CN115011926A - 一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层及其制备方法。本发明提供的Ti基医用抗菌纳米复合涂层，包含以下体积百分含量的组分：Ti95～99％，抗菌粒子1～5％；所述抗菌粒子为Cu或Ag。本发明采用Cu或Ag粒子作为Ti基医用抗菌纳米复合涂层中的抗菌粒子，同时限定抗菌粒子的含量，使得所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层在具有良好生物相容性的前提下，具有良好的抗菌性能，实施例的数据表明，本发明所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层对具核梭杆菌的抗菌率均在80％以上，且毒性等级为I级，符合生物材料安全标准，可以作为牙种植体的抗菌涂层。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层及其制备方法。
背景技术
随着全球人口老龄化的随着种植技术的日趋成熟，种植修复已成为牙周疾病或因外伤失牙的重要治疗手段。因此，对口腔种植材料的需求也在增加。钛金属具有良好的机械性能和生物相容性被广泛用于牙科植入体，但其又有一定的生物惰性，本身不具有抗菌性能，容易引起种植后的感染和种植体周围炎的发生。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层，本发明提供的Ti基医用抗菌纳米复合涂层能够使得钛种植体具有优异的抗菌性，尤其是对具核梭杆菌具有良好的抗菌性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供了Ti基医用抗菌纳米复合涂层，包含以下体积百分含量的组分：Ti 95～99％，抗菌粒子1～5％；
所述抗菌粒子为Cu或Ag。
优选地，所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层的厚度为10～30nm。
本发明还提供了上述所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
将基材依次进行抛光处理、超声清洗和离子清洗，得到清洗后的基材；
将Ti-抗菌粒子复合靶材通过磁控溅射沉积至所述清洗后的基材表面，得到所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层；
所述Ti-抗菌粒子靶材中Ti和抗菌粒子的体积比为95～99:1～5。
优选地，所述超声波清洗为依次进行丙酮超声清洗和无水乙醇超声清洗。
优选地，所述超声清洗的超声频率为15～30kHz。
优选地，所述丙酮超声清洗和无水乙醇超声清洗的时间独立地为15～25min。
优选地，所述离子清洗的条件包括：离子清洗的气体为氩气，功率为40～60W，真空度为2～4Pa，离子轰击时间为10min。
优选地，所述磁控溅射的条件包括：氩气流量为25～35sccm，溅射功率为35～45W，沉积时间为1.0～2.0min，靶基距为5cm，总气压范围为0.8～1.0Pa。
本发明提供了一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层，包含以下体积百分含量的组分：Ti 95～99％，抗菌粒子1～5％；所述抗菌粒子为Cu或Ag。本发明采用Cu或Ag粒子作为Ti基医用抗菌纳米复合涂层中的抗菌粒子，同时限定抗菌粒子的含量，使得所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层在具有良好生物相容性的前提下，具有良好的抗菌性能。实施例的数据表明，本发明提供的Ti基医用抗菌纳米复合涂层对具核梭杆菌的抗菌率均在80％以上，且毒性等级为I级，符合生物材料安全标准，可以作为牙种植体的抗菌涂层。
此外，本发明的实施例结果表明，本发明提供的Ti基医用抗菌纳米复合涂层具有良好的糙度和疏水性性能。
本发明还提供了上述所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：将基材依次进行抛光处理、超声清洗和离子清洗，得到清洗后的基材；将Ti-抗菌粒子复合靶材通过磁控溅射沉积至清洗后的基材表面，得到所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层；所述Ti-抗菌粒子靶材中Ti和抗菌粒子的体积比为95～99：1～5。本发明采用磁控溅射沉积的方式得到Ti基医用抗菌纳米复合涂层，具有制备方法简单、沉积速度和结合强度高的优点。
附图说明：
图1是实施例1制备得到的涂层的XRD谱图；
图2是实施例1制备得到的涂层的表面形貌SEM图；
图3是实施例1制备得到的涂层和纯Ti的AFM形貌图；
图4是实施例1制备得到的涂层和纯Ti的的粗糙度测试图；
图5是实施例1制备得到的涂层和纯Ti的水接触角图；
图6是实施例1制备得到的涂层的Cu2+释放曲线图；
图7是实施例1制备得到的涂层与小鼠成纤维细胞培养不同时间的细胞相对增值率图；
图8是实施例1制备得到涂层表面细菌培养计数结果图；
图9是实施例1制备得到的涂层对具核梭杆菌的抗菌率柱状图；
图10是实施例2制备得到的涂层的XRD谱图；
图11是实施例2制备得到的涂层的表面形貌SEM图；
图12是实施例2制备得到的涂层和纯Ti的AFM形貌图；
图13是实施例2制备得到的涂层和纯Ti的的粗糙度测试图；
图14是实施例2制备得到的涂层和纯Ti的水接触角图；
图15是实施例2制备得到的涂层的Ag+释放曲线图；
图16是实施例2制备得到的涂层与小鼠成纤维细胞培养不同时间的细胞相对增值率图；
图17是实施例2制备得到涂层表面细菌培养计数结果图；
图18是实施例2制备得到的涂层对具核梭杆菌的抗菌率柱状图。
具体实施方式
本发明提供了一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层，包含以下体积百分含量的组分：Ti 95～99％，抗菌粒子1～5％；
在本发明中，所述抗菌粒子为Cu或Ag。
本发明提供的Ti基医用抗菌纳米复合涂层包含体积百分含量为95～99％的Ti，优选为95％。
本发明提供的Ti基医用抗菌纳米复合涂层包含体积百分含量为1～5％的抗菌粒子，优选为5％。在本发明中，所述抗菌粒子为Cu或Ag。
在本发明中，所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层的厚度优选为10～30nm，更优选为15～25nm。
本发明还提供了上述所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
将基材依次进行抛光处理、超声清洗和离子清洗，得到清洗后的基材；
将Ti-抗菌粒子复合靶材通过磁控溅射沉积至所述清洗后的基材表面，得到所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层；
所述Ti-抗菌粒子靶材中Ti和抗菌粒子的体积比为95～99:1～5。
本发明将基材依次进行抛光处理、超声清洗和离子清洗，得到清洗后的基材。
本发明中，所述基体优选为Ti种植体。
本发明对所述抛光处理不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作进行即可。在本发明中，所述超声清洗优选为依次进行丙酮超声清洗和无水乙醇超声清洗。在本发明中，所述超声清洗的超声频率优选为15～30kHz，更优选为20～30kHz。在本发明中，所述丙酮超声清洗的时间优选为15～25min，更优选为20min；所述无水乙醇超声清洗的时间优选为15～25min，更优选为20min。
在本发明中，所述离子清洗的条件包括：离子清洗的气体优选为氩气；功率优选为40～60W，更优选为50～60W；真空度优选为2～4Pa，更优选为3～4Pa；离子轰击时间优选为10min。
在本发明中，所述离子清洗优选包括：将超声清洗后的基材置于真空室，抽真空至1×10-3Pa后，通入氩气，进行离子轰击。
得到清洗后的基材后，本发明将Ti-抗菌粒子复合靶材通过磁控溅射沉积至清洗后的基材的表面，得到所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层。
在本发明中，所述Ti-抗菌粒子复合靶材中Ti和抗菌粒子的体积比为95～99:1～5，优选为95:5。在本发明实施例中，所述Ti-抗菌粒子复合靶材的直径具体优选为50mm，厚度优选为3mm。
在本发明中，所述磁控溅射的条件包括：氩气流量优选为25～35sccm，更优选为30sccm；溅射功率优选为35～45W，更优选为40W；沉积时间优选为1.0～2.0min，更优选为1.5min；靶基距优选为5cm；总气压范围优选为0.8～1.0Pa，更优选为0.8Pa。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中所用的仪器如下：
JGP-450型磁控溅射系统，中科院沈阳科学仪器研制中心有限公司；
D8Advance型X射线衍射仪，德国Bruker公司；
QuantaFEG450型扫描电子显微镜，美国FEI公司；
Dimension Icon型原子力显微镜，德国Bruker公司；
JC2000C1型界面张力测量仪，上海中晨数字技术设备有限公司；
Aglient 7800型电感耦合等离子体质谱仪，安捷伦科技有限公司。
实施例1
(1)Cu-1涂层
将纯Ti基材依次进行抛光处理，在频率为20kHz的条件下，进行丙酮超声清洗20min，无水乙醇超声清洗20min，然后将无水乙醇超声清洗后的基材置于真空室，抽真空至1×10-3Pa后，通入氩气，维持真空度在3Pa，对基材进行10min的离子轰击，功率为50W。
采用直径为50mm，厚度3mm的Ti-Cu复合靶(体积比Ti:Cu＝99:1)在离子清洗后的基材表面进行磁控溅射，得到Ti-Cu纳米复合涂层，磁控溅射的条件为：Ar气流量为30sccm；溅射功率为40W；时间为1.5min；总气压为0.8Pa；靶基距5cm，该涂层记为Cu-1涂层，厚度为20nm。
(2)Cu-2涂层
与(1)的制备区别仅仅在于：Ti-Cu复合靶中Ti和Cu的体积比为98：2。本实施例制备得到的涂层记为Cu-2涂层，厚度为20nm。
(3)Cu-3涂层
和(1)的制备区别仅仅在于：Ti-Cu复合靶中Ti和Cu的体积比为97：3。本实施例制备得到的涂层记为Cu-3涂层，厚度为20nm。
(4)Cu-4涂层
和(1)的区别仅仅在于：Ti-Cu复合靶中Ti和Cu的体积比为96：4。本实施例制备得到的涂层记为Cu-4涂层，厚度为20nm。
(5)Cu-5涂层
和(1)的区别仅仅在于：Ti-Cu复合靶中Ti和Cu的体积比为95：5。本实施例制备得到的涂层记为Cu-5涂层，厚度为20nm。
本发明对实施例1中制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层进行了XRD测试，测试结果见图1，从图1可知：衍射角2θ为76.1°附近出现了Ti的衍射峰。根据图1与标准图谱对照结果，可以得知为Ti(112)晶面。图中没有出现Cu的衍射峰，这可能与Cu含量少、均匀分散在晶体中有关。
本发明还对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层的表面形貌进行了SEM测试，测试结果见图2，从图2可知：样品表面分布有纳米颗粒，其中大颗粒为纳米Cu颗粒，并且随着Cu含量的增加，Ti片表面大颗粒也越来越多。
本发明还对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层以及表面光滑的纯Ti片(未做任何处理)的三维形貌和表面粗糙度进行了测试，测试结果见图3，图3为AFM三维形貌图。其中，图3中(a)为纯Ti的AFM三维形貌图，图3中b～f分别为Cu-1涂层～Cu-5涂层表面的AFM三维形貌图，由图3中a～f可知，Ti组和涂层组的三维形貌有很大差别。图3中(a)纯Ti的表面比较光滑，无颗粒状结构，而图3中(b)～(f)表明Cu-1涂层～Cu-5涂层表面被均匀分布的Ti-Cu颗粒所覆盖。
本发明还对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层以及纯Ti的表面粗糙度进行了测试，测试结果见图4，由图4可知，纯Ti表面粗糙度Ra为1.13nm。随着Cu-1涂层～Cu-5涂层中纳米Cu含量的增加，粗糙度也随之增加，粗糙度值分别为5.16nm、8.45nm、10.45nm、13.70nm、16.10nm，且Cu-5涂层表面粗糙度值最大。
本发明还对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层以及纯Ti的水接触角进行测定，测试结果见图5，由图5可知，纯Ti的水接触角为79.33°。随着纳米Cu含量的增加，Cu-1涂层～Cu-5涂层的水接触角也依次增加，水接触角的值分别为95.58°、98.17°、100.33°、103.17°、107.42°，其中Cu-5组样品表面的水接触角最大。
本发明还对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层的Cu2+释放量进行测定，测定结果见图6，图6为Cu-1涂层～Cu-5涂层在PBS溶液中浸泡12h、24h、48h、72h后的Cu2+的释放曲线图，由图6可知，在浸泡的第12h、24h后Cu2+释放的最快，随着浸泡时间的延长Cu2+的释放量逐渐减少，且释放速率逐渐减缓。Cu2+释放量随涂层中纳米Cu含量的增加而增加，Cu-5涂层在各时间点释放的Cu2+量均高于Cu-1涂层～Cu-4涂层，在72h时释放量达到0.57mg/L。
本发明还对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层的细胞毒性进行测定，图7为各涂层组与小鼠成纤维细胞培养不同时间的细胞相对增值率图，由图7可知，在不同时间点，阴性对照组、Ti组、Cu-1组、Cu-2组、Cu-3组、Cu-4组和Cu-5组细胞相对增值率均大于90％，毒性等级为Ⅰ级，未表现出明显的细胞毒性，符合生物安全材料的标准。其中：空白对照组、阴性对照组和阳性对照组分别为：纯高糖培养基、聚乙烯培养基和苯酚培养基。
本发明对实施例1制备得到的Cu-1涂层～Cu-5涂层和纯Ti的抗菌性能进行了测定，测试结果见图8～9和表1，图8为Cu-1涂层～Cu-5涂层与纯Ti表面细菌培养计数结果图，其中图8(a)为纯Ti表面细菌培养的计数结果，图8(e)～(f)为Cu-1涂层～Cu-5涂层表面细菌培养的计数结果。由图8中(a)可知：细菌在纯Ti组样品表面存活良好，稀释后涂覆到平板中在培养基表面大量繁殖，培养基的表面出现大量菌，表明纯Ti表面没有杀菌作用。从图8(e)～(f)可以看出，各涂层培养基中菌落明显减少。
图9为涂层对具核梭杆菌的抗菌率柱状图，由图9可知，以纯Ti组的细菌存活率100％为标准，Cu-1涂层～Cu-5涂层表面的抗菌率分别为83.05％、85.06％、88.97％、92.98％和95.06％，表明Cu元素的加入使材料获得抗菌性能，且对具核梭杆菌具有较强的抗菌作用，随着纳米Cu含量的增高，抗菌效果也越好，Cu-5组抗菌率最高，达到95.06％。
表1 Cu-1涂层～Cu-5涂层的毒性等级和抗菌性测试结果
| 涂层 | 毒性等级 | 抗菌性 |
| Cu-1 | Ⅰ级 | 83.05％ |
| Cu-2 | Ⅰ级 | 85.06％ |
| Cu-3 | Ⅰ级 | 88.97％ |
| Cu-4 | Ⅰ级 | 92.98％ |
| Cu-5 | Ⅰ级 | 95.06％ |
| -- | 符合生物材料安全标准 | -- |
实施例2
(1)Ag-1涂层
Ag-1涂层的制备与Cu-1涂层的制备区别仅仅在于，将Ti-Cu复合靶替换为Ti-Ag。
(2)Ag-2涂层
Ag-2涂层的制备与Cu-2涂层的制备区别仅仅在于，将Ti-Cu复合靶替换为Ti-Ag。
(3)Ag-3涂层
Ag-3涂层的制备与Cu-3涂层的制备区别仅仅在于，将Ti-Cu复合靶替换为Ti-Ag。
(4)Ag-4涂层
Ag-4涂层的制备与Cu-4涂层的制备区别仅仅在于，将Ti-Cu复合靶替换为Ti-Ag。
(5)Ag-5涂层
Ag-5涂层的制备与Cu-5涂层的制备区别仅仅在于，将Ti-Cu复合靶替换为Ti-Ag。
本发明对实施例2中制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层进行了XRD测试，测试结果见图10，从图10可知：衍射角2θ为76.1°附近出现了Ti的衍射峰。根据图1与标准图谱对照结果，可以得知为Ti(112)晶面。图中Ag-1、Ag-2组没有出现Ag的衍射峰，这可能与Ag含量少、均匀分散在晶体中有关。Ag-3、Ag-4、Ag-5组在2θ为38.2°附近出现了Ag的衍射峰，与标准图谱进行对照可知为Ag(111)晶面，并且随着Ag含量的增加衍射峰增强，说明Ag的结晶性越来越好。
本发明对实施例2制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层的表面形貌进行了SEM测试，测试结果见图11，从图11可知：样品表面分布有纳米颗粒，其中大颗粒为纳米Ag颗粒，并且随着Ag含量的增加，Ti片表面大颗粒也越来越多。
本发明对实施例2制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层以及纯Ti的三维形貌和表面粗糙度进行了测试，测试结果见图12，图12为AFM三维形貌图。其中，图12中(a)为纯Ti的AFM三维形貌图，图3中b～f分别为Ag-1涂层～Ag-5涂层表面的AFM三维形貌图，由图12中a～f可知，纯Ti与Ag-1涂层～Ag-5涂层的三维形貌有很大差别。图12中(a)纯Ti的表面比较光滑，无颗粒状结构，而图12中(b)～(f)表明Ag-1涂层～Ag-5涂层表面被均匀分布的Ti-Ag颗粒所覆盖。
本发明对实施例2制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层以及纯Ti的表面粗糙度进行了测试，测试结果见图13，其中由图13可知，纯Ti表面粗糙度Ra为1.23±0.15nm。随着Ag-1涂层～Ag-5涂层中纳米Ag含量的增加，粗糙度也随之增加，粗糙度值分别为7.14±0.38nm、9.26±0.45nm、12.78±0.44nm、17.00±0.66nm、20.73±0.46nm，且Ag-5涂层表面粗糙度值最大。
本发明还对实施例2制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层以及纯Ti的水接触角进行测定，测试结果见图14，由图14可知，纯Ti的水接触角为80.67±0.82°。随着纳米Ag含量的增加，Ag-1涂层～Ag-5涂层的水接触角也依次增加，水接触角的值分别为99.25±1.14°、104.17±0.85°、107.58±0.51°、110.42±0.66°、114.08±0.51°，其中Ag-5涂层表面的水接触角最大。
本发明还对实施例2制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层的Ag+释放量进行测定，测定结果见图15，图15为Ag-1涂层～Ag-5涂层在PBS溶液中浸泡12h、24h、48h、72h后的Ag+的释放曲线图，由图15可知，在浸泡的第12h、24h后Ag+释放的最快，随着浸泡时间的延长Ag+的释放量逐渐减少，且释放速率逐渐减缓。Ag+释放量随涂层中纳米Ag含量的增加而增加，Ag-5涂层在各时间点释放的Ag+量均高于Ag-1涂层～Ag-4涂层，在72h时释放量达到0.65mg/L。
本发明对实施例2制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层的细胞毒性进行测定，图16为各涂层组与小鼠成纤维细胞培养不同时间的细胞相对增值率图，由图15可知，在不同时间点，阴性对照组、Ti组、Ag-1组、Ag-2组、Ag-3组、Ag-4组和Ag-5组细胞相对增值率均大于90％，毒性等级为Ⅰ级，未表现出明显的细胞毒性，符合生物安全材料的标准。
本发明还对实施例1制备得到的Ag-1涂层～Ag-5涂层的抗菌性能进行测定，测试结果见图17～18和表2，图17为各涂层组表面细菌培养计数结果图，图17(a)为纯Ti表面细菌培养的计数结果，图17(e)～(f)为Ag-1涂层～Ag-5涂层表面细菌培养的计数结果图。由图17中(a)可知：细菌在纯Ti组样品表面存活良好，稀释后涂覆到平板中在培养基表面大量繁殖，培养基的表面出现大量菌，表明纯Ti表面没有杀菌作用。从图17(e)～(f)可以看出，各涂层培养基中菌落明显减少。
图18为涂层对具核梭杆菌的抗菌率柱状图，由图18可知，以纯Ti组的细菌存活率100％为标准，Ag-1涂层～Ag-5涂层表面的抗菌率分别为90％、91％、92％、94％和97％，表明Ag元素的加入使材料获得抗菌性能，且对具核梭杆菌具有较强的抗菌作用，随着纳米Ag含量的增高，抗菌效果也越好，Ag-5组抗菌率最高，达到97％。
表2 Ag-1涂层～Ag-5涂层的毒性等级和抗菌性测试结果
| 涂层 | 毒性等级 | 抗菌性 |
| Ag-1 | Ⅰ级 | 90％ |
| Ag-2 | Ⅰ级 | 91％ |
| Ag-3 | Ⅰ级 | 92％ |
| Ag-4 | Ⅰ级 | 94％ |
| Ag-5 | Ⅰ级 | 97％ |
| -- | 符合生物材料安全标准 | -- |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种Ti基医用抗菌纳米复合涂层，其特征在于，包含以下体积百分含量的组分：Ti95～99％，抗菌粒子1～5％；
所述抗菌粒子为Cu或Ag。
2.根据权利要求1所述的Ti基医用抗菌纳米复合涂层，其特征在于，所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层的厚度为10～30nm。
3.权利要求1～2任一项所述的Ti基医用抗菌纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基材依次进行抛光处理、超声清洗和离子清洗，得到清洗后的基材；
将Ti-抗菌粒子复合靶材通过磁控溅射沉积至所述清洗后的基材表面，得到所述Ti基医用抗菌纳米复合涂层；
所述Ti-抗菌粒子靶材中Ti和抗菌粒子的体积比为95～99:1～5。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声清洗为依次进行丙酮超声清洗和无水乙醇超声清洗。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述超声清洗的超声频率为15～30kHz。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述丙酮超声清洗和无水乙醇超声清洗的时间独立地为15～25min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述离子清洗的条件包括：离子清洗的气体为氩气，功率为40～60W，真空度为2～4Pa，离子轰击时间为10min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的条件包括：氩气流量为25～35sccm；溅射功率为35～45W，沉积时间为1.0～2.0min；靶基距为5cm；总气压范围为0.8～1.0Pa。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述基体为Ti种植体。
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|---|---|---|---|---|
| CN115645607A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-01-31 | 首都医科大学附属北京口腔医院 | 一种具有抗菌作用的聚醚醚酮材料及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170157289A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | N2 Biomedical Llc | Nano-textured biocompatible antibacterial film |
| US20190255225A1 (en) * | 2006-02-25 | 2019-08-22 | Metascape, Llc | Ultraviolet activated antimicrobial surfaces |
| CN116568508A (zh) * | 2020-12-02 | 2023-08-08 | 欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔 | 具有抗菌、抗病毒和抗真菌性能的含Ag和/或Cu的硬质涂层 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190255225A1 (en) * | 2006-02-25 | 2019-08-22 | Metascape, Llc | Ultraviolet activated antimicrobial surfaces |
| US20170157289A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | N2 Biomedical Llc | Nano-textured biocompatible antibacterial film |
| CN116568508A (zh) * | 2020-12-02 | 2023-08-08 | 欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔 | 具有抗菌、抗病毒和抗真菌性能的含Ag和/或Cu的硬质涂层 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 人工关节感染 实践与思考: "人工关节感染 实践与思考", 上海科学技术出版社, pages: 304 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115645607A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-01-31 | 首都医科大学附属北京口腔医院 | 一种具有抗菌作用的聚醚醚酮材料及其制备方法和应用 |
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