一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构及其制造方法

本发明涉及微纳，具体涉及一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构及其制造方法。

背景技术：

1、在医疗领域中，利用抗生素是预防、对抗外科移植手术中出现致命性细菌感染的最常用措施，而滥用抗生素引起的细菌耐药性则是全球医疗领域最大的安全威胁。目前，解决这一安全威胁的主要方法就是在器械表面加工形成具有抗菌性能的微纳结构来进行物理性抗菌。现有技术中，可以采用在器械表面制备抗菌涂层或激光修饰表面等方法来制备获得具有抗菌性能的表面微纳结构，但目前的这些表面微纳结构的抗菌性能具有较强的局限性，在单一器械上加工形成的表面微纳结构仅能对一种细菌起到抗菌作用，无法实现宽谱抗菌应用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，能够提高器械的抗菌性能，并具有宽谱抗菌性。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，包括微米级结构和纳米级结构；所述微米级结构的高度范围为0.4μm－2μm，高宽比范围为0.02－0.20；所述纳米级结构的宽度范围为500nm－1000nm，高宽比范围为0.01－1.00。

3、相比现有技术，本发明的表面微纳结构至少具有如下有益效果：在上述高度范围以及高宽比范围内的微米级结构，能够减少细菌粘附的数量，能够通过减少细菌与材料表面的接触面积来阻碍细菌生物被膜的形成，从而抑制细菌的生长繁殖过程，且该微米级结构能够对大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌均具有良好的抗菌性能，具备宽谱抗菌性。而在上述宽度范围以及高宽比范围内的纳米级结构，其微小的纳米尖刺结构能够直接刺破细菌生物被膜以杀死细菌，从而达到抗菌的目的，且该纳米级结构同样能够对大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌均具有良好的抗菌性能，具备宽谱抗菌性。因此，本发明的表面微纳结构包括了上述的微米级结构和纳米级结构，一方面能够减少细菌粘附的数量，阻碍细菌生物被膜的形成，另一方面又能够刺破细菌生物被膜以杀死细菌，能够提高器械的抗菌性能，并具有宽谱抗菌性。

4、上述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，所述微米级结构的高度为1μm，高宽比为0.02。

5、上述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，所述纳米级结构的宽度为1μm，高宽比为0.07。

6、本发明还提供了一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的制造方法，包括如下步骤：

7、步骤s100、根据微米级结构和纳米级结构的抗菌机理模型，确定微米级结构和纳米级结构的结构参数范围；

8、步骤s200、在步骤s100中所确定的微米级结构的结构参数范围内，选取多组结构参数，并提供相应组数的模具，在多组模具的表面分别加工出多组所选结构参数的微米级结构；在步骤s100中所确定的纳米级结构的结构参数范围内，选取多组结构参数，并提供相应组数的模具，在多组模具的表面分别加工出多组所选结构参数的纳米级结构；

9、步骤s300、对步骤s200中所获得的多组模具进行表面结构检测，分别确定抗菌性能最优的微米级结构和纳米级结构；

10、步骤s400、将步骤s300中所获得的抗菌性能最优的微米级结构和纳米级结构进行结合，获得具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的结构参数，并进行加工制造。

11、相比现有技术，本发明的制造方法至少具有如下有益效果：本制造方法根据表面微米级结构的抗菌机理模型，也即当表面线性微米级结构的高宽比在一定范围内时，该微米级结构能够减少细菌粘附的数量，能够通过减少细菌与材料表面的接触面积来阻碍细菌生物被膜的形成，从而抑制细菌的生长繁殖过程。因此，本方法根据微米级结构的抗菌机理模型，初步确定了微米级结构的参数范围。同样的，根据纳米级结构的抗菌机理模型，也即微小的纳米尖刺结构能够直接刺破细菌生物被膜以杀死细菌，从而达到抗菌的目的。因此，本方法根据纳米级结构的抗菌机理模型，初步确定了纳米级结构的参数范围。在确定了微米级结构和纳米级结构的结构参数范围之后，再在步骤s100中所确定的结构参数范围内选取多组数据，分别在多组模具上加工多组微米级结构和纳米级结构，将微米级结构和纳米级结构分开加工并研究检测，获得具有最优抗菌性能的微米级结构和纳米级结构的结构参数，最后再根据所获得的具有最优抗菌性能的微纳结构的结构参数进行加工。本方法可以将微米级结构和纳米级结构分开研究，再复合各自的最优结果，获得一种抗菌性能极高，且具有宽谱抗菌性的表面微纳结构。

12、上述的制造方法，在步骤s200中，采用单点金刚石切削方法在模具的表面加工出微米级结构和纳米级结构。

13、上述的制造方法，所述步骤s300包括如下步骤：

14、s310、对微米级结构和纳米级结构进行表征，并测量微米级结构和纳米级结构的高度和宽度；

15、s320、对微米级结构和纳米级结构进行静态水接触角测试，测量模具的平行于切削方向的表面接触角；

16、s330、选取实验菌种，对微米级结构和纳米级结构进行抗菌性能测试；

17、s340、根据s330中的抗菌性能测试结果，确定抗菌性最优的微米级结构和纳米级结构。

18、上述的制造方法，在步骤s200中，先选取微米级结构的高度参数，选取纳米级结构的宽度参数，再选取多组高宽比参数，获得多组微米级结构的宽度参数以及多组纳米级结构的高度参数。

19、上述的制造方法，在步骤s200中，提供的模具为紫铜样品。

20、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

技术特征：

1.一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，其特征在于，包括微米级结构和纳米级结构；

2.根据权利要求1所述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，其特征在于，所述微米级结构的高度为1μm，高宽比为0.02。

3.根据权利要求1或2所述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构，其特征在于，所述纳米级结构的宽度为1μm，高宽比为0.07。

4.一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤s200中，采用单点金刚石切削方法在模具的表面加工出微米级结构和纳米级结构。

6.根据权利要求4所述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的制造方法，其特征在于，所述步骤s300包括如下步骤：

7.根据权利要求4所述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤s200中，先选取微米级结构的高度参数，选取纳米级结构的宽度参数，再选取多组高宽比参数，获得多组微米级结构的宽度参数以及多组纳米级结构的高度参数。

8.根据权利要求4所述的具有宽谱抗菌性的表面微纳结构的制造方法，其特征在于，在步骤s200中，提供的模具为紫铜样品。

技术总结
本发明公开了一种具有宽谱抗菌性的表面微纳结构及其制造方法，该制造方法能够根据微米级结构和纳米级结构的抗菌机理模型，初步确定抗菌性能较优的微米级结构和纳米级结构的参数，再分别研究获得微米级结构和纳米级结构的最优抗菌结构，并将两种尺度的最优结构进行结合，获得理论抗菌性能最优的跨尺度微纳复合结构。本发明的表面微纳结构，所述微米级结构的高度范围为0.4μm－2μm，高宽比范围为0.02－0.20；所述纳米级结构的宽度范围为500nm－1000nm，高宽比范围为0.01－1.00，一方面能够减少细菌粘附的数量，阻碍细菌生物被膜的形成，另一方面又能够刺破细菌生物被膜以杀死细菌，能够提高器械的抗菌性能，并具有宽谱抗菌性。

技术研发人员：杨洋,张越
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15