纳米Ag-Zn点阵涂层制备及其抑菌与细胞增殖性能研究

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在现代医疗卫生行业中,纳米银与纳米锌材料由于其良好的抑菌性能常常在医疗卫生行业被广泛应用。经临床实验证明,将纳米银与纳米锌两种材料进行复合加工结合,制备出的Ag-Zn混合涂层对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌等多种致病菌体的生长繁殖更是有显著的抑制作用。经研究发现,将两种纳米材料制备成混合点阵涂层,其中Ag-Zn离子可相互作用产生生物耦合电磁场,其产生的电磁场对于人体受损组织细胞的分裂增殖与再生长有促进作用,有益于伤口组织的愈合,可作为新型复合涂层材料运用于医疗卫生器械中。本研究将纳米银与纳米锌材料以点阵形式结合,以超薄多孔阳极氧化铝双通模板(AAO)为辅助衬底,将AAO模板转移于目标基底(单晶硅)紧密贴合,利用直流-交流双向射频磁控溅射沉积方法,以三种不同溅射点阵形式(双层点阵式、基底-点阵式、混合点阵式)将纳米银与纳米锌靶材材料沉积于目标基底上,最后剥离去除基底上残留AAO模板,得到三种不同点阵形式的纳米Ag-Zn点阵涂层样品。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、能量色散X-荧光光谱仪、X-射线能谱分析仪和接触角测量仪等分析手段对其样品涂层进行表面形貌、元素种类与含量、粗糙度等性能进行测试分析。检测结果表明:得到样品涂层表面的纳米点阵尺寸参数(点阵单位元:直径200nm;厚度50-200nm;间隔距离:400nm);纳米Ag-Zn点阵涂层以双层点阵形式排列的涂层样品比另外两种点阵沉积形式的涂层样品有更好的形貌特征,点阵阵列更为均匀,单位元轮廓更为规整光滑,符合设计理念;磁控溅射功率、溅射时长、填充气体流量及气压大小等参数对制备纳米Ag-Zn点阵涂层的微观结构有较大影响,同时随着溅射时间的增加,点阵单位元依次出现5种形式堆积,分别为:山丘状、圆球状、山峰状、糊状、渣滓散状;根据观察对比可发现,当纳米银粒子与纳米锌粒子沉积总厚度为100nm时(单位元形态为圆球状),获得的涂层点阵层单位元表面规整光滑且高度有序;涂层组成元素为银、锌和氧元素,且Ag-Zn粒子分布均匀;纳米点阵涂层单位元呈圆球状,表面粗糙度为52nm;其新型涂层接触角为103.6°,属于疏水性表面,带有一定的自清洁功能。在探究新型涂层抑菌与细胞增殖性能过程中,选用大肠埃希菌(革兰氏阴性菌)与金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)作为抑菌测试实验菌种,通过生物对照实验利用菌落贴膜法测试新型涂层的抑菌性能,结果发现纳米Ag-Zn点阵涂层能将纳米银与纳米锌材料的抑菌特性相结合,能够更好地对两类细菌菌种都产生极其强烈的抑菌性(抑菌效率均超过99.5%);通过细胞对比实验,选择x CELLigence细胞功能分析法检测纳米Ag-Zn点阵涂层作用于人类永生化表皮细胞(Hacat)的生物活性影响,实验结果表明:适量(涂层厚度<50nm)的纳米银材料对细胞增殖生长产生促进作用,过量(涂层厚度>100nm)的纳米银材料对细胞增殖生长产生短时间促进而后抑制作用;微量(涂层厚度<5nm)的纳米锌材料对细胞增殖生长产生促进作用,适量(5nm<涂层厚度<10nm)的纳米锌材料对细胞增殖生长产生抑制作用,过量(涂层厚度>10nm)的纳米锌材料将对细胞直接灭活杀死;本实验下制备纳米Ag-Zn点阵涂层中,当银层厚度95nm、锌层厚度5nm时,对Hacat细胞增殖生长促进效果最为显著。因此,通过设计制备一定参数的纳米Ag-Zn点阵涂层,具有良好的抑制细菌繁殖与促进细胞增殖生长性能,可作为新型功能性材料运用于医疗卫生行业中。
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