本(ben)發明屬于仿生工(gong)程(cheng)和生物醫(yi)學(xue)工(gong)程(cheng)材料制備技術領域，尤其涉及一種具有抗菌性能的羥基磷灰石微圖形(xing)化表(biao)面(mian)制備方法。
背景技術：
近(jin)年來(lai)(lai)，人(ren)(ren)口老齡化問題日益凸顯，髖關節、膝關節疾病(bing)和椎(zhui)間疾病(bing)等(deng)(deng)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科病(bing)癥越來(lai)(lai)越多地(di)困擾著中老年人(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)日常生(sheng)(sheng)(sheng)活。鑒于(yu)人(ren)(ren)民(min)群(qun)眾不(bu)斷增長(chang)的(de)(de)(de)(de)醫(yi)療(liao)保健需(xu)求(qiu)，使得人(ren)(ren)工(gong)關節置(zhi)換手(shou)術(shu)等(deng)(deng)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)手(shou)術(shu)醫(yi)療(liao)受到越來(lai)(lai)越多家庭(ting)及社會的(de)(de)(de)(de)廣泛關注。然而(er)，此(ci)類(lei)手(shou)術(shu)仍存在(zai)一(yi)(yi)定比例的(de)(de)(de)(de)術(shu)后(hou)感(gan)染(ran)(ran)，且感(gan)染(ran)(ran)可造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)手(shou)術(shu)徹底(di)失(shi)敗，甚至(zhi)病(bing)人(ren)(ren)死亡等(deng)(deng)嚴(yan)重(zhong)后(hou)果。因(yin)此(ci)，亟待(dai)開發一(yi)(yi)種新型(xing)高效抗感(gan)染(ran)(ran)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)。然而(er)極具(ju)挑戰性(xing)的(de)(de)(de)(de)是(shi)，由于(yu)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)感(gan)染(ran)(ran)主要(yao)歸咎于(yu)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜在(zai)其(qi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)形成(cheng)(cheng)，況且生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜一(yi)(yi)旦(dan)形成(cheng)(cheng)極難根(gen)除，所(suo)以(yi)如何有(you)(you)效地(di)阻止生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜在(zai)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)形成(cheng)(cheng)是(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)醫(yi)學界尚待(dai)解決(jue)的(de)(de)(de)(de)難題之一(yi)(yi)。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)是(shi)由于(yu)細(xi)菌(jun)在(zai)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)材(cai)料(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)粘(zhan)附、繁殖(zhi)、棲居(ju)造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)。細(xi)菌(jun)在(zai)材(cai)料(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)粘(zhan)附是(shi)骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)以(yi)及后(hou)續感(gan)染(ran)(ran)的(de)(de)(de)(de)第一(yi)(yi)步也(ye)是(shi)關鍵(jian)一(yi)(yi)步。因(yin)此(ci)，使骨(gu)(gu)(gu)(gu)科植入(ru)物(wu)(wu)(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)具(ju)有(you)(you)抗菌(jun)粘(zhan)附性(xing)能(neng)及殺菌(jun)性(xing)能(neng)是(shi)阻止生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)效策略(lve)。
鑒于生(sheng)物(wu)膜可保護細菌讓其免受抗生(sheng)素的傷害使得骨(gu)科植入(ru)物(wu)感染難以單(dan)獨依靠抗生(sheng)素治療(liao)；又因為越(yue)來(lai)越(yue)多種類(lei)的細菌對(dui)常見抗生(sheng)素產生(sheng)了抗藥(yao)性，其藥(yao)效已被大(da)大(da)削(xue)弱；加上新抗生(sheng)素的開發周期(qi)又非常長；于是以非用藥(yao)策略來(lai)獲得骨(gu)科植入(ru)物(wu)表面良好(hao)的抗菌粘附及殺菌性能逐(zhu)漸受到科研人員(yuan)的關(guan)注(zhu)。
技術實現要素：
本(ben)發明的目的在于克服現有技(ji)術不足，提供一種具(ju)有抗菌性(xing)能的羥基磷灰石微(wei)圖形化(hua)表(biao)面(mian)制備方法(fa)。
本(ben)發明的(de)技(ji)術方案是一種具(ju)有抗菌性能(neng)的(de)羥基(ji)磷灰(hui)石微圖形化(hua)表面制備方法，包括(kuo)以下步驟：
步驟(1)：在硅材(cai)質(zhi)基底上制備出具有微/納(na)尺(chi)度拓撲結構的框架；
步驟(zou)(2)：制備羥基磷灰(hui)石靶材(cai)；
步驟(3)：制備羥(qian)基(ji)磷灰石超薄涂層；
步驟(4)：熱處理；
所(suo)述步驟(1)中(zhong)微(wei)/納尺度(du)是指從十微(wei)米(mi)到十納米(mi)的尺度(du)范圍；
所述(shu)步(bu)驟(1)中微/納尺(chi)度拓撲結構,包括：微/納尺(chi)度的柱狀陣(zhen)列(lie)、突起陣(zhen)列(lie)、凹坑陣(zhen)列(lie)或溝(gou)槽陣(zhen)列(lie)。
所述步驟(2)是在(zai)經過噴砂處理及清(qing)洗的銅片(pian)上，采用等離子噴涂(tu)的方(fang)法沉積羥(qian)基磷(lin)灰(hui)石涂(tu)層(ceng)，進而(er)得到羥(qian)基磷(lin)灰(hui)石靶材(cai)。
所述步(bu)(bu)驟(zou)(3)是運用(yong)所述步(bu)(bu)驟(zou)(2)制備(bei)的(de)(de)羥基(ji)磷(lin)灰石(shi)(shi)靶材，在室溫(wen)的(de)(de)真空環境中，采用(yong)磁(ci)控濺射法將羥基(ji)磷(lin)灰石(shi)(shi)沉積在所述步(bu)(bu)驟(zou)(1)中的(de)(de)具(ju)有微(wei)/納尺度拓撲結構的(de)(de)框架上形成羥基(ji)磷(lin)灰石(shi)(shi)超薄涂層。
所述步驟(4)熱(re)處(chu)理是在(zai)通保護氣條件(jian)下進行。
所(suo)述步(bu)驟(1)中在(zai)硅(gui)(gui)材(cai)質基(ji)(ji)底(di)上(shang)制備出具有微/納尺度拓(tuo)撲結構的框架是采(cai)用(yong)光(guang)刻(ke)(ke)法，其工藝包(bao)括如下十(shi)四(si)個步(bu)驟：光(guang)掩膜設計、熱氧化法生長二(er)(er)(er)氧化硅(gui)(gui)膜層(ceng)、沉(chen)積(ji)一層(ceng)六甲基(ji)(ji)二(er)(er)(er)硅(gui)(gui)氮(dan)烷、涂(tu)布光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)、預烘烤、紫外線曝光(guang)成像、曝光(guang)后烘烤、顯影、終(zhong)烤、去(qu)除殘余(yu)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)、蝕刻(ke)(ke)二(er)(er)(er)氧化硅(gui)(gui)層(ceng)、蝕刻(ke)(ke)硅(gui)(gui)基(ji)(ji)底(di)、去(qu)除光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)層(ceng)和去(qu)除二(er)(er)(er)氧化硅(gui)(gui)層(ceng)。
有益效果
1.本發(fa)明(ming)制備出的微圖形(xing)化(hua)表(biao)面提供了(le)一種(zhong)不依(yi)賴于(yu)化(hua)學成分或藥(yao)物(wu)成分，單純靠物(wu)理形(xing)貌及(ji)其尺寸(cun)效應而產生(sheng)抗菌性能(neng)的非用藥(yao)策略；
2.本發明(ming)由(you)于不依靠抗生素等藥(yao)物來獲得抗菌效(xiao)果，可有效(xiao)避免病人(ren)產生藥(yao)物過敏反(fan)應，大大減輕了病人(ren)的身體負擔；
3.本發(fa)明的方法制備出羥基磷灰(hui)石生物(wu)材料的微圖形化(hua)表面，不僅具有抗菌性能(neng)，而且保證了良好的生物(wu)相容性。
附圖說明
圖1為以硅材質基底制備(bei)出的(de)三種微/納尺度的(de)柱(zhu)狀陣列拓撲結構示意圖：
(a)、實驗對照(zhao)組；
(b)、寬(kuan)度＝間距＝5微米；
(c)、寬度＝間距(ju)＝10微米；
(d)、寬(kuan)度＝間距＝1微(wei)米。
具體實施方式
下面通(tong)過(guo)具體實施(shi)例(li)和(he)附(fu)圖對本發明(ming)(ming)作進(jin)一步(bu)的(de)說明(ming)(ming)。本發明(ming)(ming)的(de)實施(shi)例(li)是為了使本領域的(de)技術(shu)人員(yuan)更好地理(li)解本發明(ming)(ming)，并不對本發明(ming)(ming)作任何(he)的(de)限制。
實施例：一種具(ju)(ju)有抗菌性(xing)能的羥基(ji)磷灰石微圖形化表面制備方法，該(gai)方法的步驟具(ju)(ju)體如下：
步驟(zou)(1)：在硅(gui)材質(zhi)基底(di)上(shang)制備(bei)出具有(you)微(wei)(wei)/納尺度拓撲結(jie)構的(de)框架(jia)，微(wei)(wei)/納尺度是指從十(shi)微(wei)(wei)米到十(shi)納米的(de)尺度范圍(wei)，微(wei)(wei)/納尺度拓撲結(jie)構包括：微(wei)(wei)/納尺度的(de)柱狀陣(zhen)列(lie)、突起陣(zhen)列(lie)、凹(ao)坑(keng)陣(zhen)列(lie)或溝槽(cao)陣(zhen)列(lie)；
所述步(bu)(bu)驟(zou)(1)中在硅材質基底(di)上(shang)制備出微/納(na)尺度拓撲結(jie)構(gou)的框(kuang)架是采用(yong)光刻法(fa)，具體工(gong)藝步(bu)(bu)驟(zou)如(ru)下：
s1、光(guang)掩膜設(she)計(ji)：運(yun)用l-edit(tannerresearch,inc.)軟(ruan)件(jian)進行(xing)微/納尺度柱狀陣列(lie)、突起陣列(lie)、凹坑陣列(lie)或溝(gou)槽陣列(lie)對應的光(guang)掩模設(she)計(ji)；
s2、熱氧化法生長二氧化硅膜層：運用“濕氧化法”，在擴散爐中對硅片進行氧化，最終在硅片上得到一層厚度為
s3、沉積一層六甲基二硅氮烷(hmds)：目的(de)是用(yong)來增(zeng)強(qiang)光刻膠與硅片(pian)表(biao)面(mian)的(de)粘(zhan)附強(qiang)度；
s4、涂布光刻膠：選用正性光刻膠(azhir1075)，甩膠轉速為4000rpm，最終獲得的光刻膠涂層厚度約為
s5、預烘(hong)烤：將已涂布了光(guang)刻膠的硅(gui)(gui)片置于烤爐中在90℃下(xia)烘(hong)烤60s，目(mu)的是去除溶劑及應力，增強光(guang)刻膠與硅(gui)(gui)片表面(mian)的粘附強度；
s6、紫外線(xian)曝光成(cheng)像：目的(de)(de)是(shi)將光掩模(mo)上的(de)(de)圖樣轉印到光刻膠上；
s7、曝光后烘烤：將(jiang)已經過紫外線曝光的硅片置(zhi)于烤爐中在(zai)110℃下烘烤60s；
s8、顯影：以向硅片表面噴灑fhd-5顯影液的方(fang)式(shi)進行顯影，從而(er)得到光(guang)刻膠圖樣；
s9、終烤：將顯影后的硅(gui)片(pian)置于烤爐中在120℃下烘烤60s，目的是進一步增強光(guang)(guang)刻膠(jiao)與硅(gui)片(pian)表(biao)面的粘附強度，以及確保(bao)光(guang)(guang)刻膠(jiao)圖樣(yang)不會(hui)變形；
s10、去除(chu)(chu)殘(can)余光(guang)刻(ke)膠：運用氧等離子體將(jiang)顯影工序(xu)后殘(can)留(liu)下來的(de)多余的(de)光(guang)刻(ke)膠去除(chu)(chu)掉；
s11、蝕(shi)刻(ke)(ke)二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)層：運用“二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)干刻(ke)(ke)法”(aoe-advancedoxideetch)蝕(shi)刻(ke)(ke)透硅(gui)(gui)片表面的(de)二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)層，從而(er)將圖樣從光刻(ke)(ke)膠(jiao)層轉印到二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)層；
s12、蝕刻硅(gui)(gui)基底：運用“硅(gui)(gui)干刻法”(drie-deepreactive-ionetching)蝕刻硅(gui)(gui)片的硅(gui)(gui)基底材(cai)料(liao)，從而將圖樣從硅(gui)(gui)片表面的二氧化硅(gui)(gui)層(ceng)轉印到硅(gui)(gui)基底上；
s13、去除(chu)光刻膠層：
s13-1、首先(xian)，運用氧(yang)等(deng)離子(zi)體處理已經過(guo)“蝕刻硅基(ji)底(di)”工序的硅片20min，以(yi)去除絕大部分光刻膠層；
s13-2、然后，將(jiang)處理(li)過的硅片浸入120℃的h2so4+h2o2溶液浴10min，進(jin)一(yi)步去除(chu)光刻膠殘(can)留；
s14、去(qu)(qu)除二氧(yang)化(hua)硅(gui)層(ceng)：將已(yi)經過“去(qu)(qu)除光(guang)刻膠層(ceng)”工序的(de)(de)硅(gui)片浸入boe(bufferedoxideetching)溶液3～5min，以(yi)去(qu)(qu)除硅(gui)片表(biao)面的(de)(de)二氧(yang)化(hua)硅(gui)層(ceng)，至此，硅(gui)材質基底上微/納尺度(du)拓撲結構的(de)(de)框(kuang)架(jia)已(yi)制備完成(cheng)。
如圖1所示為以硅材質基底制(zhi)備(bei)出的(de)三種微/納(na)尺度(du)的(de)柱狀陣(zhen)列拓撲結構示意圖。
步驟(2)：制備羥(qian)(qian)基(ji)磷灰(hui)石(shi)靶材(cai)：在直徑為(wei)(wei)(wei)50.8mm，厚(hou)度為(wei)(wei)(wei)3.175mm的(de)(de)經過噴(pen)砂處理及清(qing)洗的(de)(de)銅片上(shang)，以等離子(zi)(zi)噴(pen)涂的(de)(de)方法沉積(ji)1mm厚(hou)的(de)(de)羥(qian)(qian)基(ji)磷灰(hui)石(shi)涂層，進而獲得羥(qian)(qian)基(ji)磷灰(hui)石(shi)靶材(cai)；其中，等離子(zi)(zi)噴(pen)涂的(de)(de)炬功(gong)率為(wei)(wei)(wei)25kw，并以氮氣為(wei)(wei)(wei)等離子(zi)(zi)氣體；弧電(dian)流和(he)弧電(dian)壓分別(bie)為(wei)(wei)(wei)380a和(he)65v；羥(qian)(qian)基(ji)磷灰(hui)石(shi)粉末的(de)(de)顆粒(li)尺寸為(wei)(wei)(wei)40～60μm；炬與基(ji)底的(de)(de)距離為(wei)(wei)(wei)100mm；
步驟(3)：制備羥基磷灰石超薄涂層：運用上述步驟(2)制備出的羥基磷灰石靶材，在室溫的真空環境(5×10-3torr)中，以恒定射頻功率100w磁控濺射鍍膜，沉積速率為
步驟(4)：熱(re)處理(li)：將經過(guo)磁控濺射鍍膜工序的樣品(pin)置(zhi)于(yu)管(guan)式爐中，在600℃并(bing)通有保護氣-氬氣的條(tiao)件下(xia)，熱(re)處理(li)1h，進而得(de)到羥(qian)基(ji)磷灰石(shi)微圖形化表面(mian)。由于(yu)超薄涂(tu)層不會改變硅(gui)框架(jia)的形貌，故羥(qian)基(ji)磷灰石(shi)微圖形化表面(mian)的形貌可參照圖1所示的對應的硅(gui)框架(jia)的形貌。
應(ying)當理解(jie)的(de)(de)是，這里所(suo)討論的(de)(de)實施方案(an)及(ji)實例只是為了說明，對本領域(yu)技術人(ren)員來說，可以加以改(gai)進(jin)或變換，而(er)所(suo)有這些改(gai)進(jin)和變換都(dou)應(ying)屬于本發明所(suo)附權利要(yao)求的(de)(de)保(bao)護范(fan)圍。