截面呈六邊形，所述氧化鋅納米棒整體分布均勻；所述納米銀顆粒呈均勻分散態；所述納米銀與氧化鋅納米棒完全被聚乳酸包覆。2.根據權利要求1所述的一種鈦金屬表面抗菌復合涂層，其特征在于，所述氧化鋅納米棒橫截面直徑為80-120nm；所述納米銀顆粒粒徑10-20nm。3.根據權利要求2所述的一種鈦金屬表面抗菌復合涂層，其特征在于，所述鈦金屬為純鈦片或鈦六鋁四釩合金中的一種。4.一種根據權利要求1-3中任一權利要求所述鈦金屬表面抗菌復合涂層的制備方法，其特征在于，將鈦金屬處理后，利用水熱反應在所述鈦金屬表面生長氧化鋅納米棒，再將聚乳酸和納米銀在溶劑中混合后涂覆到鈦金屬表面生長的氧化鋅納米棒上，干燥后即得到所述鈦金屬表面抗菌復合涂層。5.根據權利要求4所述的鈦金屬表面抗菌復合涂層的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：步驟一，將直徑5.5-6.5mm、厚度2.0-3.0mm的鈦金屬片用砂紙逐級打磨后，依次在丙酮、去離子水、無水乙醇中超聲清洗，干燥待用；步驟二，將3.8-4.1g的乙酸鋅和0.9-1.14g的乙醇胺混合溶解在40-60mL無水乙醇中，在室溫下攪拌3-5h得到混合液，然后將20-40μl所述混合液旋涂到步驟二中處理好的鈦金屬片表面；將旋涂好的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳水林，向一鳴，劉想梅，李浚，
申請(專利權)人：湖北大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42