一種316LSS表面原位生長銳鈦礦納米TiO2有序點陣的方法與流程

本發(fā)明屬于有序tio2點陣的制備領(lǐng)域，特別涉及一種316lss表面原位生長銳鈦礦納米tio2有序點陣的方法。

背景技術(shù)：

納米tio2是近年來納米材料研究的熱點之一，因其能夠調(diào)節(jié)蛋白吸附、促進成骨細胞粘附、促進種植體周圍礦化，最終促進種植體骨整合，在生物材料領(lǐng)域具有廣泛的應用。除此之外，銳鈦礦型tio2具有獨特的光催化性、光電轉(zhuǎn)換性能以及紫外線屏蔽等功能，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。本發(fā)明利用銳鈦礦型納米tio2在316lss表面構(gòu)筑了有序的點陣，有序的納米tio2點陣比表面積大，能夠吸收更多的羥基自由基和羥基基團，而羥基集團容易吸附外界水分，因此使tio2點陣較之普通tio2材料對表面性能調(diào)控范圍更大，從而可能賦予材料更優(yōu)異的性能，可被用來研究細胞的各種行為，如黏附、增殖、遷移、分化等。有序的tio2點陣將細胞的黏附配體選擇性的修飾到316lss表面，給予了細胞物理信號，從而能在空間上定位細胞，調(diào)控細胞的特定行為和功能，對于組織工程或細胞生物傳感器等的發(fā)展都有重要意義。

在制備有序tio2點陣的探索過程中，專利201410769605.7公開了一種通過溶膠-凝膠法與水熱法結(jié)合，制備具有可見光響應的量子點/tio2點陣的方法，但其點陣有序度差且納米顆粒大小不均一。專利201610038380.7依托鈷鎳合金，提出了一種金屬表面原位生長tio2納米陣列薄膜的制備方法，但其表面tio2的薄膜形態(tài)限制了材料的應用領(lǐng)域。最近，有研究報道了通過旋涂法制備出無定形的tio2點陣的方法(一種無定形tio2點陣及其制備方法201010288664.4)，其實驗過程包括將制備出的tio2前驅(qū)體溶膠旋涂到基板上，形成溶膠膜，經(jīng)陳化后再通過水熱法，在基板上得到無定形tio2納米點陣列。然而其方法工藝復雜，設(shè)備要求高且未能制備出規(guī)整均一的納米點陣。因此，要實現(xiàn)銳鈦礦型tio2陣在基板上原位生長出長程有序的納米點陣，需要尋找更為簡單高效的方法。

專利201510718248.6依托316lss的有序凹坑陣列，提出了一種316lss表面納米sio2點陣的制備方法。但sio2點陣與tio2點陣具有本質(zhì)區(qū)別，sio2的化學性能決定其不可能取代tio2應用于各領(lǐng)域。且tio2顆粒制備過程較sio2更為復雜，其制備工藝不能進行簡單地替換或復制。因此，要實現(xiàn)銳鈦礦型tio2陣在上316lss原位生長出長程有序的納米點陣，需要對其制備工藝進行探索。

電化學陽極氧化法可以在316lss表面構(gòu)筑有序的納米坑陣列，且仍保持其良好的生物相容性、力學性能及耐體液腐蝕性。因此，本發(fā)明首先采用溶膠-凝膠法制備tio2溶膠，再以表面具有納米坑陣列的316lss作為載體，在tio2納米顆粒成核、生長的過程中充當模板的作用，引導tio2顆粒點陣的生長，從而在316lss表面原位生長出有序的tio2點陣。本發(fā)明操作便捷，高效溫和，可以高效制備出大面積有序納米tio2點陣，可重復性強,具有廣闊的應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種316lss表面原位生長銳鈦礦納米tio2有序點陣的方法，該制備方法簡單高效，環(huán)境友好，成本低廉；得到的tio2納米顆粒粒徑均一且分布規(guī)整，納米tio2點陣結(jié)構(gòu)長程有序且分布密集，可用于材料表面功能改性和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

本發(fā)明的一種316lss表面原位生長銳鈦礦納米tio2有序點陣的方法，包括：

(1)將316lss在高氯酸-乙二醇電解液中進行電化學陽極氧化，得到表面具有納米坑有序陣列的316lss；

(2)將冰乙酸加入到溶劑中，攪拌，加入鈦源，攪拌反應，得到tio2溶膠；

(3)將步驟(2)中的tio2溶膠在-5℃～15℃的條件下滴加到步驟(1)得到的316lss表面，靜置2～12h，清洗，干燥，煅燒，得到316lss表面原位生長的銳鈦礦納米tio2有序點陣。

所述步驟(1)中高氯酸與乙二醇的體積比為(1:15)～(1:25)。

所述步驟(1)中陽極氧化的條件為：溫度為-5℃～10℃，電壓為30～70v，時間為30s～15min。

所述步驟(1)中納米坑的坑徑為40nm～180nm，坑深為3nm～7nm；納米坑在316lss的表面坑密度為(1.5±0.3)×10¹⁰(個/cm²)。

所述步驟(2)中鈦源、冰乙酸與無水乙醇的的體積比為1:(0.1～0.5):(1～1.5)。

所述步驟(2)中溶劑為無水乙醇；鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯或鈦酸乙酯；冰乙酸的濃度為1.85mol/l。

所述步驟(2)中攪拌反應的溫度為-5℃～15℃，時間為10min～40min。

所述步驟(3)中清洗為用乙醇清洗后再用去離子水反復沖洗；干燥的溫度為35℃～80℃，時間為1h～10h。

所述步驟(3)中煅燒的溫度為300℃～500℃，時間為3h～6h，升溫速率為1℃/min～4℃/min。

所述步驟(3)中銳鈦礦納米tio2與316lss基板之間的高度差為7nm～10nm；其中，銳鈦礦納米tio2的顆粒直徑為25nm～60nm，顆粒間距為25nm～40nm。

所述步驟(3)中316lss表面銳鈦礦tio2納米顆粒密度為(1.5±0.3)×10¹⁰(個/cm²)，復制了316lss表面的納米坑陣列結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用場發(fā)射掃描電鏡(fesem)觀察316lss表面納米坑陣列，316lss表面的納米tio2點陣表面形貌；采用x射線衍射(xrd)分析316lss表面的納米tio2點陣晶型。

本發(fā)明首先采用溶膠-凝膠法制備tio2溶膠，再以表面具有納米坑陣列的316lss作為載體，在tio2納米顆粒成核、生長的過程中充當模板的作用，引導tio2顆粒點陣的生長，從而在316lss表面原位生長出有序的tio2點陣。本發(fā)明操作便捷，高效溫和，可制備出大面積有序納米tio2點陣，具有廣闊的應用前景。

促細胞生長的測試采用如下方法：實驗細胞種類采用大鼠脂肪來源的p4代間充質(zhì)干細胞(adscs)，取對數(shù)生長期的細胞，調(diào)節(jié)細胞的濃度，使得細胞的密度為1×105個/孔，將細胞接種到事先加有滅菌過的未經(jīng)處理的316lss、表面具有納米坑陣列316lss、tio2涂層/316lss以及納米tio2點陣/316lss的48孔板中，放入37℃、5％co2培養(yǎng)箱中。為了定量比較細胞在各種材料上的粘附情況，分別在培養(yǎng)1d、3d后取樣進行細胞活性檢測。具體測試步驟如下：在特定的時間點，取出種植有細胞的材料，置于新的48孔培養(yǎng)板中，用pbs輕輕漂洗材料以去除未貼附的細胞。每孔加入400μl事先配制好的cck母液(含血清的dmem培養(yǎng)液+10％cck-8)，放置于培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，2h后，可肉眼觀察到培養(yǎng)液變?yōu)榻瘘S色，移走表面具有納米坑陣列316lss、tio2涂層/316lss和納米tio2點陣/316lss，利用酶聯(lián)免疫檢測儀測定在波長為450nm處測定od值。每次實驗重復3次，每組樣品設(shè)置5個復孔。在空白孔的培養(yǎng)基中加cck-8，測定450nm的吸光度作為空白對照組。

有益效果

(1)本發(fā)明的制備方法簡單易行，成本低廉且便于推廣；

(2)本發(fā)明的制備方法得到的納米tio2點陣高度有序，tio2納米顆粒粒徑均一且為銳鈦礦相；

(3)本發(fā)明制備得到的納米tio2點陣以316lss表面的納米坑陣結(jié)構(gòu)為模板，復制出了與坑陣結(jié)構(gòu)對應的有序點陣結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為實施例1中316lss表面納米坑陣列的fesem圖；

圖2為實施例1中316lss表面納米tio2陣列的fesem圖；

圖3為實施例1中316lss表面納米tio2陣列的xrd圖；

圖4為實施例1中316lss表面有序納米tio2陣列的促adscs增長數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實施例1

(1)316lss表面納米坑陣的制備：將316lss于高氯酸、乙二醇的混合液(v:v＝1:15)中，體系溶液溫度為0℃，40v陽極氧化10min，坑徑為50nm，坑深為4nm。

(2)tio2溶膠的制備：將11ml鈦酸四丁酯與1.85mol/l的冰乙酸3ml混合，攪拌使其均勻，隨后往其中加入13ml無水乙醇，隨著攪拌的持續(xù)進行，攪拌時間為30min，攪拌溫度5℃最終形成tio2溶膠(鈦酸四丁酯、冰乙酸、無水乙醇的體積比為1:0.27:1.18)。

(3)將tio2溶膠在-5℃時，滴入裝有表面具有納米坑陣列的316lss的小玻璃瓶中，坑徑為50nm，靜置3h。

(4)取出所得樣品，乙醇清洗后再用去離子水反復沖洗，并在60℃下干燥5h。

(5)將樣品在馬弗爐中350℃煅燒，升溫速率2℃/分鐘，350℃下保溫6h。

(6)將316lss表面納米tio2點陣用fesem和xrd進行表征，如圖1、圖2和圖3所示。其中，圖1圖2表明，利用316lss的表面納米坑陣列，制備了納米tio2有序點陣；圖3表明，制備的316lss表面的納米tio2晶型為銳鈦礦型。其中，銳鈦礦納米tio2與316lss基板之間的高度差為10nm；其中，銳鈦礦納米tio2的顆粒直徑40nm，顆粒間距為30nm。

(7)將未處理的316lss、表面具有有序凹坑陣列的316lss、tio2涂層/316lss、納米tio2點陣/316lss用于adscs細胞增殖實驗，其結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，316lss表面的有序納米tio2點陣組的吸光度增長最為顯著，其表面的tio2點陣可促進adscs增殖，對adscs具有良好的細胞相容性。

實施例2

(1)316lss表面納米坑陣的制備：將316lss于高氯酸、乙二醇的混合液(v:v＝1:19)中，體系溶液溫度為-5℃，60v陽極氧化13min，坑徑為70nm，坑深為6nm。

(2)tio2溶膠的制備：將11ml鈦酸四丁酯與1.85mol/l的冰乙酸5ml混合，攪拌使其均勻，隨后往其中加入16ml無水乙醇，隨著攪拌的持續(xù)進行，攪拌時間為20min，攪拌溫度7℃最終形成tio2溶膠(鈦酸四丁酯、冰乙酸、無水乙醇的體積比為1:0.45:1.45)。

(3)將tio2溶膠在7℃時，滴入裝有表面具有納米坑陣列的316lss的小玻璃瓶中，坑徑為70nm，靜置10h。

(4)取出所得樣品，乙醇清洗后再用去離子水反復沖洗，并在70℃下干燥2h。

(5)將樣品在馬弗爐中500℃煅燒，升溫速率1℃/分鐘，500℃下保溫5h。

(6)將316lss表面納米tio2點陣用fesem和xrd進行表征，得到的結(jié)論為：在316lss的表面得到了有序的銳鈦礦型tio2納米顆粒點陣。

(7)將未處理的316lss、表面具有有序凹坑陣列的316lss、tio2涂層/316lss、納米tio2點陣/316lss用于adscs細胞增殖實驗，結(jié)果與實施例1相似。

實施例3

(1)316lss表面納米坑陣的制備：將316lss于高氯酸、乙二醇的混合液(v:v＝1:25)中，體系溶液溫度為0℃，70v陽極氧化3min，坑徑為150nm，坑深為9nm。

(2)tio2溶膠的制備：將13ml鈦酸四丁酯與1.85mol/l的冰乙酸8ml混合，攪拌使其均勻，隨后往其中加入18ml無水乙醇，隨著攪拌的持續(xù)進行，攪拌時間為40min，攪拌溫度3℃最終形成tio2溶膠(鈦酸四丁酯、冰乙酸、無水乙醇的體積比為1:0.62:1.38)。

(3)將tio2溶膠在3℃時，滴入裝有表面具有納米坑陣列的316lss的小玻璃瓶中，坑徑為150nm，靜置12h。

(4)取出所得樣品，乙醇清洗后再用去離子水反復沖洗，并于35℃下干燥8h。

(5)將樣品在馬弗爐中500℃煅燒，升溫速率1℃/分鐘，500℃下保溫3h。

(6)將316lss表面納米tio2點陣用fesem和xrd進行表征，得到的結(jié)論為：在316lss的表面得到了有序的銳鈦礦型tio2納米顆粒點陣。

(7)將未處理的316lss、表面具有有序凹坑陣列的316lss、tio2涂層/316lss、納米tio2點陣/316lss用于adscs細胞增殖實驗，結(jié)果與實施例1相似。