CN108434524A - 一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过阳极氧化法在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管，将其作为银纳米颗粒的储池；其次，利用高碘酸钠将海藻酸钠进行氧化得到二醛海藻酸钠，记为ADA，作为阴离子聚电解质，和阳离子聚电解质CHI进行层层自组装形成聚电解质多层膜，该多层膜形成的驱动力来自于ADA与CHI的静电相互作用以及ADA上的醛基与CHI上的氨基的共价相互作用，使构建的稳定的多层膜能够有效地控制银离子的释放，降低银离子对成骨细胞造成的毒性，实现良好的生物相容性，并能实现优异的抗菌性能从而赋予钛基植入体良好的抗菌和成骨性能。

Description

一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体是一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法。
背景技术
钛及钛合金具有优良的机械强度、生物相容性和抗腐蚀性能，是牙科和骨科治疗中最常用的生物材料。然而，生物材料相关的术后感染仍然是临床应用身上带的一个重要挑战。植入后感染会导致伤口的愈合延迟，甚至需要进行反复的手术，这会导致病人的痛苦以及过多的费用。更严重的是，细菌一旦附着在植入钛表面，它们会通过形成生物膜来抵抗来自免疫***的致命作用，同时抗生素治疗对已形成生物膜的细菌的杀伤效率很低。研究表明，抑制细菌的早期粘附(4-6小时)被证明是抑制生物膜形成的关键一步。
基于这个问题，研究者们越来越重视赋予钛基植入材料抗感染能力，比如在钛材表面结合抗生素，银纳米颗粒，抗菌肽等等。近年来，银(银)基材料，特别是银纳米粒子，由于其广谱抗菌、抗真菌和抗病毒活性，已被广泛应用于各个领域。
此外研究者发现，银纳米颗粒与抗生素的联合使用对耐药菌MRSA和肺炎克雷伯菌，有明显的抑制作用。人们普遍认为，银纳米粒子的抗菌作用是由银纳米粒子释放出的银(Ag)离子而非颗粒本身造成的。通常认为，Ag离子在低浓度时是细胞相容性的。然而，在短时间内释放出大量的Ag会引起细胞毒性。
基于上述内容，对所设计的含银纳米颗粒的钛基材料表面进行生物改性，除了能够实现有效的银离子的缓释效果，在赋予钛基材料有效的抗菌性能的同时并实现良好的细胞相容性，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管
1.1)将清洗后的钛箔进行干燥处理后，再进行电化学腐蚀过程；
所述干燥过程中：温度范围为40～80℃，时间为2～6小时；
所述电化学腐蚀过程中：将铂箔作为阴极，将干燥处理后的钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水和/或甘油的混合物；
所述氟化铵的浓度为0.27M；
所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；
所述电化学腐蚀过程中：恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；
1.2)将步骤1.1)中得到的电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；
所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；
1.3)将步骤1.2)中得到的锐钛矿型二氧化钛纳米管浸泡在硝酸银溶液中，取出后使用磷酸缓冲盐溶液进行冲洗，最后将冲洗后的锐钛矿型二氧化钛纳米管置于紫外灯下进行紫外还原，得到加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管；
所述浸泡过程中：硝酸银溶液的浓度为0.01～1M，浸泡时间为2～12小时；
所述紫外还原过程中：还原时间为10～60分钟；
2)制备氧化海藻酸钠
2.1)在室温避光的条件下，将高碘酸钠加入到混合物A中，磁力搅拌6～24小时后，得到产物A；
所述混合物A为海藻酸钠水和/或乙醇混合溶液；所述混合物A中海藻酸钠的浓度为1％～5％；所述水和乙醇的体积比的范围为5︰0～0︰5；
所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；
2.2)在步骤2.1)中得到的产物A中加入乙二醇后，再加入氯化钠，得到产物B；
所述乙二醇的体积为1～10mL，所述氯化钠的重量为1～5g；
2.3)将步骤2.2)中得到的产物B中加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；
所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；
2.4)将步骤2.3)中得到的沉淀物置于蒸馏水中，再加入乙醇，再次进行沉淀，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；
所述蒸馏水的体积为100～300mL，所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；
所述步骤2.4)重复进行3～5次后，得到产物C；
2.5)将步骤2.4)中得到的产物C用透析袋在蒸馏水中液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物氧化海藻酸钠；
所述透析过程的时间为3天，所述透析过程中每天更换蒸馏水；
所述冷冻干燥过程中：温度为-55℃，时间为2天；
3)在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜
3.1)将步骤2.5)中得到的氧化海藻酸钠溶解在容器A中的无菌蒸馏水中，得到氧化海藻酸钠溶液；所述氧化海藻酸钠溶液的浓度为1～5mg/mL；
再将壳聚糖溶解在容器B中的无菌蒸馏水中，得到壳聚糖溶液，通过冰醋酸将壳聚糖溶液的pH值调节至5.5；所述壳聚糖溶液的浓度为1～5mg/mL；
3.2)将步骤3.1)中得到的氧化海藻酸钠溶液和调节pH值后的壳聚糖溶液，在步骤1)中得到的加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管上进行交替旋涂5～15次，得到在钛材表面构建具有控制银离子释放且具有良好生物相容性的抗菌界面。
进一步，所述步骤1.1)中的清洗过程为：将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗10～20分钟。
进一步，所述步骤2.1)中磁力搅拌的速率范围为转速500转/分～2000转/分。
进一步，所述步骤2.3)中离心过程的速率为5000～10000转/分，时间为5～20分钟。
进一步，所述步骤2.4)中离心过程的速率为5000～10000转/分，时间为5～20分钟。
进一步，所述步骤2.5)中的透析袋的分子量为3500D。
进一步，所述步骤3.1)中的旋涂过程中采用了旋涂仪，所述旋涂仪的设置包括：转速为100～400rpm/min，时间为5～10s；转速为2000～4000rpm/min，时间为20～60s。
一种通过权利要求1～7任一项所述的制备方法得到的表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材。
值得说明的是：近年来，基于银基抗菌材料，特别是含银的纳米颗粒的材料在生物材料领域受到越来越多的关注，但是银基材料中银离子在生物体内一开始的暴释可能会造成细胞及组织毒性。因此，通过各种修饰方法，来控制银离子的暴释是非常有意义的。研究表明，通过微波辅助的方法，在银纳米颗粒表面形成茶多酚的壳结构，能够有效控制银离子的释放，并且具有有效的抗菌性能，同时不会对哺乳动物细胞产生细胞毒性。
另外，由于其简单性、通用性、可控性和低成本，层层自组装技术已经应用在整形外科的应用功能涂层的制备上。此外，在钛材表面利用层层自组装技术构建的聚电解质多层膜，可以实现在钛材表面所加载功能离子/药物的缓释作用，比如，将BMP2作为插层加载到明胶/壳聚糖聚电解质多层膜中；将锌离子加载到明胶/壳聚糖聚电解质多层膜中。这里所形成的聚电解质多层膜的驱动力主要是靠阳离子聚电解质和阴离子聚电解质的静电相互作用(electrostatic interaction)所形成的。
本研究中，通过电化学阳极氧化法在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管阵列(TNT)，并将其作为药物储池，将银纳米颗粒加载到纳米管内(TNT-Ag)。然后，用高碘酸钠氧化海藻酸钠得到二醛海藻酸钠，命名为ADA。采用CHI和ADA作为聚阳离子和聚阴离子，同时CHI上具有丰富的氨基(-NH2)，ADA上具有丰富的醛基(-CHO)，通过层层自组装技术，在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜。多层膜形成的驱动力是来自于CHI和ADA的静电相互作用(electrostatic interaction)以及CHI上的氨基和ADA上的醛基的通过形成席夫碱的共价相互作用(covalent assembly interaction)。
进行以下推测：由于聚电解质多层膜是在两种作用下驱使形成的，所以在生理环境下形成的膜的稳定性会更强，能够更有效地实现银离子的控制释放。同时，通过由于良好的生物相容性，CHI和ADA层层自组装构建的聚电解质多层膜可以实现所加载药物的缓释并赋予钛基植入体生物功能。
因此，在本项研究中，在银纳米颗粒加载的二氧化钛纳米管表面构建的CHI/ADA多层膜由于是通过静电相互作用和共价相互作用两种驱使力下形成的，具有更强的稳定性，能够有效的实现银离子的控制释放，在实现有效抗菌能力的同时又不造成细胞毒性。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)本发明中的制备方法不需要特殊设备，操作简单、可控性强。
2)本发明利用该方法构建的含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材具有有效控制银离子的早期的暴释，同时具有良好的生物相容性，在骨移植材料的应用中有重要的研究价值和临床意义。
附图说明
图1为三种不同材料的表面扫描电镜图以及加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管的透射电镜图；
图2为海藻酸钠和氧化过后的二醛海藻酸钠的傅里叶变换红外光谱图；
图3为三种不同材料的表面水接触角；
图4为在磷酸缓冲液中TNT-Ag和LBL样品中银离子在28天内的释放曲线图；
图5为成骨细胞在不同材料中的乳酸脱氢酶释放含量情况；
图6为不同修饰样品表面成骨细胞培养4天和7天后的细胞活性图；
图7为不同修饰样品表面成骨细胞培养2天后的细胞核以及细胞骨架染色图；
图8为不同修饰样品表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养6小时后的粘附情况(CLSM)图；
图9为不同修饰样品表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养6小时后的材料表面的抑菌率情况图；
图10为不同修饰样品表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养6、12和24小时后的细菌活性图(MTT法)。
在图1中：图1a为二氧化钛纳米管(TNT)的表面扫描电镜图；图1b为载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管(TNT-Ag)的表面扫描电镜图；图1c为(CHI/ADA)5铺膜样品LBL的表面扫描电镜图；图1d为载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管(TNT-Ag)的透射电镜图；
在图2中：图2a为海藻酸钠的傅里叶变换红外光谱图；图2b为氧化过后的二醛海藻酸钠的傅里叶变换红外光谱图；
在图7中：图7a为成骨细胞在TNT表面2天后的粘附图；图7b为成骨细胞在TNT-Ag表面2天后的粘附图；图7c为成骨细胞在LBL表面2天后的粘附图；
在图8中：图8a和8d分别为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在TNT表面6小时后的细菌粘附图；图8b和8e分别为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在TNT-Ag表面6小时后的细菌粘附图；图8c和8f分别为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在LBL表面6小时后的细菌粘附图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在钛材表面利用阳极氧化法构建管径为70nm的二氧化钛纳米管阵列(TNT)，将其浸泡在在硝酸银溶液中，通过紫外还原的方法在二氧化钛纳米管中加载银纳米颗粒(TNT-Ag)。
1.1)将清洗后的钛箔(10mm×10mm)进行干燥处理后，再进行电化学腐蚀过程；
所述清洗过程为：将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗15分钟。
所述干燥过程中：温度为60℃，时间为4小时；
所述电化学腐蚀过程中：将铂箔作为阴极，将干燥处理后的钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水和/或甘油的混合物；
所述氟化铵的浓度为0.27M；
所述水和甘油的体积比包括1︰1；
所述电化学腐蚀过程中：恒定电压为20V，电解时间为60分钟；
1.2)将步骤1.1)中得到的电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管，记为TNT；
所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；
1.3)将步骤1.2)中得到的锐钛矿型二氧化钛纳米管浸泡在硝酸银溶液中，取出后使用磷酸缓冲盐溶液进行冲洗，最后将冲洗后的锐钛矿型二氧化钛纳米管置于紫外灯下进行紫外还原，得到加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管，记为TNT-Ag；
所述浸泡过程中：硝酸银溶液的浓度为0.5M，浸泡时间为2小时；
所述紫外还原过程中：还原时间为30分钟；
2)制备氧化海藻酸钠(ADA)；
2.1)在室温避光的条件下，将高碘酸钠加入到混合物A中，磁力搅拌24小时后，得到产物A；
所述磁力搅拌的速率为1000转/分钟；
所述混合物A为海藻酸钠水和/或乙醇混合溶液；所述混合物A中海藻酸钠的浓度为5％；所述水和乙醇的体积比包括4︰1；
所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1︰1；
2.2)在步骤2.1)中得到的产物A中加入乙二醇后，再加入氯化钠，得到产物B；
所述乙二醇的体积为10mL，所述氯化钠的重量为5g；
2.3)将步骤2.2)中得到的产物B中加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；
所述乙醇的体积为800mL，所述静置的时间为60分钟，所述离心过程中转速为10000转/分，时间为10分钟；
2.4)将步骤2.3)中得到的沉淀物置于蒸馏水中，再加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物，再次进行沉淀；
所述蒸馏水的体积为100mL，所述乙醇的体积为600mL，所述静置的时间为60分钟，所述离心过程中转速为10000转/分，时间为10分钟；
所述步骤2.4)重复该步骤进行3～5次后，得到产物C；
2.5)将步骤2.4)中得到的产物C用透析袋在蒸馏水中液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物氧化海藻酸钠；
所述透析过程的时间为3天，所述透析过程中每天更换蒸馏水；
所述冷冻干燥过程中：温度为-55℃，时间为2天；
所述透析袋的分子量为3500D；
3)在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜
3.1)将步骤2.5)中得到的氧化海藻酸钠溶解在容器A中的无菌蒸馏水中，得到氧化海藻酸钠溶液；所述氧化海藻酸钠溶液的浓度为5mg/mL；
再将壳聚糖溶解在容器B中的无菌蒸馏水中，得到壳聚糖溶液，通过冰醋酸将壳聚糖溶液的pH值调节至5.5；所述壳聚糖溶液的浓度为5mg/mL；
3.2)将步骤3.1)中得到的氧化海藻酸钠溶液和调节pH值后的壳聚糖溶液，在步骤1)中得到的加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管上进行交替旋涂5次，得到在钛材表面构建具有控制银离子释放且具有良好生物相容性的抗菌界面，记为LBL。
所述旋涂过程中采用了旋涂仪，所述旋涂仪的设置包括：转速为300rpm/min，时间为8s；转速为3000rpm/min，时间为40s。
在图1中：
图1a为二氧化钛纳米管(TNT)的表面扫描电镜图；具体是步骤1)完成后得到的二氧化钛纳米管的扫描电镜图；由图1a中可见本实施例中制备得到的纳米管具有均匀的管径，且分布在70nm左右；
图1b为载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管(TNT-Ag)的表面扫描电镜图；从图1b中可以看出通过紫外还原银纳米颗粒已成功加载进纳米管中，且银纳米颗粒的粒径在20nm左右；
图1c为(CHI/ADA)5铺膜样品LBL的表面扫描电镜图；从图中可以发现铺膜后纳米管被成功的覆盖；
图1d为载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管(TNT-Ag)的透射电镜图。
图2为海藻酸钠和氧化过后的二醛海藻酸钠的傅里叶变换红外光谱图；
图2为步骤2)中制备所得产物ADA的傅里叶变换红外光谱图，结果发现在1677.7cm-1处出现了归属于醛羰基的吸收峰，证明了氧化后形成了二醛海藻酸钠。
图3为三种不同材料的表面水接触角；阳极氧化后形成的TNT表面的水接触角为21.8°；TNT-Ag样品表面的水接触角降低至16.5°，这是由于表面的拓扑结构的改变；层层自组装之后形成的LBL样品水接触角又上升至37.8°。
由上述内容可以证明，本发明成功在钛材表面构建了一种含银的具有良好生物相容性的抗菌界面。
值得说明的是：本实施例首先通过电化学阳极氧化在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管阵列，并将其作为储池加载银纳米颗粒；然后通过高碘酸钠氧化海藻酸钠得到富含醛基的二醛海藻酸钠(ADA)；最后使用ADA和CHI作为阴离子聚电解质和阳离子聚电解质，利用层层自组装技术在装载银纳米颗粒的纳米管表面构建了由静电相互作用和共价相互作用两种驱使力所形成的稳定的聚电解质多层膜，多层膜可以有效控制银离子的早期暴释，具有良好的生物相容性，同时能够发挥有效地抗菌作用。
在构建流程中，诸多因素会影响二氧化钛纳米管的合成、银纳米颗粒的加载以及钛材表面聚电解质多层膜的构建，例如硝酸银的浓度、紫外氧化时间、海藻酸钠的氧化效率、电解过程中电解液/电压及电解时间、层层自组装时聚阳/阴离子的浓度旋涂的转速与时间等，不同的控制条件将影响抗菌钛材界面的构建。
本实施例着重对海藻酸钠的氧化效率、硝酸银浓度的筛选、层层自组装过程中聚阳/阴离子的浓度、旋涂采用的转速进行了考察。结果显示，当用高碘酸钠和海藻酸钠的摩尔比为1︰1，即可得到具有良好细胞相容性的ADA产物；以及当硝酸银的浓度为0.5M，紫外还原的时间为30分钟时，即可得到具有良好抗菌性能的银纳米颗粒；当旋涂设置为300rpm(8s)，3000rpm(40s)，Chi-c和HA-c的浓度分别为2mg/mL和2mg/mL时，5个循环的壳ADA/CHI即可在载银纳米颗粒的纳米管表面形成均匀的覆盖层。
实验例1：
银离子的释放、材料的生物相容性的评价
本实验例中，两种不同样品TNT-Ag和LBL样品浸泡在磷酸化缓冲液(PBS)中被用来研究材料中银离子的释放情况；以及评价成骨细胞在不同材料表面的LDH水平、细胞活性和细胞粘附情况，具体包括以下步骤：
1)为了验证多层膜对银离子释放的影响，每组(TNT-Ag和LBL)5个样品分别浸泡到5mL PBS中；
不同时间(1、4、7、14、28天)孵育(37℃)后，每组样品中取5mL浸出液以检测银离子的释放速率。
本实验中银离子的释放量是利用ICP-AES测量得出；
从图4中可以看出，不论在哪个时间点，LBL样品释放出的银离子均低于TNT-Ag样品，因此我们所构建的聚电解质多层膜可以有限地控制银离子的释放。
2)图5为成骨细胞在不同材料中的乳酸脱氢酶(LDH)释放含量情况；
当成骨细胞成长到第三代时，2×104个/孔的密度接种于各钛片表面以及TCPS上，37℃、5％CO2条件下培养不同时间，期间不换液；利用LDH检测试剂盒检测了培养3天后成骨细胞在不同材料表面的LDH水平。
如图5中的结果所示，成骨细胞在TNT-Ag样品中的LDH释放量均显著性地高于其他组(0.05或者0.01水平)，说明TNT-Ag样品早期释放出的Ag离子产生了细胞毒性，而在使用(ADA/CHI)5多层膜封堵后显著性的控制了银离子的释放，从而降低了早期的细胞毒性。
3)图6为不同修饰样品表面成骨细胞培养4天和7天后的细胞活性图；
当成骨细胞成长到第三代时，2×104个/孔的密度接种于各钛片表面以及TCPS上，37℃、5％CO2条件下培养不同时间，每两天换液一次；利用CCK-8技术检测了4天和7天培养后不同材料表面的细胞活性，在不同时间点，为了检测不同材料表面的成骨细胞细胞活性，吸弃旧培养液后各孔中加入200μL不含血清的新鲜培养基以及20μLCCK-8溶液，继续培养1.5h后在450nm处测量各组吸光值。
如图6中的结果所示，不论在4天或者7天，TNT-Ag样品的细胞活性均显著性地低于TNT和LBL样片；尽管在7天，成骨细胞在LBL样品上的细胞活性低于TNT样品，但不存在显著性差异；所以，我们在TNT-Ag样品表面所构建的(ADA/CHI)5聚电解质多层膜，具有良好的细胞相容性。
4)图7为不同修饰样品表面成骨细胞培养2天后的细胞核以及细胞骨架染色图；
当成骨细胞成长到第三代时，8000个/孔的密度接种于各钛基材表面，静置培养2天，用0.4％的tritonX-100孵育成骨细胞15分钟打孔，用配置好的鬼笔环肽4℃冰箱内孵育过夜以染成骨细胞的骨架；然后利用Hochest33258染成骨细胞细胞核5min，在倒置荧光显微镜下观察成骨细胞粘附情况。
如图7中的成骨细胞染色结果，我们发现在TNT和TNT-Ag样品表面，成骨细胞的粘附数量低于LBL样品上的；并且在TNT-Ag样品上的成骨细胞展示出比较差的铺展状况，而LBL样品上的成骨细胞展现出较多的细胞伪足，暗示良好的粘附状况，归结于所构建的多层膜的良好的生物相容性。
从上述内容中可知，本发明中所制备的多层膜能够有效控制的银离子的释放，从而降低银离子对成骨细胞造成的毒性，从而实现良好的细胞相容性。
实验例2：
材料表面细菌粘附、抑菌率及细菌活性检测
将已经稀释好的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别以1×106个/孔的密度接种于不同的材料表面，37℃条件下培养6小时后，利用利用Hochest33258染细菌的拟核5min；另外还检测了6小时培养后不同材料表面相对于纯钛表面的抑菌率。
1)该检测中，为了制备CLSM观察样品，首先利用4％的多聚甲醛溶液在4℃条件下对细菌进行30分钟的固定，然后对其进行Hochest33258在4℃条件下染细菌的拟核5min，然后CLSM观察不同材料表面的细菌粘附情况；
2)为了检测不同材料表面的抗细菌粘附效率，将不同的钛材取出来，用PBS轻轻冲洗3次洗掉未粘附的细菌，然后加入1mlPBS并超声使粘附的细菌脱落下来，再吸取50μL在MHB固体培养基上进行涂平板，37℃条件下培养18h后计数不同组的菌落个数，最后以纯钛表面作为对照组计算抑菌率；
3)为了检测不同材料表面粘附细菌的细菌活性，利用MTT法检测了6、12、24h培养后不同材料表面的细菌活性，在不同时间点，为了检测不同材料表面的细菌活性，吸弃旧培养液后各孔中加入200μL的MHB培养基以及20μLMTT母液溶液，继续培养6h后，用DMSO溶解紫色结晶，在490nm处测量各组吸光值。
图8为不同修饰样品表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养6小时后的粘附情况(CLSM)图；
在图8中展示出了6小时培养后不同材料表面粘附细菌的CLSM图。从图中我们可以看到培养6h后，不论是金黄色葡萄球菌还是大肠杆菌，TNT-Ag和LBL样品上几乎没有细菌的粘附，说明在这两种材料表面，由于银离子的释放，在早期就能展示出优异的抗细菌粘附的能力。
图9为不同修饰样品表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养6小时后的材料表面的抑菌率情况图；
在图9中展示出了培养6小时后不同材料表面对两种细菌的抑菌效率；在6h，TNT-Ag和LBL材料表面对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均达到了90％以上。
图10为不同修饰样品表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养6、12和24小时后的细菌活性图(MTT法)；
在图10中展示出在不同培养时间后的不同材料表面的细菌活性，从中可以看出，不论在哪个时间点，TNT-Ag和LBL样品表面的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌活性均极显著性地低于TNT组。
由此，结果表明相较于TNT组，含银纳米颗粒的样品(TNT-Ag和LBL组)能实现有效的抗菌性能。
综上所述，本发明中的制备方法不需要特殊设备，操作简单、可控性强；本发明所构建的聚电解质多层膜不仅能够有效地控制银离子的释放，展现出良好的生物相容性，并能实现有效的抗菌能力，在抗菌骨移植材料的应用中有重要的研究价值和临床意义。

Claims (8)

1.一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管
1.1)将清洗后的钛箔进行干燥处理后，再进行电化学腐蚀过程；
所述干燥过程中：温度范围为40～80℃，时间为2～6小时；
所述电化学腐蚀过程中：将铂箔作为阴极，将干燥处理后的钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水和/或甘油的混合物；
所述氟化铵的浓度为0.27M；
所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；
所述电化学腐蚀过程中：恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；
1.2)将步骤1.1)中得到的电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；
所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；
1.3)将步骤1.2)中得到的锐钛矿型二氧化钛纳米管浸泡在硝酸银溶液中，取出后使用磷酸缓冲盐溶液进行冲洗，最后将冲洗后的锐钛矿型二氧化钛纳米管置于紫外灯下进行紫外还原，得到加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管；
所述浸泡过程中：硝酸银溶液的浓度为0.01～1M，浸泡时间为2～12小时；
所述紫外还原过程中：还原时间为10～60分钟；
2)制备氧化海藻酸钠
2.1)在室温避光的条件下，将高碘酸钠加入到混合物A中，磁力搅拌6～24小时后，得到产物A；
所述混合物A为海藻酸钠水和/或乙醇混合溶液；所述混合物A中海藻酸钠的浓度为1％～5％；所述水和乙醇的体积比的范围为5︰0～0︰5；
所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；
2.2)在步骤2.1)中得到的产物A中加入乙二醇后，再加入氯化钠，得到产物B；
所述乙二醇的体积为1～10mL，所述氯化钠的重量为1～5g；
2.3)将步骤2.2)中得到的产物B中加入乙醇，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；
所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；
2.4)将步骤2.3)中得到的沉淀物置于蒸馏水中，再加入乙醇，再次进行沉淀，静置使其自然沉降，然后进行离心过程后，收集沉淀物；
所述蒸馏水的体积为100～300mL，所述乙醇的体积为200～800mL，所述静置的时间为30～90分钟；
所述步骤2.4)重复进行3～5次后，得到产物C；
2.5)将步骤2.4)中得到的产物C用透析袋在蒸馏水中液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物氧化海藻酸钠；
所述透析过程的时间为3天，所述透析过程中每天更换蒸馏水；
所述冷冻干燥过程中：温度为-55℃，时间为2天；
3)在加载银纳米颗粒的二氧化钛纳米管表面构建聚电解质多层膜
3.1)将步骤2.5)中得到的氧化海藻酸钠溶解在容器A中的无菌蒸馏水中，得到氧化海藻酸钠溶液；所述氧化海藻酸钠溶液的浓度为1～5mg/mL；
再将壳聚糖溶解在容器B中的无菌蒸馏水中，得到壳聚糖溶液，通过冰醋酸将壳聚糖溶液的pH值调节至5.5；所述壳聚糖溶液的浓度为1～5mg/mL；
3.2)将步骤3.1)中得到的氧化海藻酸钠溶液和调节pH值后的壳聚糖溶液，在步骤1)中得到的加载有银纳米颗粒的二氧化钛纳米管上进行交替旋涂5～15次，得到在钛材表面构建具有控制银离子释放且具有良好生物相容性的抗菌界面。
2.根据权利要求1所述的一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于：所述步骤1.1)中的清洗过程为：将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗10～20分钟。
3.根据权利要求1所述的一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于：所述步骤2.1)中磁力搅拌的速率范围为转速500转/分～2000转/分。
4.根据权利要求1所述的一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于：所述步骤2.3)中离心过程的速率为5000～10000转/分，时间为5～20分钟。
5.根据权利要求1所述的一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于：所述步骤2.4)中离心过程的速率为5000～10000转/分，时间为5～20分钟。
6.根据权利要求1所述的一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于：所述步骤2.5)中的透析袋的分子量为3500D。
7.根据权利要求1所述的一种表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材制备方法，其特征在于：所述步骤3.1)中的旋涂过程中采用了旋涂仪，所述旋涂仪的设置包括：转速为100～400rpm/min，时间为5～10s；转速为2000～4000rpm/min，时间为20～60s。
8.一种通过权利要求1～7任一项所述的制备方法得到的表面含银的具有良好生物相容性的抗菌钛材。
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