CN104120396B - 纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法 - Google Patents

纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法；包括如下步骤：步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；步骤二，采用纳米银颗粒胶作为靶材，通过磁控溅射仪将纳米银颗粒胶喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。本发明方法制备的纳米银涂层修饰人工韧带，由纳米银涂层修饰人工韧带可进步改善人工韧带的生物相容性、良好力学性能，使韧带具有抗菌、抗炎性能，促进腱骨愈合；本发明方法可在医用的PET材料上生成较为均匀的涂层，可解决前期研究中通过在材料表面应用直接人工涂覆的方法而造成的涂层不均匀、稳定性较差的问题；本发明方法制备过程简单、条件温和、节能环保、成本低廉，具有良好的市场应用前景。

Description

纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法
技术领域
本发明涉及一种人工韧带的制备方法，具体地，涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)人工韧带作为膝关节交叉韧带损伤重建的移植物选择，多项临床研究已证明其术后的中短期疗效及安全性较为满意，但仍因组织相容性问题，会出现滑膜炎、感染等并发症问题；且关节滑液内的炎症产物会破坏关节内结构，影响腱骨愈合。这些成为导致膝关节交叉韧带重建手术失败的重要因素之一。因此，提高PET材料的生物相容性，增加其抗菌、抗炎性能，减少人工韧带移植物本身材料缺陷所产生的术后移植部位炎症问题尤为重要。
在各种具有抗菌性能的无机金属离子当中银离子具有较高的抗菌性，银粒子的尺寸越小、分布越均匀，其抗菌活性也越强。银离子具有与菌体中酶蛋白的巯基-SH迅速结合的能力，使一些以此为必要基的酶失活而无法生存，从而达到杀灭细菌、修复组织、促进伤口的愈合作用。目前,国内外制备纳米结构Ag薄膜的方法大致有溶胶.凝胶法、CVD法、溅射法等方法。国内多采用溶胶-凝胶法制备纳米结构Ag薄膜，采用此法制备薄膜的工艺简单易行，但制备出来的薄膜不够均匀、又不致密，且附着力差，膜层容易脱落，难以适应长期、循环应用。化学镀层技术也被用来在纺织材料表面沉积银镀层，但化学镀层是在反应液中进行，会产生加工污染。而用等离子喷涂法制备薄膜，膜层结构均匀、致密，性能优良，薄膜与基材附着牢靠，因此在导电、抗静电、防辐射、抗菌等方面的应用有着明显的优势。目前等离子喷涂法技术主要选择金属、玻璃以及陶瓷等作为基材，在机械、电子和陶瓷等领域应用广泛，而采用PET材料作为基质材料的研究鲜有报道。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法。本发明针对现有技术的不足，通过对等离子喷涂法制备工艺中，气体压强、溅射功率、溅射时间、基底温度等进行调控制备出涂层均一、致密的银涂层修饰PET材料人工韧带，使人工韧带具有抗菌、抗炎性能，满足其生物活性和力学性能方面在临床应用的要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用纳米银颗粒胶作为靶材，通过磁控溅射仪将纳米银颗粒胶喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。
在制备过程中，通过磁控溅射仪使溅射出的银粒子能均匀附着在基材上，减少因银原子入射方向而带来的自身阴影效应，样品架以固定速度旋转。
优选地，所述纳米银颗粒胶为粒径为50～500nm的银颗粒。
优选地，所述磁控溅射仪的样品架固定速度为20～50r/min。
优选地，所述磁控溅射仪的真空室压强为5×10-4～10×10-4Pa，工作气体为高纯氩气，靶材与衬底间距为40～60mm。
优选地，所述磁控溅射仪的工作参数为：溅射功率100～120W、溅射气压为3～5Pa，氩气流量20～30sccm，溅射电压250-600V、电流0.28-0.55A，溅射基体的温度为25～60℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明方法制备的纳米银涂层修饰人工韧带，由纳米银涂层修饰人工韧带可进步改善人工韧带的生物相容性、力学性能，使韧带具有抗菌、抗炎性能，促进腱骨愈合；
(2)本发明方法可在医用的PET材料上生成较为均匀的涂层，可解决前期研究中通过在材料表面应用直接人工涂覆的方法而造成的涂层不均匀、稳定性较差的问题；
(3)本发明方法制备过程简单、条件温和、节能环保、成本低廉，具有良好的市场应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1表面涂层修饰前后的PET人工韧带接触角变化情况对比图；
图2为实施例1表面涂层修饰前后的PET人工韧带的细胞粘附力在不同时间段的变化对比图；
图3为实施例1表面处理前后的PET人工韧带与BMCS细胞共培养不同时间的ALP检测结果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用高纯金属100nm的纳米Ag作为靶材，通过磁控溅射仪JZCK-420B将纳米Ag喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。
其中磁控溅射仪JZCK-420B中，磁控溅射的频率为13.56MHz，输出功率3kW，设定靶材与衬底间距为60mm，样品架以20r/min的速度旋转，真空室抽至本底真空5×10-4Pa，然后充入高纯氩气(99.999％)为工作气体。
制备试样的实验条件：溅射功率120W、溅射气压为3Pa，氩气流量20sccm，溅射电压600V、电流0.35A，溅射基体的温度为25℃,得到表面纳米银膜厚度为10-500纳米的新型PET人工韧带。
检测方法
取本实施例制得的新型人工韧带进行接触角实验，取平整的PET人工韧带材料和银复合丝蛋涂层修饰的新型人工韧带各6块，去离子水冲洗，常温干燥，用高温显微镜(放大14倍)于常温下进行膜表面的接触角测定，结果取平均值，结果如图1所示：随着PET人工韧带表面被银涂层修饰，其表面接触角由疏水性变成亲水性，这将有利于细胞的粘附和生长。
随后的细胞粘附实验也表明经过表明涂层修饰后，细胞对PET人工韧带的粘附力有显著的提高，具体结果如图2所示：其中细胞粘附力的测定利用微吸管吸吮法：用吸管拉制器拉制微吸管，外径2mm，内径lmm，长lOOmm。用丙酮作为溶剂，制备以玻璃为底的特制圆形小腔室，直径约25mm。将表面处理与为处理的人工韧带剪成小腔室尺寸并粘附于玻璃作为基底，在小腔室内滴入浓度为1×106细胞悬液100微升，于孵育箱内孵育不同时间，用微吸管吸吮法测定系统测量细胞的粘附力，共测量43组。结果用均数±标准差表示。
随后，通过培养骨髓间充质(BMCS)细胞，DMEM培养基生长至对数生长期，消化传代，24h后待细胞贴壁长好，加入修饰后的PET人工材料浸提液，同时设置未表面处理PET人工韧带浸提液处理细胞作为对照组。继续培养48小时时间后，通过碱性磷酸酶(ALP)试剂盒测定细胞的ALP活性。如图3，说明所制备的新型人工韧带相较于未处理的PET人工韧带具有效诱导细胞的成骨分化的功能，有助于腱骨愈合。
实施例2
本实施例涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用粒径为200nm的高纯金属Ag颗粒作为靶材，通过磁控溅射仪JZCK-420B将纳米Ag喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。
其中磁控溅射仪JZCK-420B中：磁控溅射的频率为13.56MHz，输出功率3kW，设定靶材与衬底间距为40mm，样品架以40r/min的速度旋转，真空室抽至本底真空5×10-4～Pa，然后充入高纯氩气(99.999％)为工作气体。
制备试样的实验条件：溅射功率100W、溅射气压为5Pa，氩气流量30sccm，溅射电压600V、电流0.35A，溅射基体的温度为45℃,得到表面纳米银膜厚度为10-500纳米的新型PET人工韧带。
本实施例的检测方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用高纯金属粒径为100-300nm的纳米高纯金属Ag混合物颗粒作为靶材，通过磁控溅射仪JZCK-420B将纳米Ag混合物喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。
其中磁控溅射仪JZCK-420B中：磁控溅射的频率为13.56MHz，输出功率3kW，设定靶材与衬底间距为60mm，样品架以35r/min的速度旋转，真空室抽至本底真空5×10-4～Pa，然后充入高纯氩气(99.999％)为工作气体。
制备试样的实验条件：溅射功率100W、溅射气压为5Pa，氩气流量30sccm，溅射电压600V、电流0.35A，溅射基体的温度为60℃,得到表面纳米银膜厚度为10-500纳米的新型PET人工韧带。
本实施例的检测方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用粒径为50nm的高纯金属Ag颗粒作为靶材，通过磁控溅射仪JZCK-420B将纳米Ag喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。
其中磁控溅射仪JZCK-420B中，磁控溅射的频率为13.56MHz，输出功率3kW，设定靶材与衬底间距为60mm，样品架以20r/min的速度旋转，真空室抽至本底真空5×10-4Pa，然后充入高纯氩气(99.999％)为工作气体。
制备试样的实验条件：溅射功率120W、溅射气压为3Pa，氩气流量20sccm，溅射电压600V、电流0.35A，溅射基体的温度为25℃,得到表面纳米银膜厚度为10-500纳米的新型PET人工韧带。
本实施例的检测方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例涉及一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用粒径为500nm的高纯金属Ag颗粒作为靶材，通过磁控溅射仪JZCK-420B将纳米Ag喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带。
其中磁控溅射仪JZCK-420B中，磁控溅射的频率为13.56MHz，输出功率3kW，设定靶材与衬底间距为60mm，样品架以20r/min的速度旋转，真空室抽至本底真空5×10-4Pa，然后充入高纯氩气(99.999％)为工作气体。
制备试样的实验条件：溅射功率120W、溅射气压为3Pa，氩气流量20sccm，溅射电压600V、电流0.35A，溅射基体的温度为25℃,得到表面纳米银膜厚度为10-500纳米的新型PET人工韧带。
本实施例的检测方法与实施例1相同。
综上所述：本发明方法利用纳米银涂层修饰人工韧带，可改善人工韧带的生物相容性、力学性能，使韧带具有抗菌、抗炎性能，促进腱骨愈合；同时，本发明方法可适用于医用的PET材料上生成较为均匀的涂层，解决前期研究中通过在材料表面应用直接人工涂覆的方法而造成的涂层不均匀、稳定性较差的问题；进一步地，本发明方法制备过程简单、条件温和、节能环保、成本低廉，具有良好的市场应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将人工韧带进行超声波清洗，去除表面污垢；
步骤二，采用纳米银颗粒胶作为靶材，通过磁控溅射仪将纳米银颗粒胶喷涂在人工韧带表面，制得纳米银涂层修饰人工韧带；
所述纳米银颗粒胶为粒径为50～500nm金属Ag颗粒。
2.如权利要求1所述的纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射仪的型号为JZCK-420B。
3.如权利要求1所述的纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射仪的样品架固定速度为20～50r/min。
4.如权利要求1所述的纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射仪的真空室压强为5×10-4～10×10-4Pa，工作气体为高纯氩气，靶材与衬底间距为40～60mm。
5.如权利要求1所述的纳米银涂层修饰人工韧带的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射仪的工作参数为：溅射功率100～120W、溅射气压为3～5Pa，氩气流量20～30sccm，溅射电压250-600V、电流0.28-0.55A，溅射基体的温度为25～60℃。
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