一種鈦基材料表面復(fù)合抑菌涂層制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明本涉及一種在材料表面制備復(fù)合抑菌涂層方法，特別是涉及一種在鈦基材料表面制備鈦納米管并負(fù)載納米銀和含微生物解聚小分子雙(3-氨基丙基)胺聚合物的復(fù)合抑菌涂層方法。屬于微生物抑制及生物膜控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物膜是指浮游細(xì)菌附著到生物或非生物表面，并且通過(guò)其自身分泌的胞外聚合物(EPS)結(jié)合在一起，形成的結(jié)構(gòu)性微生物群落。生物膜廣泛存在于環(huán)境中，如消毒系統(tǒng)、自來(lái)水管道、工業(yè)管道、通風(fēng)設(shè)備、醫(yī)療器械及病理狀態(tài)下的人體組織器官。有害生物膜的形成會(huì)引起很多問(wèn)題。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，一些致病菌在人體內(nèi)外及醫(yī)療材料表面形成生物膜是弓丨起慢性感染疾病反復(fù)發(fā)作和難以控制的主要原因之一，而且人體細(xì)菌感染80 %都和生物膜相關(guān)。在環(huán)境領(lǐng)域，生物膜的存在可引起食物和水體污染、膜材料污染、管道堵塞及金屬表面腐蝕等問(wèn)題。
[0003]以往對(duì)于生物膜的控制多采用殺菌劑或抗菌劑，如次氯酸鈉和抗生素等。如Schmidt等(2010)將抗菌劑慶大霉素組裝到了可降解的聚氨基酯、玻尿酸或聚丙烯酸形成的電解質(zhì)聚合物涂層中。Chuang等(2008)將抗菌劑(硝酸銀或溴棕三甲銨)負(fù)載到了聚丙烯酸和聚乙烯亞胺形成的電解質(zhì)涂層中。由于胞外聚合物對(duì)細(xì)菌的屏障保護(hù)作用及其形成生物膜后細(xì)菌表型發(fā)生變化，長(zhǎng)期使用抗生素或者殺菌劑可能導(dǎo)致細(xì)菌抗藥性增加，耐藥細(xì)菌蔓延，從而帶來(lái)了新的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]納米金屬顆粒是近年來(lái)發(fā)展的一種有前景的抑菌劑，其中以納米銀的應(yīng)用最為普遍。當(dāng)納米銀負(fù)載到材料表面，通過(guò)銀離子的緩釋可達(dá)到抑制材料表面生物膜形成的作用。如專利申請(qǐng)?zhí)?00710016018.0通過(guò)化學(xué)鍵合的方式將納米銀顆粒固定在生產(chǎn)設(shè)備的表面，建立了具有緩釋特性的納米抗菌涂層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)啤酒設(shè)備內(nèi)生物膜的控制。但是，由于負(fù)載到材料表面的納米銀釋放速率相對(duì)較快，往往很難獲得長(zhǎng)久的抑菌效果。為了提高納米銀抑菌涂層的持續(xù)有效性，本專利針對(duì)鈦基材料，提出通過(guò)在鈦基材料表面制備鈦納米管并負(fù)載納米銀，然后再覆蓋上含有雙(3-氨基丙基)胺的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)涂層，從而建立一種特殊的三維結(jié)構(gòu)抑菌涂層。雙(3-氨基丙基)胺是一種具有特定結(jié)構(gòu)的多胺類小分子物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)中的氨基能夠和細(xì)菌多糖中的負(fù)價(jià)態(tài)或者帶極性基團(tuán)的中性糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也可能和胞外DNA發(fā)生作用，從而促使生物膜解體。聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)是一種可以被微生物降解的聚合物。通過(guò)這種方式構(gòu)建的鈦基材料表面三維復(fù)合抑菌涂層尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鈦基材料表面抑菌涂層制備方法。該方法通過(guò)鈦基材料表面預(yù)處理及電化學(xué)氧化制備陣列結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米管(Titania nanotubes，TNTs)，并通過(guò)化學(xué)還原將納米銀載入TNTs結(jié)構(gòu)中，最后在TNTs表面覆蓋一層含有微生物解聚小分子物質(zhì)雙(3-氨基丙基)胺的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(poly (lactic-co-glycolic acid) ,PLGA)涂層，實(shí)現(xiàn)了納米銀在鈦基材料穩(wěn)定負(fù)載和長(zhǎng)期緩釋，顯著提高了其抑菌性能。
[0006]—種鈦基材料表面復(fù)合抑菌涂層制備方法，其具體步驟包括:
[0007](1)鈦基材料表面預(yù)處理:將鈦基材料表面用砂紙打磨至光亮且無(wú)明顯劃痕，然后再通過(guò)化學(xué)預(yù)處理去除表層的氧化物，其具體步驟包括:將拋光處理后的鈦基材料浸漬于10-40% NaOH溶液中超聲15_30min，然后用超純水徹底沖洗鈦基材料，吹干，然后將鈦基材料置于5-10%草酸溶液中煮沸l(wèi)_2h，取出鈦基材料用超純水清洗，備用。
[0008](2)鈦基材料表面制備鈦納米管陣列(TNTs):將預(yù)處理好的鈦材料樣品置于電化學(xué)陽(yáng)極氧化裝置中，以鈦片為陽(yáng)極，石墨或鉑片為陰極，以含0.5-2% HF水溶液或0.5-5%的NaF、KF或NH4F為陽(yáng)極電解液；氧化電壓分別為20-60V，氧化時(shí)間20_60min ;將陽(yáng)極氧化得到的試樣置于馬弗爐中在400-500°C熱處理2-3h制成TNTs。
[0009](3) TNTs載入納米銀(TNTs/Ag):將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理的鈦材料樣品置于10_50g/L AgN03溶液中，磁力攪拌10-30min，使得銀離子充分分散于鈦納米管表面；滴加等摩爾的NaBH4溶液，并將溶液用NH 40H調(diào)至pH = 10，磁力攪拌20_60min，納米銀會(huì)負(fù)載到鈦納米管結(jié)構(gòu)中，將負(fù)載了納米銀的鈦材料樣品用超純水清洗，干燥。
[0010](4)負(fù)載含雙(3-氨基丙基)胺的PLGA涂層:上述步驟(3)制得的負(fù)載了納米銀的鈦材料樣品(TNTs-Ag)浸漬于含有0.5-1.5mg/mL雙(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液(1-2% (w/v)于二氯甲烷)中，5-15秒后取出，50-70°C干燥10-20min，然后再次浸漬于上述含雙(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液中，如此重復(fù)1-10次，就完成了鈦材料樣品表面制備TNTs-Ag-PLGA/雙(3-氨基丙基)胺復(fù)合抑菌涂層。
[0011]有益效益
[0012]本發(fā)明提出的鈦基材料制備TNTs-Ag-PLGA/雙(3_氨基丙基)胺復(fù)合抑菌涂層的方法，簡(jiǎn)單易行，重復(fù)性好，經(jīng)濟(jì)高效。涂層采用的納米銀是一種廣譜殺菌劑，能夠有效抑制多種細(xì)菌。(3-氨基丙基)胺是一種能夠促進(jìn)微生物解聚的小分子物質(zhì)，能夠有效作用于生物膜中的多糖，促進(jìn)生物聚體解離。(3-氨基丙基)胺與納米銀的聯(lián)合應(yīng)用提高了納米銀的有效性。TNT表面覆蓋的PLGA涂層，是一種可生物降解的涂層，它覆蓋了鈦納米管管口，但當(dāng)有一定量的微生物沉積在其表面并將其降解時(shí)，封口被打開(kāi)，納米銀緩釋出來(lái)，從而構(gòu)建了一種基于微生物刺激響應(yīng)模式下的三維復(fù)合抑菌涂層。該抑菌涂層在30天內(nèi)可達(dá)到40-70%的抑菌率。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1鈦基材料表面制備的鈦納米管陣列(TNTs)形態(tài)
[0014]圖2鈦基材料表面制備的TNTs-Ag-PLGA/雙(3_氨基丙基)胺三維復(fù)合涂層表面形態(tài)
[0015]圖3是不同鈦片基底層緩釋16天后對(duì)生物膜形成抑制效果
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017](1)鈦片表面預(yù)處理:將鈦片表面用砂紙打磨至光亮且無(wú)明顯劃痕，將拋光處理后的鈦片材料浸泡到30% NaOH溶液中，超聲30min，然后用超純水沖洗鈦片，沖洗干凈后，吹干，然后將鈦片放置于10%草酸溶液中煮沸l(wèi)h，取出鈦片用超純水清洗。
[0018](2)鈦片表面制備TNTs:將步驟(1)預(yù)處理好的鈦片置于電化學(xué)陽(yáng)極氧化裝置中，以鈦片為陽(yáng)極，石墨為陰極，電解液為含1 % HF的水溶液，陰陽(yáng)電極間的距離分別為6cm，在恒電位40V下氧化20min，然后取出鈦片將其置于馬弗爐中，在500°C熱處理lh制成銳鈦礦型的TNTs。
[0019](3) TNTs載入納米銀(TNTs-Ag):將經(jīng)過(guò)步驟⑵處理的鈦片置于10g/L AgN03S液中，磁力攪拌30min，使得銀離子充分分散于納米管表面；滴加等摩爾的NaBH4溶液，將溶液用ΝΗ40Η調(diào)至pH = 10，磁力攪拌30min，將樣品用超純水清洗，干燥，得到TNTs-Ag。
[0020](4)負(fù)載含雙(3-氨基丙基)胺的PLGA涂層:PLGA溶解在二氯甲烷中，制備1 %PLGA 二氯甲烷溶液，稱取一定量雙(3-氨基丙基)胺，將其加入到1% PLGA 二氯甲烷溶液中，配得含有1.0mg/mL雙(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液(1% (w/v)于二氯甲烷)，將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理的鈦片浸入到含雙(3-氨基丙基)胺的PLGA溶液，10秒后取出并在70°C干燥20min，如此重復(fù)5次，就完成了鈦片表面制備TNTs_Ag-PLGA/雙(3-氨基丙基)胺抑菌涂層。
[0021](5)涂層表征及抑菌效應(yīng):鈦樣品經(jīng)過(guò)電化學(xué)氧化后制得的鈦納米管結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電鏡表征如圖1所示，鈦納米管結(jié)構(gòu)整齊有序。其表面負(fù)載上納米銀和雙(3-氨基丙基)胺的PLGA涂層后，掃描電鏡圖如2所示。由圖可以清晰地看到在TNTs表面形成了一層很薄的PLGA/雙(3-氨基丙基)薄膜，這層薄膜已完全將TNTs表面覆蓋，封堵了