【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抗菌纳米涂层，具体涉及一种磁控抗菌仿生纳米涂层及其制备方法。
技术介绍
1、全关节置换术是目前改善终末期骨关节炎患者运动功能和生活质量最有效的治疗方式。然而，全关节置换术后会面临假体周围感染并发症。目前针对假体周围感染的治疗方案是进行翻修手术，但由此导致的更长的住院时间和更高的医疗费用为患者和医院都带来了巨大的负担。因此，有效的预防和治疗假体周围感染是目前亟待解决的关键挑战。
2、对于全关节置换术后发生的假体周围感染，表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌是主要的病原菌。当病原菌接触假体后，便开始分泌胞外聚合物从而不可逆的粘附于假体表面，随着病原菌的繁殖和胞外聚合物的堆积，堡垒样的生物膜逐渐成熟，甚至一部分病原菌脱落，播散，粘附于临近表面形成新的生物膜。生物膜的形成是引起假体周围感染迁延不愈的关键，生物膜的形成也是阻碍骨整合的关键。根据“表面竞赛”理论，病原菌和细胞相互竞赛粘附于假体表面，率先成功粘附的一方将“占领”假体表面，并“抵御”对方的粘附。理想的结果是间充质干细胞赢得“表面竞赛”，假体表面将会形成一层由细胞外基质和矿物沉积构成的保护膜，从而阻止病原菌的粘附和生物膜的形成，最终形成坚强的骨整合。
3、钛(ti)已被应用于临床活动多年，随着纳米技术的广泛应用，许多学者专注于ti表面纳米设计和改性的策略致力于提高抗菌功效并促进细胞整合，如用ag纳米颗粒修饰的tio2纳米管阵列表现出较好的抗生物膜能力。但是这些研究均是静态仿生材料，无法彻底消灭病原菌形成稳定的骨整合。因此，如何构建一种动态抗菌仿生材料
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种磁控抗菌仿生纳米涂层及其制备方法，该磁控抗菌仿生纳米涂层能够在防治假体周围感染的同时积极的促进间充质干细胞的活性和功能，确保间充质干细胞赢得“表面竞赛”，彻底消灭病原菌，形成稳定的骨整合。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：
3、通过水热反应在基底上制备二氧化钛纳米针涂层，然后在二氧化钛纳米针涂层表面包裹聚多巴胺，形成聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层，最后置于四氧化三铁纳米粒悬浊液中反应，制得磁控抗菌仿生纳米涂层。
4、本专利技术的有益效果为：通过水热反应在临床常用基底(如钛)上制备二氧化钛纳米针涂层，该纳米针涂层用于刺破细菌的生物膜，通过在二氧化钛纳米针涂层表面包覆聚多巴胺，聚多巴胺具有多种官能团，可以和四氧化三铁纳米粒相互作用，形成稳定的复合物，提高四氧化三铁纳米粒和二氧化钛纳米针涂层的结合强度，这样制得的磁控抗菌仿生纳米涂层，在外加电磁场的激活下能够机械性损毁生物膜和促进细胞成骨分化，达到防治假体周围感染和促进假体-骨整合的目的。
5、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
6、进一步，通过水热反应在基底上制备二氧化钛纳米针涂层的具体过程为：将基底浸于naoh溶液中，于180-220℃反应8-12h，然后再于酸液中浸泡0.5-2h，制得钛酸纳米针，经清洗干燥后，于空气气氛下，以3-6℃/min的升温速率升温至430-460℃，退火1-3h，制得二氧化钛纳米针涂层。
7、进一步地，naoh溶液浓度为0.5-1.5mol/l；优选naoh溶液浓度为1mol/l。
8、进一步地，将基底浸于naoh溶液中，于200℃反应10h。
9、进一步地，所用酸液为0.5-1.5mol/l的盐酸；优选，于1mol/l盐酸中浸泡1h。
10、进一步地，将钛酸纳米针经清洗干燥后，于空气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至450℃，退火2h，制得二氧化钛纳米针涂层。
11、进一步地，在二氧化钛纳米针涂层表面包裹聚多巴胺，形成聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层的具体过程为：将二氧化钛纳米针涂层浸于多巴胺-tris缓冲液中，磁力搅拌反应5-8h，制得聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层；其中，多巴胺-tris缓冲液的浓度为1-3mg/ml，ph＝7-9。优选磁力搅拌反应时间为6h，多巴胺-tris缓冲液的浓度为2mg/ml，ph＝7.9。
12、进一步地，将聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层置于四氧化三铁纳米粒悬浊液中反应，制得磁控抗菌仿生纳米涂层的具体过程为：将聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层置于四氧化三铁纳米粒悬浊液中于室温条件下反应4-8h，制得磁控抗菌仿生纳米涂层；其中，fe3o4纳米颗粒悬浊液的浓度为5mm-50mm，优选fe3o4纳米颗粒悬浊液的浓度为10mm。
13、本专利技术具有以下有益效果：
14、本专利技术以协助间充质干细胞赢得与生物膜的“表面竞赛”为中心策略，不仅着眼于生物膜的早期形成过程，抑制细菌的粘附、增殖和形成生物膜，还能攻克植入手术多年以后，由其他感染病灶经血源性扩散的方式于假体表面形成的生物膜。为攻克上述技术难题，本专利技术本专利技术通过水热法构建得到二氧化钛纳米针涂层，通过调节各种合成反应条件，可以控制涂层上纳米针的长度、粗细、间隔、有序或者无序和亲水性，然后再通过掺杂磁性纳米颗粒的方式构建磁性纳米涂层，在外加双极超低频脉冲电磁场的作用下，激发磁性纳米涂层产生机械性微震动，真正达到动态模拟“蝉翼”的纳米形貌和机械震动，弥补了以往的静态仿生材料的技术短板。本专利技术通过构建磁控抗菌仿生纳米涂层，在外加电磁场的激活下能够机械性损毁生物膜和促进细胞成骨分化，最终协助间充质干细胞赢得“表面竞赛”，达到防治假体周围感染和促进假体-骨整合的目的。
15、生物膜的形成为假体表面的细菌提供了坚强的“堡垒”，显著降低了抗生素和免疫细胞的杀菌作用，使得假体感染迁延不愈。本申请通过赋予假体表面纳米针形貌和30-50hz的机械性震动，从而可机械性刺破细菌和损毁生物膜。具体通过构建针状纳米涂层，并掺杂磁性纳米颗粒的方式构建仿生纳米涂层，同时结合无创、可控、穿透性强的超低频脉冲电磁场，即可实现假体表面纳米形貌的机械震动。这不仅能在术后早期防止细菌粘附和形成生物膜，也防止手术多年后因其他感染病灶通过血源性扩散而引起的假体周围感染，进而达到了假体感染的防治一体化效果。
16、本专利技术构建的磁控抗菌仿生纳米涂层可通过机械性刺激激活piezol，促进间充质干细胞(hmsc)成骨分化，具体为：钙离子通道piezol在间充质干细胞中有表达，其在被机械力激活后所产生的钙震荡和钙离子内流，参与调控诸多细胞内信号通路。本专利技术通过电磁力-机械力转换的方式，激活机械敏感型钙离子通道piezol，从而调控成骨分化相关信号通路，进而促进间充质干细胞成骨分化。
17、本专利技术构建的磁控抗菌仿生纳米涂层能够通过机械性震动防止细菌粘附和形成生物膜，同时促进间充质干细胞粘附和成骨分化。因此，通过磁控抗菌仿生纳米涂层协助间充质干细胞赢得“表面竞赛”，彻底消灭病原菌，防止假体感染，促进假体-骨整合。...
【技术保护点】
1.一种磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过水热反应在基底上制备二氧化钛纳米针涂层，然后在二氧化钛纳米针涂层表面包裹聚多巴胺，形成聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层，最后置于四氧化三铁纳米粒悬浊液中反应，制得磁控抗菌仿生纳米涂层。
2.根据权利要求1所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，二氧化钛纳米针涂层的直径为50-100nm，长度为1-2μm。
3.根据权利要求1或2所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，将基底浸于NaOH溶液中，于180-220℃反应8-12h，再于酸液中浸泡0.5-2h，然后清洗干燥后，于空气气氛下，以3-6℃/min的升温速率升温至430-460℃，退火1-3h，制得二氧化钛纳米针涂层。
4.根据权利要求3所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，将基底浸于0.5-1.5mol/L的NaOH溶液中，于200℃反应10h，再于0.5-1.5mol/L盐酸溶液中浸泡1h，然后清洗干燥后，于空气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至450℃，退火2h，制得二氧化钛纳米针
5.根据权利要求1所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，将二氧化钛纳米针涂层浸于多巴胺-Tris缓冲液中，磁力搅拌反应5-8h，制得聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层。
6.根据权利要求5所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，多巴胺-Tris缓冲液的浓度为1-3mg/mL，pH＝7-9。
7.根据权利要求5或6所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，磁力搅拌反应时间为6h；多巴胺-Tris缓冲液的浓度为2mg/mL，pH＝7.9。
8.根据权利要求1所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，将聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层置于四氧化三铁纳米粒悬浊液中于室温条件下反应4-8h，制得磁控抗菌仿生纳米涂层。
9.根据权利要求8所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，Fe3O4纳米颗粒悬浊液的浓度为5mM-50mM。
10.采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的磁控抗菌仿生纳米涂层。
...【技术特征摘要】
1.一种磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过水热反应在基底上制备二氧化钛纳米针涂层，然后在二氧化钛纳米针涂层表面包裹聚多巴胺，形成聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米针涂层，最后置于四氧化三铁纳米粒悬浊液中反应，制得磁控抗菌仿生纳米涂层。
2.根据权利要求1所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，二氧化钛纳米针涂层的直径为50-100nm，长度为1-2μm。
3.根据权利要求1或2所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，将基底浸于naoh溶液中，于180-220℃反应8-12h，再于酸液中浸泡0.5-2h，然后清洗干燥后，于空气气氛下，以3-6℃/min的升温速率升温至430-460℃，退火1-3h，制得二氧化钛纳米针涂层。
4.根据权利要求3所述的磁控抗菌仿生纳米涂层的制备方法，其特征在于，将基底浸于0.5-1.5mol/l的naoh溶液中，于200℃反应10h，再于0.5-1.5mol/l盐酸溶液中浸泡1h，然后清洗干燥后，于空气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至45...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杨梦凡，郭思琴，周宗科，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，
类型：发明
国别省市：
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