一种在二氧化钛纳米管阵列表面沉积纳米金的方法

1.本发明涉及二氧化钛纳米管阵列技术领域，尤其涉及一种在二氧化钛纳米管阵列表面沉积纳米金的方法。


背景技术：

2.钛表面阳极氧化形成的二氧化钛纳米管阵列(nanotubes array，nt)是常用的钛表面活性结构，有研究证实采用阴极电沉积技术可以在nt表面沉积纳米金，进一步提升材料表面的生物活性。然而纳米金的大小、形态等对其生物效应具有显著影响，如何在纳米管表面可控的形成纳米金颗粒面临许多挑战。


技术实现要素：

3.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种在二氧化钛纳米管阵列表面沉积纳米金的方法，将钛片进行绝缘处理，仅保留与电极接触的部分进行纳米金沉积，从而避免了电能的浪费，使电能更为集中在与电极接触的部分的表面，高效提升纳米金的沉积效率；同时，利用阳极氧化电压控制二氧化钛纳米管阵列的直径，利用该直径的空间限制效应，实现可控纳米金的沉积技术。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种在二氧化钛纳米管阵列表面沉积纳米金的方法，其特征在于，包括以下步骤，
6.s1：钛片预处理：
7.s2：钛片表面阳极氧化形成二氧化钛纳米管阵列；
8.s3：使用有机薄膜对二氧化钛纳米管阵列的基底及其侧壁进行绝缘处理，只保留与电极接触的部分用于导电接触；
9.s4：以步骤s3中处理后的二氧化钛纳米管阵列作为工作电极，铂片为辅助电极，在氯金酸溶液中进行恒压电沉积；
10.s5：去除有机薄膜绝缘层。
11.进一步的，步骤s1的具体操作包括，
12.s101：将直径为1.5cm，厚度为1mm的圆形钛片置于清水中，依次采用400目、800目、1500目砂纸进行打磨，每一粒度砂纸打磨2min，直至钛片表面呈现光滑镜面；
13.s102：将打磨后的钛片在清水中超声清洗15min，去除表面污迹。
14.进一步的，步骤s2的具体操作包括，
15.s201：配制阳极氧化所需的电解液；
16.s202：将钛丝弯制成间隔1.5cm的钛片固定夹，对经过步骤s101处理后的钛片进行夹持固定，并将钛丝与电源的阳极相连，电源的阴极与碳棒电极相连；
17.s203：打开电源并将电压调至最小后，将夹持有钛片的钛丝和碳棒电极放入步骤s201中配制好的电解液中，固定钛丝；
18.s204：缓慢升高电压，对钛片的表面进行阳极氧化，形成二氧化钛纳米管阵列，氧
b的分泌结果图；
38.图10为本发明实施例一、实施例五和实施例六中不同管径的纳米管中免疫荧光染色m2极化标志物(cd206)和m1极化标志物(ccr7)测定结果图；
39.图11为本发明pcr检测不同管径二氧化钛纳米管中m2极化标志物(cd206、il-10)和m1极化标志物(cd86、ccr7)结果图。
具体实施方式
40.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
41.一种在二氧化钛纳米管阵列表面沉积纳米金的方法，包括以下步骤，
42.s1：钛片预处理：
43.具体的，s101：将直径为1.5cm，厚度为1mm的圆形钛片置于清水中，依次采用400目、800目、1500目砂纸进行打磨，每一粒度砂纸打磨2min，直至钛片表面呈现光滑镜面；
44.s102：将打磨后的钛片在清水中超声清洗15min，去除表面污迹。
45.进一步的，s2：钛片表面阳极氧化形成二氧化钛纳米管阵列；
46.具体的，s201：配制阳极氧化所需的电解液；在300ml去离子水中加入23ml85％磷酸溶液和5ml氢氟酸溶液，随后加入去离子水定容至400ml，搅拌均匀；
47.s202：将钛丝弯制成间隔1.5cm的钛片固定夹，对经过步骤s101处理后的钛片进行夹持固定，并将钛丝与电源的阳极相连，电源的阴极与碳棒电极相连；
48.s203：打开电源并将电压调至最小后，将夹持有钛片的钛丝和碳棒电极放入步骤s201中配制好的电解液中，固定钛丝；
49.s204：缓慢升高电压至10v，对钛片的表面进行阳极氧化，形成二氧化钛纳米管阵列，氧化时间为1h，阳极氧化期间使用磁力搅拌仪搅动电解液，最终得到的二氧化钛纳米管的管径为50nm；
50.s205：将步骤s204中阳极氧化后的钛片(形成有二氧化钛纳米管阵列的钛片)依次放入丙酮溶液、无水乙醇和去离子水中进行超声波震荡清洗，每种溶液各清洗15min。
51.进一步的，s3：使用有机薄膜对二氧化钛纳米管阵列的基底及其侧壁进行绝缘处理，只保留与电极接触的部分用于导电接触；
52.具体的，s301：使用有机薄膜(邻苯二甲酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯)封闭二氧化钛纳米管阵列的的基底及其侧壁，进行绝缘处理，只保留最上方电极夹夹住的部分用于导电接触；
53.s302：将绝缘处理后的钛片浸入0.01m的氯金酸溶液中，震荡2min，排除二氧化钛纳米管阵列内的空气。
54.进一步的，s4：以步骤s3中处理后的二氧化钛纳米管阵列作为工作电极，铂片为辅助电极，在氯金酸溶液中进行恒压电沉积；工作电极与辅助电极之间的间距为30mm，电沉积的电压为5v，电沉积时间为10min，氯金酸溶液中包含0.1m的haucl4和0.2m的hbo3溶液。
55.进一步的，s5：利用丙酮、无水乙醇、异丙醇、去离子水超声清洗去除步骤s3中的有机薄膜绝缘层。
56.实施例二：
57.实施例二与实施例的区别仅在于步骤s4中电沉积的时间为5min，其与均相同。
58.实施例三：
59.实施例二与实施例的区别仅在于步骤s4中电沉积的时间为30min，其与均相同。
60.实施例四：
61.实施例二与实施例的区别仅在于步骤s4中电沉积的时间为60min，其与均相同。
62.对实施例一至实施例四中沉积的纳米金颗粒形态进行对比观察，结果如附图1和附图2所示，从附图1和2中可以看出，随着沉积时间的延长，纳米金颗粒的大小和密度均增加。但是在沉积时间为5min时，纳米金颗粒的沉积数量较少，且粒径较小，未完全填充纳米管腔；沉积时间为30min和60min时，纳米金颗粒超出了纳米管管口导致粒度不受限制，产生了较大的金颗粒，大颗粒纳米金生物活性下降，不利于生物实验，且厚度太大时涂层容易剥脱，因此，电沉积时间为10min时是最佳的。
63.实施例五：
64.实施例五与实施例一的区别仅在于步骤s204中钛片阳极氧化的电压为5v，最终形成的二氧化钛纳米管的管径为30nm，其余均相同。
65.实施例六：
66.实施例六与实施例一的区别仅在于步骤s204中钛片阳极氧化的电压为20v，最终形成的二氧化钛纳米管的管径为80nm，其余均相同。
67.对实施例一、实施例五和实施例六中不同管径的纳米管中沉积的纳米金颗粒的形态进行观察，结果如附图3和附图4所示，从附图3和附图4中可以看出，随着纳米管管径的增加，纳米金颗粒的大小也随之增加，分别与纳米管的管径相对应，纳米金的大小比纳米管的管径略小。
68.对实施例一、实施例五和实施例六中不同管径的纳米管中沉积的纳米金颗粒进行收集，并对其进行光谱吸收实验，结果如附图5所示，从附图5中可以看出，随着纳米管管径的增加，纳米金颗粒的吸收峰波长发生了右移，表明纳米金颗粒的直径确实是变大了，与上述纳米金颗粒形态的直观观察结果相符。
69.进一步的，对实施例一、实施例五和实施例六中不同管径的纳米管沉积纳米金之后的表面进行eds面扫描，eds-mapping图如附图6所示，亮点表示金元素的信号分布，并对元素进行分析，结果如附图7所示，从附图6和附图7中可以看出，au元素沉积在了基底二氧化钛纳米管的表面，且随着基底二氧化钛纳米管管径的增大，au元素的分布间距也逐渐增大。
70.进一步的，对不同管径的沉积有纳米金的二氧化钛纳米管进行细胞实验，附图8为巨噬细胞raw264.7活死细胞染色的实验数据，图中，红色是死细胞，绿色为活细胞，可见细胞在不同管径的纳米管表面存活良好，但在nt-30(纳米管管径为30nm)表面沉积纳米金后，死细胞数量有所增加。
71.进一步的，elisa测定不同管径二氧化钛纳米管(沉积有纳米金)中tnf-a(促炎因子)和tnf-b(抗炎因子)的分泌，结果如附图9所示，从附图9中可以看出，nt-30和nt-50沉积纳米金后抑制促炎因子表达，促进抗炎因子表达；nt-80表面沉积纳米金后抗炎因子表达有所下降，说明nt-80表面沉积纳米金后不适用于抗炎因子的分泌。
72.再进一步的，不同管径二氧化钛纳米管(沉积有纳米金)中免疫荧光染色m2极化标
志物(cd206)和m1极化标志物(ccr7)进行测定，结果如附图10所示，从附图10中可以看出，nt-30和nt-50表面沉积纳米金后促进了m2标志物的表达，抑制了m1极化标志物的表达；而nt-80表面沉积纳米金后与之相反，进一步的说明了nt-80表面沉积纳米金后不利于巨噬细胞抗炎反应。
73.再进一步的，利用pcr检测不同管径二氧化钛纳米管中m2极化标志物(cd206、il-10)和m1极化标志物(cd86、ccr7)，结果如附图11所示，从附图11中可以看出，nt-30和nt-50表面沉积纳米金后促进了m2标志物的表达，抑制了m1极化标志物的表达；而nt-80表面沉积纳米金后与之相反。
74.综合上述四个细胞实验可以得出，nt-80表面沉积纳米金后不利于生物细胞实验，而nt-30中由于沉积的纳米金颗粒较小，且在活死细胞染色实验中死细胞数量会增加，因此，二氧化钛纳米管管径为50nm时沉积的纳米金大小为最佳，也即在阳极氧化电压为10v时最佳。
75.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。