钛和钽基抗菌材料的制备与抗菌性能的研究

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近年来,人们对抗菌材料、抗菌制品的需求越来越多。研究并开发出具有环保、稳定、高效、持久等特点的新型抗菌材料成为当前的研究热点。纳米银作为一种无机抗菌剂,不仅表现出良好的广谱抗菌性、强渗透性、高效杀菌性、持久抗菌性和安全无毒等特点,而且对生物体伤口具有修复再生有促进的功能,已经成为人们日常需求的首选抗菌剂之一。  钽和钛两种金属都具有良好的生物稳定性、生物相容性和生物活性,以及对机体组织无毒害等优点,可以作为一种理想的人工骨关节植入材料材,并已经逐渐成为骨组织工程发展的新方向。而把钽和钛制备成多孔结构,可以大幅度地提高与人骨的结合强度。因为生物营养成分可以自由通过多孔结构内部,并为在多孔材料内部新形成的骨组织提供养分,有利于在多孔材料内部长入骨组织,能更好地与植入材料周围的骨组织彼此相接。但是植入材料也会因在使用过程中的细菌感染而导致产生各种手术后遗症。通过把抗菌剂添加到植入材料上,达到植入材料自身抗菌,降低了因细菌而引起的手术风险。  本文研究了纳米银及载纳米银抗菌多孔材料的制备工艺及其抗菌性能。多孔钛载纳米银通过化学还原法来合成,工艺的关键是控制硝酸银的浓度和反应时间。多孔钽载纳米银是通过化学沉积来合成,工艺的关键是反应物的浓度、溶液滴加的速度以及搅拌的速度。载银多孔材料经过热处理后,纳米银均匀而又连续的分布在多孔载体材料表面,并与与多孔载体紧密结合。在抗菌能力方面,两种载纳米银的多孔材料对大肠杆菌的抗菌能力都可以达到99%以上的抗菌率。  关于本文中的载银多孔材料的抗菌性能,因银纳米颗粒较大,渗透理论用于此处解释并不是很合理,于是本文提出银的双电层效应对抗菌现象进行解释。根据双电层分析,载银多孔材料在与液体接触时,表面会有一个银离子面层,与细菌接触时杀灭细菌。由Young-Laplace方程可知,当银颗粒的尺寸降低到纳米级后,比表面积急剧增加,导致银的离解程度增大。银以纳米颗粒的形式存在,不仅仅是增加其比表面积,而且使得载纳米银多孔材料表面处银离子面层中银离子浓度的变大。所以,与块状银相比,载纳米银材料的抑菌、抗菌能力得到极大提高。
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