一種抑菌組合物、植入材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種抑菌組合物、涂覆有所述抑菌組合物的植入材料及其制備方法，所述抑菌組合物包括膨體聚四氟乙烯和抑菌劑。將所述抑菌組合物通過高壓靜電紡絲技術涂覆在植入材料形成抑菌涂層，得到具有抑菌功能的植入材料。本發明的抑菌組合物中膨體聚四氟乙烯能夠有效固定抑菌劑。利用高壓靜電紡絲形成的“硬殼”結構即使在體內復雜環境下也不會發生溶脹泄露，能夠更加有效地固定抑菌劑，其中的抑菌劑與材料穩固結合、不會被釋放、生物毒性低且有良好的生物相容性。本發明的制備方法，工藝簡單、易于操作、成本低廉、便于實現大規模生產。
【專利說明】一種抑菌組合物、植入材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及植入材料【技術領域】，尤其涉及一種抑菌組合物、植入材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]生物材料和人工器官已越來越廣泛地應用于臨床醫學。在科學技術不斷進步的社會，幾乎每個人在一生中都有可能永久或暫時地在體內植入生物材料或人工器官。如外科縫合材料，各種侵入性導管，各種組織和器官的替用品:人工關節、人工心臟瓣膜、人工晶體乃至人工心肺腎等。而制約更廣泛應用這些生物材料和人工器官的最重要原因是以生物材料為中心的感染(Biomaterial-centered infection, BCI)。因此，關于BCI的發病機制、臨床特征、病理生理改變以及預防的研究，已顯得越來越重要。
[0003]引起BCI的一個重要因素就是細菌定植。各種微生物(細菌等)經常從不同環境落到人體，并能在一定部位定居和不斷生長、繁殖后代，這種現象通常稱為“細菌定植”。一般來說，即是如細菌或酵母菌等微生物形成生物膜——即粘滑、膠水樣的傳染性細胞層。定植的微生物必須依靠人體不斷供給營養物質才能生長和繁殖，進而對人體產生影響(如導致感染)。為了防止手術后感染，在術前常常先給病人施用各種強力的廣譜抗生素，試圖在“絕對無菌”條件下進行手術，以保證手術成功。也可以采用窄譜抗生素，有針對性地去除某一類細菌。植入材料作為一種異物，一旦發生感染，多數情況下需將其取出，特別是對于植入后較長時間發生感染者，一般都 是緩慢的細菌定植造成的，已形成的纖維囊會阻礙抗生素作用的發揮。
[0004]將植入材料表面或結構做預先處理而使得微生物無法在植入材料表面粘附，已經作為一種更為廣泛的手段備受人們關注。例如，將原本小孔隙的植入材料做成大孔隙尺寸，如大孔的PP疝氣補片，使得巨噬細胞能夠有效地進入孔隙間吞噬導致感染的微生物，然而此種方法對于結構復雜的骨科植入物或需要高支撐強度的植入材料是不適用的。又如，在植入材料表面上涂覆某些抑菌材料，如可降解的殼聚糖，從而防止細菌和酵母菌在該表面上寄生，阻礙其在該表面上定植，但由于因殼聚糖屬于生物提取物，很容易存在異體蛋白，因此導致過敏的患者人數增多，此外，殼聚糖在體內的降解速度很快，對于長期防止細菌定植的發生是不利的；或者，在植入材料表面直接涂覆某些抑菌劑從而阻止細菌定植，然而這些抑菌劑也具有一定程度的細胞毒性或生物毒性，在抑菌的同時會存在不同程度的釋放，可能導致抑菌劑中毒。因此，選擇合理的抑菌涂層，長期有效地阻止微生物定植是非常具有實際臨床意義的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種抑菌組合物、涂覆有所述抑菌組合物的植入材料及其制備方法，該抑菌組合物涂覆在植入材料表面形成抑菌涂層，其中的抑菌劑與材料結合穩固、不會被釋放、生物毒性低且有良好的生物相容性；該制備方法可以在植入材料表面均勻成膜，其與植入材料結合牢固、不易脫落，因此對抑菌劑的固定效果良好。
[0006]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0007]在第一方面，本發明提供一種抑菌組合物，包括膨體聚四氟乙烯和抑菌劑。
[0008]本發明采用的膨體聚四氟乙烯(expendedpolytetrafluoroethyIene, ePTFE)具有完全生物惰性，能經受暴露于含水環境、體溫、血液和體液的生物化學腐蝕的考驗，并能夠有效阻止植入材料引起的一些并發癥，如血液凝固、排異反應、感染和毒性化學物的浸出，因此已被美國食品和藥物管理局(Food andDrug Administration, FDA)批準用于制造長期的植入材料。所述膨體聚四氟乙烯為醫用級材料，重金屬等殘留量均應符合植入材料標準；其中，重金屬總含量(以鉛計)應< 30(^8/^，單體殘留應〈2%，催化劑殘留應
〈200 u g/go
[0009]優選地，所述膨體聚四氟乙烯的重均分子量為5萬~50萬，例如5萬、6萬、8萬、10萬、12萬、15萬、18萬、20萬、24萬、25萬、27萬、30萬、32萬、35萬、38萬、40萬、42萬、45萬、48萬、49萬或50萬。
[0010]優選地，所述抑菌劑選自溶液型抑菌劑、對羥基苯甲酸酯類、陽離子表面活性劑、醇類抑菌劑和金屬類抑菌劑。
[0011]更優選地，所述溶液型抑菌劑選自醋酸洗必泰、A.SAP ;所述對羥基苯甲酸酯類選自羥苯甲酯和羥苯乙酯；所述陽離子表面活性劑選自苯扎氯銨和苯扎溴銨；所述醇類抑菌劑選自三氯叔丁醇；所述金屬類抑菌劑選自納米銀和納米鋅。
[0012]上述抑菌劑可以單獨使用一種，也可以組合使用兩種以上，典型但非限定性的組合實例包括:醋酸洗必泰和A.SAP，羥苯`甲酯和羥苯乙酯，苯扎氯銨和苯扎溴銨，苯扎氯銨、苯扎溴銨和三氯叔丁醇，納米銀和納米鋅，醋酸洗必泰和羥苯甲酯，羥苯乙酯和苯扎氯銨，苯扎溴銨和三氯叔丁醇，等等。
[0013]優選地，所述抑菌組合物中抑菌劑的重量為以膨體聚四氟乙烯重量計0.1%_1%，例如 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9% 或 1.0%。
[0014]優選地，所述抑菌組合物還包括溶劑體系，所述溶劑體系包括三氟化氯和/或五氟化氯。本發明中，溶劑在最終的靜電紡絲過程中會揮發掉，所以本發明的抑菌組合物可以是包含或不包含溶劑體系的組合物。
[0015]在第二方面，本發明提供如第一方面所述的抑菌組合物的制備方法，所述方法包括:將所述膨體聚四氟乙烯溶于溶劑體系中，配制成溶液，加入所述抑菌劑，超聲分散并攪拌得到所述抑菌組合物。
[0016]優選地，所述溶劑體系包括N，N- 二甲基甲酰胺，所述溶劑體系還任選地包括四氫呋喃(Tetrahydrofuran, THF)、丁酮和NaCl水溶液中的一種或多種。
[0017]優選地,所述溶液中所述膨體聚四氟乙烯的濃度為5-20% (w/v),例如6% (w/v)、8% (w/v)> 10% (w/v)> 12% (w/v)> 14% (w/v)> 16% (w/v)> 18% (w/v)或 19% (w/v)，其中重量(W)以單位克(g)計,體積(V)以單位毫升(mL)計,重量/體積(w/v)以單位克/毫升(g/mL)計。
[0018]優選地，所述超聲分散的時間為10_20min,例如12min、14min、16min、18min或19min。
[0019]優選地，所述攪拌的時間為2-5h，例如2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h。[0020]通過上述方法制備的抑菌組合物，所述膨體聚四氟乙烯與抑菌劑充分均勻混合，利于高壓靜電紡絲時均勻成膜。
[0021]在第三方面，本發明提供一種表面涂覆有如第一方面所述的抑菌組合物的植入材料。
[0022]優選地，所述植入材料是通過高壓靜電紡絲將所述抑菌組合物涂覆在其表面得到的。
[0023]膨體聚四氟乙烯由于其較好的生物和化學穩定性，可選溶解溶劑較少，傳統的溶液鍍膜會導致涂覆不均勻。這種材料與抑菌劑的結合力也較弱，利用高壓靜電紡絲，其特殊的成膜工藝是纖維外部先固化，形成的“硬殼”結構即使在體內復雜環境下也不會發生溶脹泄露，能夠有效地固定抑菌劑；通過調節電場、噴射流可以在任意形狀的材料表面均勻成膜，由于其無紡形式連續成膜，因而能很好的與植入材料結合，不易脫落。
[0024]優選地，所述植入材料為人工關節、人工心臟瓣膜、人工晶體、人工心、人工肺或人工腎。
[0025]在第四方面，本發明提供如第三方面所述的植入材料的制備方法，所述方法包括:
[0026]將所述抑菌組合物注入注射器中，加上不銹鋼針頭，采用電壓為10~30KV正電場高壓電源，保持溶液流速為I~5mL/h，接收距離為5~25cm，將需要涂覆的植入材料連接電壓為100-800V的負電場高壓電源，進行涂覆，最后將涂覆完畢的植入材料室溫真空干燥24-48h。
[0027]上述植入材料的制備方法中，正電場高壓電源的電壓可以是12KV、15KV、18KV、22KV、25KV、27KV 或 29KV ;溶液流速可以是 1.5mL/h、2mL/h、2.5mL/h、3mL/h、3.5mL/h、4mL/h 或 4.5mL/h ;接收距離可以是 6cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cm、17cm、19cm、21cm、23cm 或24cm ;負電場高壓電源可以是100V、200V、300V、400V、500V、600V、700V或800V ;真空干燥時間可以是 25h、27h、29h、31h、35h、38h、40h、42h、44h 或 46h。
[0028]作為本發明的一個優選技術方案，所述方法包括:
[0029](I)將所述膨體聚四氟乙烯溶于所述溶劑體系中，配制成濃度為5-20% (w/v)的溶液，加入重量含量為所述膨體聚四氟乙烯重量含量的0.1%_1%的抑菌劑，超聲分散10-20min，并于80-100°C攪拌2_5h，得到所述抑菌組合物；
[0030](2)將所述抑菌組合物的溶液注入注射器中，加上不銹鋼針頭，采用電壓為10~30KV正電場高壓電源，保持溶液流速為I~5mL/h，接收距離為5~25cm，將需要涂覆的植入材料連接電壓為100-800V的負電場高壓電源，進行涂覆，最后將涂覆完畢的植入材料室溫真空干燥24-48h。
[0031]在第五方面，本發明提供如第四方面所述的制備方法制得的植入材料。
[0032]本發明的有益效果為:本發明的抑菌組合物采用膨體聚四氟乙烯與抑菌劑組合，其中膨體聚四氟乙烯能夠有效固定抑菌劑。此外，利用高壓靜電紡絲，其特殊的成膜工藝是纖維外部先固化，形成的“硬殼”結構即使在體內復雜環境下也不會發生溶脹泄露，能夠更加有效地固定抑菌劑，其中的抑菌劑嵌入材料中、完全不被釋放、生物毒性低且有良好的生物相容性；利用高壓靜電紡絲可以在任意形狀的植入材料表面均勻成膜，其與植入材料結合牢固、不易脫落，因此對抑菌劑的固定效果極好；本發明的制備方法，工藝簡單、易于操作、成本低廉、便于實現大規模生產。
【具體實施方式】
[0033]下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述。本領域技術人員將會理解，以下實施例僅為本發明的優選實施例，以便于更好地理解本發明，因而不應視為限定本發明的范圍。對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所用的實驗材料，如無特殊說明，均為自常規生化試劑廠商購買得到的。
[0034]實施例1
[0035]按照如下方法制備具有抑菌功能的植入材料涂層:
[0036](1)配制膨體聚四氟乙烯和抑菌劑的混合溶液:將20萬分子量的膨體聚四氟乙烯(ePTFE)溶于三氟化氯，配制成濃度為15% (W/V)的混合溶液20ml，在其中加入濃度為10%的醋酸洗必泰溶液0.06ml，按照抑菌有效成分計算，抑菌劑重量含量為以聚合物重量計0.2% ;超聲20分鐘后使其均勻分散，80°C攪拌4小時。
[0037](2)制備復合抑菌涂層:將上述混合溶液，注入5ml玻璃型注射器中，加上5號不銹鋼針頭，采用電壓為25KV的正電場高壓電源，溶液流速為2mL/h，接收距離為18cm ;將需要涂覆的疝氣補片置于與電壓為100V的負電場高壓電源連接的可旋轉的金屬導體棒上，旋轉速度為100r/min，紡絲10米后，將涂覆完畢的材料室溫真空干燥24小時，除去殘留溶劑，并在4°C干燥箱中保存。
[0038]按照IS011737 (2009)進行抑菌實驗，上述制備的抑菌涂層進行細菌培養3天后，表面無可檢測活菌數，表面抑菌率達99.99%以上。此外，將其置于37°C的磷酸鹽緩沖液(PBS溶液)中半年，未檢測到醋酸洗必泰的釋放。按照GBT16886.5 (2003)中醫療器械生物學評價第5部分進行體外細胞毒性試驗，3T6細胞培養實驗中，3T6細胞不會在涂層材料表面粘附，在含涂層的細胞培養液中生長良好，與培養皿貼壁良好，證明得到的抑菌涂層，能夠有效阻止生物膜在植入材料表面形成，并且有良好的生物相容性。
[0039]實施例2
[0040]按照如下方法制備具有抑菌功能的植入材料涂層:
[0041](1)配制膨體聚四氟乙烯和抑菌劑的混合溶液:將5萬分子量的膨體聚四氟乙烯(ePTFE)溶于五氟化氯，配制成濃度為20% (W/V)的混合溶液20ml，在其中加入濃度為10%的醋酸洗必泰溶液0.04ml，按照抑菌有效成分計算，抑菌劑重量含量為以聚合物重量計
0.1% ;超聲10分鐘后使其均勻分散，80°C攪拌3小時。
[0042](2)制備復合抑菌涂層:將上述混合溶液，注入5ml玻璃型注射器中，加上5號不銹鋼針頭，采用電壓為IOKV的正電場高壓電源，溶液流速為5mL/h，接收距離為5cm ;將需要涂覆的疝氣補片置于與電壓為IOOV的負電場高壓電源連接的可旋轉的金屬導體棒上，旋轉速度為100r/min，紡絲10米后，將涂覆完畢的材料室溫真空干燥36小時，除去殘留溶劑，并在4°C干燥箱中保存。
[0043]按照IS011737 (2009)進行抑菌實驗，上述制備的抑菌涂層進行細菌培養3天后，表面無可檢測活菌數，表面抑菌率達 99.99%以上。此外，將其置于37°C的磷酸鹽緩沖液(PBS溶液)中半年，未檢測到醋酸洗必泰的釋放。按照GBT16886.5 (2003)中醫療器械生物學評價第5部分進行體外細胞毒性試驗，3T6細胞培養實驗中，3T6細胞不會在涂層材料表面粘附，在含涂層的細胞培養液中生長良好，與培養皿貼壁良好，證明得到的抑菌涂層，能夠有效阻止生物膜在植入材料表面形成，并且有良好的生物相容性。
[0044]實施例3
[0045]按照如下方法制備具有抑菌功能的植入材料涂層:
[0046](I)配制膨體聚四氟乙烯和抑菌劑的混合溶液:將50萬分子量的膨體聚四氟乙烯(ePTFE)溶于三氟化氯和五氟化氯的混合溶劑(其中三氟化氯與五氟化氯的體積比為2:1)，配制成濃度為5% (W/V)的混合溶液20ml，在其中加入濃度為10%的苯扎氯銨溶液0.1ml,按照抑菌有效成分計算，抑菌劑重量含量為聚合物重量含量的1% ;超聲20分鐘后使其均勻分散，100°C攪拌5小時。
[0047](2)制備復合抑菌涂層:將上述混合溶液，注入5ml玻璃型注射器中，加上5號不銹鋼針頭，采用電壓為30KV的正電場高壓電源，溶液流速為lmL/h，接收距離為25cm ;將需要涂覆的疝氣補片置于與電壓為800V的負電場高壓電源連接的可旋轉的金屬導體棒上，旋轉速度為100r/min，紡絲10米后，將涂覆完畢的材料室溫真空干燥48小時，除去殘留溶劑，并在4°C干燥箱中保存。
[0048]按照IS011737 (2009)進行抑菌實驗，上述制備的抑菌涂層進行細菌培養3天后，表面無可檢測活菌數，表面抑菌率達99.99%以上。此外，將其置于37°C的磷酸鹽緩沖液(PBS溶液)中半年，未 檢測到苯扎氯銨的釋放。按照GBT16886.5 (2003)中醫療器械生物學評價第5部分進行體外細胞毒性試驗，3T6細胞培養實驗中，3T6細胞不會在涂層材料表面粘附，在含涂層的細胞培養液中生長良好，與培養皿貼壁良好，證明得到的抑菌涂層，能夠有效阻止生物膜在植入材料表面形成，并且有良好的生物相容性。
[0049]實施例4
[0050]按照如下方法制備具有抑菌功能的植入材料涂層:
[0051](I)配制膨體聚四氟乙烯和抑菌劑的混合溶液:將35萬分子量的膨體聚四氟乙烯(ePTFE)溶于三氟化氯，配制成濃度為10% (W/V)的混合溶液20ml，在其中加入濃度為1%的A.SAP溶液0.5ml，按照抑菌有效成分計算，抑菌劑重量含量為以聚合物重量計0.25% ;超聲20分鐘后使其均勻分散，90°C攪拌5小時。
[0052](2)制備復合抑菌涂層:將上述混合溶液，注入5ml玻璃型注射器中，加上5號不銹鋼針頭，采用電壓為20KV的正電場高壓電源，溶液流速為2mL/h，接收距離為18cm ;將需要涂覆的疝氣補片置于與電壓為IOOV的負電場高壓電源連接的可旋轉的金屬導體棒上，旋轉速度為100r/min，紡絲10米后，將涂覆完畢的材料室溫真空干燥24小時，除去殘留溶劑，并在4°C干燥箱中保存。
[0053]按照IS011737 (2009)進行抑菌實驗，上述制備的抑菌涂層進行細菌培養3天后，表面無可檢測活菌數，表面抑菌率達99.99%以上。此外，將其置于37°C的磷酸鹽緩沖液(PBS溶液)中半年，未檢測到A.SAP的釋放。按照GBT16886.5 (2003)中醫療器械生物學評價第5部分進行體外細胞毒性試驗，3T6細胞培養實驗中，3T6細胞不會在涂層材料表面粘附，在含涂層的細胞培養液中生長良好，與培養皿貼壁良好，證明得到的抑菌涂層，能夠有效阻止生物膜在植入材料表面形成，并且有良好的生物相容性。[0054] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細特征以及詳細方法，但本發明并不局限于上述詳細特征以及詳細方法，即不意味著本發明必須依賴上述詳細特征以及詳細方法才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明選用組分的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開 范圍之內。
【權利要求】
1.一種抑菌組合物，其特征在于，所述抑菌組合物包括膨體聚四氟乙烯和抑菌劑。
2.根據權利要求1所述的抑菌組合物，其特征在于，所述膨體聚四氟乙烯的重均分子量為5萬~50萬； 優選地，所述抑菌劑選自溶液型抑菌劑、對羥基苯甲酸酯類、陽離子表面活性劑、醇類抑菌劑和金屬類抑菌劑； 更優選地，所述溶液型抑菌劑選自醋酸洗必泰、A.SAP ;所述對羥基苯甲酸酯類選自羥苯甲酯和羥苯乙酯；所述陽離子表面活性劑選自苯扎氯銨和苯扎溴銨；所述醇類抑菌劑選自三氯叔丁醇；所述金屬類抑菌劑選自納米銀和納米鋅。
3.根據權利要求1或2所述的抑菌組合物，其特征在于，所述抑菌組合物中抑菌劑的重量含量為以膨體聚四氟乙烯重量計0.1%-1%。
4.根據權利要求1-3任一項所述的抑菌組合物，其特征在于，所述抑菌組合物還包括溶劑體系，所述溶劑體系包括三氟化氯和/或五氟化氯。
5.如權利要求1-4任一項所述的抑菌組合物的制備方法，其特征在于，所述方法包括:將所述膨體聚四氟乙烯溶于溶劑體系中，配制成溶液，加入所述抑菌劑，超聲分散并攪拌得到所述抑菌組合物； 優選地，所述溶劑體系包括三氟化氯和/或五氟化氯； 優選地，所述溶液中所述 膨體聚四氟乙烯的濃度為5-20% (w/v)； 優選地，所述超聲分散的時間為10-20min ； 優選地，所述攪拌的時間為2-5h。
6.—種表面涂覆有如權利要求1-4任一項所述的抑菌組合物的植入材料。
7.根據權利要求6所述的植入材料，其特征在于，所述植入材料是通過高壓靜電紡絲將所述抑菌組合物涂覆在其表面得到的； 優選地，所述植入材料為人工關節、人工心臟瓣膜、人工晶體、人工心、人工肺或人工腎。
8.如權利要求6或7所述的植入材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 將所述抑菌組合物注入注射器中，加上不銹鋼針頭，采用電壓為10~30KV正電場高壓電源，保持溶液流速為I~5mL/h，接收距離為5~25cm，將需要涂覆的植入材料與電壓為100-800V的負電場高壓電源連接，進行涂覆，最后將涂覆完畢的植入材料室溫真空干燥24-48h。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述抑菌組合物是通過如下步驟得到的: 將所述膨體聚四氟乙烯溶于所述溶劑體系中，配制成濃度為5-20% (w/v)的溶液，加入重量含量為以膨體聚四氟乙烯重量計0.1%_1%的抑菌劑，超聲分散10-20min，并于80-100°C攪拌2-5h，得到所述抑菌組合物。
10.一種通過權利要求8或9所述的制備方法制得的植入材料。
【文檔編號】A61L27/30GK103611189SQ201310593928
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】韓志超, 許杉杉 申請人:無錫中科光遠生物材料有限公司