一种兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体及其制备方法

本发明属于生物医疗器械领域，具体涉及一种兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体及其制备方法。

背景技术：

1、钛植入体具有出色的机械性能和生物相容性，是临床上牙齿缺损和骨缺失患者的主要替代选择。尽管临床存活率相对较高，但机械和生物并发症的发生率也很高，据估计，5年后植入体的发病率为33.6％。目前，术后微生物复发感染和骨整合性能不良是诱发植入体反复感染的两个最重要因素。研究显示，使用过氧化氢冲洗伤口或在植入体表面添加抗生素、抗菌肽等实现高效抗菌，却忽略了对周围正常组织的损伤。为了快速修复骨组织，通过在植入体上涂覆配体功能化或聚合物来促进骨整合。然而，缺乏对抗菌性能的考虑，无法应对细菌感染引起的植入体复发感染。因此，开发具有动态调控抗菌并实现促成骨作用的植入体仍然是复发性感染的迫切临床需求。

2、研究表明，利用材料设计重塑生物电信号不仅可以改善植入物的骨整合能力，并利用电学性能进行诱导抗菌。然而，仅依靠该材料的电学性能还不能满足复发性感染植入体的修复需求。许多研究人员通过材料设计产生活性氧(ros)来增强抗菌能力。因此，可控释放ros和调控电信号是治疗复发性感染植入体的一种有前景的策略。近年来，光诱导ros疗法具有口腔操作便捷、无创、生物安全、成本低、可控性强等优点而受到关注，然而，具有光响应性能的大部分半导体材料只能响应紫外光，不利于临床应用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体的制备方法即二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结钛植入体的制备方法。本发明通过碱液活化与原位沉积的方式构建的半导体异质结具有光响应性能与压电功能，赋予植入体表面近红外光学响应与电学微环境，实现精准高效抗菌和促骨整合的功能。

2、本发明的另一目的在于提供上述制备方法构建的纳米结构异质结钛植入材料。

3、本发明的再一目的在于提供上述纳米结构异质结钛植入材料的应用。所述的纳米结构异质结植入材料用于近红外抗菌和高效促成骨。

4、本发明目的通过以下技术方案实现：

5、一种兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)钛植入体表面碱液活化沉积钛酸钠纳米结构

7、将超声清洗和干燥后的钛植入体置于碱性溶液中进行碱热反应，制备原位生长在钛植入体表面的钛酸钠纳米结构，反应结束后，得到钛酸钠纳米结构植入体；

8、(2)钛植入体表面高温退火处理得到二氧化钛纳米结构

9、将步骤(1)制备的钛酸钠纳米结构植入体进行高温退火处理，制备原位生成在植入体表面二氧化钛纳米结构，反应结束后，得到二氧化钛纳米结构植入体；

10、(3)钛植入体表面二氧化钛纳米结构原位沉积钨酸铋纳米结构

11、将步骤(2)制备的二氧化钛纳米结构植入体置于铋源与钨源的乙二醇混合溶液中，在一定温度下进行溶剂热反应，反应结束后，得到所述兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体(二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结钛植入体)。

12、优选地，步骤(1)所述的超声清洗和干燥为：将钛植入体依次浸泡在丙酮、无水乙醇、去离子水中分别进行超声清洗20min，然后干燥备用。

13、优选地，步骤(1)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l～4mol/l。

14、优选地，步骤(1)所述碱热反应温度为180～210℃，碱热反应时间为15～24h。

15、更优选地，步骤(1)中所述氢氧化钠溶液中最佳浓度为2mol/l，最佳碱热反应温度为200℃，最佳的碱热反应时间为18h。

16、优选地，步骤(2)所述高温退火处理的温度为450～600℃，时间为1～4h。

17、更优选地，步骤(2)所述高温退火处理的最佳温度为550℃，最佳反应时间为2h。

18、优选地，步骤(3)具体为：在乙二醇溶液中，加入铋源与钨源并搅拌溶解后，将步骤(2)得到的二氧化钛纳米结构植入体置于铋源与钨源的乙二醇混合溶液中，然后在140～180℃溶剂热反应3-15h，反应结束后，得到所述兼具抗菌和促骨整合能力的异质结钛植入体。

19、更优选地，所述乙二醇溶液为纯乙二醇。

20、更优选地，所述铋源为五水硝酸铋，五水硝酸铋在混合溶液中的浓度为0.02mol/l～0.01mol/l；所述钨源为二水钨酸钠，二水钨酸钠在混合溶液中的浓度为0.01mol/l～0.005mol/l；

21、更优选地，步骤(3)所述溶剂热反应的最佳温度为160℃，反应时长为7h。

22、所述纳米结构异质结植入材料通过上述方法制备得到，所述的纳米结构异质结植入材料包括医用钛，二氧化钛，钨酸铋。

23、所述的纳米结构异质结植入材料用于近红外抗菌与促进成骨。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

25、(1)本发明在植入体表面构建二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结，能抑制电子与空穴复合、扩大光吸收范围，使只能响应紫外光的半导体材料可以实现生物窗口近红外响应，钛植入体表面不仅通过半导体异质结使光生载流子的快速转移，产生可控ros，还可以构建电学微环境提高骨整合能力。

26、(2)本发明采用具有紧密异质界面接触的二氧化钛/钨酸铋为主体材料，生物相容性好，具有优异的近红外光响应性和广谱的抗菌性能，能够有效杀死耐甲氧金黄色葡萄球菌与牙龈卟啉单胞菌。

27、(3)本发明以医用钛板为基底，采用碱性活化和可控原位生长技术合成的二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结更容易制备且成本更低；合成的二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结结构稳定，且功能全面，钨酸铋半导体材料具有优异的光响应性能与铁电/压电性能；同时，半导体异质结构可提高近红外光响应活性，克服了现有技术的缺陷与不足，利用光学性能与电学信号刺激实现术后复发性植入体感染的临床治疗。

技术特征：

1.一种兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的超声清洗和干燥为：将钛植入体依次浸泡在丙酮、无水乙醇、去离子水中分别进行超声清洗，干燥备用。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l～4mol/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碱热反应的温度为180～210℃，反应时间为15～24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述碱性溶液为浓度2mol/l的氢氧化钠溶液，所述碱热反应的温度为200℃，反应时间为18h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高温退火处理的温度为450～600℃，时间为1～4h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高温退火处理温度为550℃，反应时间为2h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体为：在乙二醇溶液中，加入铋源与钨源并搅拌溶解后，将步骤(2)得到的二氧化钛纳米结构植入体置于铋源与钨源的乙二醇混合溶液中，在140～180℃进行溶剂热反应，反应时间为3-15h，反应结束后，得到兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述铋源为五水硝酸铋，五水硝酸铋在混合溶液中的浓度为0.02mol/l～0.01mol/l；所述钨源为二水钨酸钠，二水钨酸钠在混合溶液中的浓度为0.01mol/l～0.005mol/l；

10.一种二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结钛植入体，其特征在于，其由权利要求1-9任一项所述方法制得。

技术总结本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种兼具抗菌和促成骨作用的异质结钛植入体及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将钛植入体进行超声清洗，干燥后备用；将处理后的钛植入体置于碱性溶液中进行碱热反应，反应结束后，得到钛酸钠纳米结构植入体；将钛酸钠纳米结构植入体进行高温退火处理，得到二氧化钛纳米结构植入体；将二氧化钛纳米结构植入体置于铋源与钨源的混合溶液中，进行溶剂热反应，得到异质结植入材料。本发明以具有压电性能与近红外光响应的二氧化钛/钨酸铋纳米结构异质结为主体结构，将其原位生长在钛植入体的表面，赋予钛植入体近红外光响应与电学微环境，实现精准高效抗菌和促骨整合功能，所述方法容易，成本较低，结构稳定且功能全面。技术研发人员：于鹏,樊有准,宁成云,翟锦霞,陈浩谚,冉茂飞受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13