本發(fā)明屬于仿生工程和生物醫(yī)學(xué)工程材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有抗菌性能的微圖形化表面制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，人口老齡化問題日益凸顯，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)疾病和椎間疾病等骨科病癥越來越多地困擾著中老年人的日常生活。鑒于人民群眾不斷增長的醫(yī)療保健需求，使得人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)等骨科植入物手術(shù)醫(yī)療受到越來越多家庭及社會的廣泛關(guān)注。然而，此類手術(shù)仍存在一定比例的術(shù)后感染，且感染可造成手術(shù)徹底失敗，甚至病人死亡等嚴重后果。因此，亟待開發(fā)一種新型高效抗感染骨科植入物。然而極具挑戰(zhàn)性的是，由于骨科植入物感染主要歸咎于生物膜在其表面形成，況且生物膜一旦形成極難根除，所以如何有效地阻止生物膜在骨科植入物表面形成是生物醫(yī)學(xué)界尚待解決的難題之一。生物膜的形成是由于細菌在骨科植入物材料表面粘附、繁殖、棲居造成的。細菌在材料表面的粘附是骨科植入物表面生物膜的形成以及后續(xù)感染的第一步也是關(guān)鍵一步。因此，使骨科植入物表面具有抗菌粘附性能及殺菌性能是阻止生物膜形成的有效策略。
鑒于生物膜可保護細菌讓其免受抗生素的傷害使得骨科植入物感染難以單獨依靠抗生素治療；又因為越來越多種類的細菌對常見抗生素產(chǎn)生了抗藥性，其藥效已被大大削弱；加上新抗生素的開發(fā)周期又非常長；于是以非用藥策略來獲得骨科植入物表面良好的抗菌粘附及殺菌性能逐漸受到科研人員的關(guān)注。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種具有抗菌性能的微圖形化表面制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種具有抗菌性能的微圖形化表面制備方法，包括以下步驟：
步驟(1)：在硅材質(zhì)基底上制備出具有微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架；
步驟(2)：制備微圖形化表面，包括：制備純鈦微圖形化表面或制備二氧化鈦微圖形化表面；
所述步驟(1)中微/納尺度是指從十微米到十納米的尺度范圍；
所述步驟(1)中微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)，包括：微/納尺度的柱狀陣列、突起陣列、凹坑陣列或溝槽陣列。
所述步驟(2)中的制備純鈦微圖形化表面是采用磁控濺射法，將純鈦沉積在所述步驟(1)中的具有微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架上形成純鈦超薄涂層。
所述步驟(2)中的制備二氧化鈦微圖形化表面是先在具有微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架上沉積純鈦超薄涂層，后經(jīng)氧化處理成為二氧化鈦超薄涂層。
所述步驟(1)中在硅材質(zhì)基底上制備出微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架是采用光刻法，其工藝包括如下十四個步驟：光掩膜設(shè)計、熱氧化法生長二氧化硅膜層、沉積一層六甲基二硅氮烷、涂布光刻膠、預(yù)烘烤、紫外線曝光成像、曝光后烘烤、顯影、終烤、去除殘余光刻膠、蝕刻二氧化硅層、蝕刻硅基底、去除光刻膠層和去除二氧化硅層。
有益效果
1.本發(fā)明制備出的微圖形化表面提供了一種不依賴于化學(xué)成分或藥物成分，單純靠物理形貌及其尺寸效應(yīng)而產(chǎn)生抗菌性能的非用藥策略；
2.本發(fā)明由于不依靠抗生素等藥物來獲得抗菌效果，可有效避免病人產(chǎn)生藥物過敏反應(yīng)，大大減輕了病人的身體負擔(dān)；
3.本發(fā)明的方法制備出純鈦、二氧化鈦生物材料的微圖形化表面，不僅具有抗菌性能，而且保證了良好的生物相容性。
附圖說明
圖1為以硅材質(zhì)基底制備出的三種微/納尺度的柱狀陣列拓撲結(jié)構(gòu)示意圖：
(a)、實驗對照組；
(b)、寬度＝間距＝5微米；
(c)、寬度＝間距＝10微米；
(d)、寬度＝間距＝1微米。
具體實施方式
下面通過具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的實施例是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并不對本發(fā)明作任何的限制。
實施例：一種具有抗菌性能的微圖形化表面制備方法，該方法的步驟具體如下：
步驟(1)：在硅材質(zhì)基底上制備出具有微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架，微/納尺度是指從十微米到十納米的尺度范圍，微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)包括：微/納尺度的柱狀陣列、突起陣列、凹坑陣列或溝槽陣列；
所述步驟(1)中在硅材質(zhì)基底上制備出微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架是采用光刻法，具體工藝步驟如下：
s1、光掩膜設(shè)計：運用l-edit(tannerresearch,inc.)軟件進行微/納尺度柱狀陣列、突起陣列、凹坑陣列或溝槽陣列對應(yīng)的光掩模設(shè)計；
s2、熱氧化法生長二氧化硅膜層：運用“濕氧化法”，在擴散爐中對硅片進行氧化，最終在硅片上得到一層厚度為
s3、沉積一層六甲基二硅氮烷(hmds)：目的是用來增強光刻膠與硅片表面的粘附強度；
s4、涂布光刻膠：選用正性光刻膠(azhir1075)，甩膠轉(zhuǎn)速為4000rpm，最終獲得的光刻膠涂層厚度約為
s5、預(yù)烘烤：將已涂布了光刻膠的硅片置于烤爐中在90℃下烘烤60s，目的是去除溶劑及應(yīng)力，增強光刻膠與硅片表面的粘附強度；
s6、紫外線曝光成像：目的是將光掩模上的圖樣轉(zhuǎn)印到光刻膠上；
s7、曝光后烘烤：將已經(jīng)過紫外線曝光的硅片置于烤爐中在110℃下烘烤60s；
s8、顯影：以向硅片表面噴灑fhd-5顯影液的方式進行顯影，從而得到光刻膠圖樣；
s9、終烤：將顯影后的硅片置于烤爐中在120℃下烘烤60s，目的是進一步增強光刻膠與硅片表面的粘附強度，以及確保光刻膠圖樣不會變形；
s10、去除殘余光刻膠：運用氧等離子體將顯影工序后殘留下來的多余的光刻膠去除掉；
s11、蝕刻二氧化硅層：運用“二氧化硅干刻法”(aoe-advancedoxideetch)蝕刻透硅片表面的二氧化硅層，從而將圖樣從光刻膠層轉(zhuǎn)印到二氧化硅層；
s12、蝕刻硅基底：運用“硅干刻法”(drie-deepreactive-ionetching)蝕刻硅片的硅基底材料，從而將圖樣從硅片表面的二氧化硅層轉(zhuǎn)印到硅基底上；
s13、去除光刻膠層：
s13-1、首先，運用氧等離子體處理已經(jīng)過“蝕刻硅基底”工序的硅片
20min，以去除絕大部分光刻膠層；
s13-2、然后，將處理過的硅片浸入120℃的h2so4+h2o2溶液浴10min，
進一步去除光刻膠殘留；
s14、去除二氧化硅層：將已經(jīng)過“去除光刻膠層”工序的硅片浸入boe(bufferedoxideetching)溶液3～5min，以去除硅片表面的二氧化硅層，至此，硅材質(zhì)基底上微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架已制備完成。
如圖1所示為以硅材質(zhì)基底制備出的三種微/納尺度的柱狀陣列拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
步驟(2)：制備微圖形化表面包括：制備純鈦微圖形化表面或制備二氧化鈦微圖形化表面；
a、制備純鈦微圖形化表面：采用磁控濺射法，以純度為99.99％的純鈦盤作為靶材，在室溫的真空環(huán)境(3×10-7torr)中，以恒定射頻功率100w磁控濺射鍍膜300s，將純鈦沉積在上述步驟(1)制備出的具有微/納尺度拓撲結(jié)構(gòu)的框架上形成超薄涂層，進而得到純鈦微圖形化表面。由于超薄涂層不會改變硅框架的形貌，故純鈦微圖形化表面的形貌可參照圖1所示的對應(yīng)的硅框架的形貌。
b、制備二氧化鈦微圖形化表面：將上述制備的純鈦微圖形化表面的樣品在700℃下熱處理1h，使純鈦超薄涂層氧化成為二氧化鈦超薄涂層，進而得到二氧化鈦微圖形化表面。由于超薄涂層不會改變硅框架的形貌，故二氧化鈦微圖形化表面的形貌可參照圖1所示的對應(yīng)的硅框架的形貌。
應(yīng)當理解的是，這里所討論的實施方案及實例只是為了說明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。