專利名稱：一種抗菌醫用高分子材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種醫用高分子材料的制備方法，尤其是一種采用等離子體-自組裝單層膜表面改性和化學鍍相結合的技術制備抗菌醫用高分子材料的方法。
背景技術：
醫用高分子材料是生物醫用材料的重要組成部分。其性能優異、結構多樣、適應性廣，在各種醫療器械行業逐步取代傳統材料儼然成為一種趨勢。目前全球大量用于醫療器械的醫用高分子材料達12種，利用現有的生物醫學材料已開發應用的醫用植入體、人工器官等近300種。近年來，西方國家在醫學上消耗的高分子材料每年以109^20%的速度增長，而國內也以20%左右的速度迅速增長。臨床上，這些材料需要長期與人體體表、血液、體液接觸，有的甚至要求永久性地植入體內。但在使用過程中，材料表面易于發生微生物的定殖、繁衍，從而引發感染。據報道，在醫院感染中，有45%是由于導管等植入體引起的。這種以生物醫用材料為中心的感染不僅發生率高，而且治療效果差，感染進程常常持續到生物材料取出為止(Saima Aslam, Effect of antibacterials on biofilms, AmericanJournal of Infection Control, 2008, 36: 175e9_ll)。在歐美等發達國家，由于大量米用中心靜脈插管等醫療輔助器械，在取得了顯著療效的同時，也導致了器械相關性細菌感染病例的猛增，治療時間延長，病人痛苦不堪，隨之而來的還有昂貴的醫療費用。因此，醫用材料的抗菌處理必不可少。目前，制備抗菌醫用高分子材料的方法主要包括在本體材料中加入抗菌劑(共混法)、在材料表面涂覆抗菌涂層以及表面接枝抗感染劑等三種方法。本體材料中加入抗菌劑是指在材料加工前，將抗菌劑作為填料加入到本體材料中，從而實現改善本體材料抗菌性能的目的。但這一方法不僅僅影響材料本身的加工性能，而且往往會因為加工溫度過高造成抗菌劑的分解從而影響抗菌性能。如公開號為CN1428368A的一種“抗感染高分子材料及其制備方法和應用”的發明專利，描述了一類用于制備高分子醫療器械的醫用抗感染高分子組合物的方法，通過向高分子材料中添加抗感染劑制備了整體具有抗感染功能的醫用抗感染高分子材料。但該方法惡化了高分子材料原有的透明性，制備的醫療器械無透明性，限制了其使用范圍。表面接枝法制備抗菌醫用高分子材料，是指采用表面活性方法處理醫用高分子材料表面，使其表面富含各種活性基團，進而接枝抗生素或季銨鹽等抗感染物質，使醫用高分子材料具有抗菌特性。在材料表面涂覆抗菌劑，可在材料表面形成抗菌層，從而達到抗菌效果。但在體液的作用下，如果抗菌劑與材料的結合力較差，抗菌層容易脫落，導致抗菌效果難以持久。例如，專利含銀聚氨酯脲溶液(US2009253826-A1 ；CN101555349-A)和專利沉積產物復合材料及其生產工藝(Deposition Products, Composite Materials and Processes for theProduction Thereof, US2008233161-A1)采用浸涂的方法將銀或各價態的銀化合物涂覆在高分子材料表面，但大量銀脫落進入體液導致抗菌的持久性變差。
為了提高醫用高分子材料與抗菌涂層之間的結合力，首先采用等離子體技術對醫用高分子材料進行表面改性，以在其表面產生活化基團，例如-OH、-0-0-和自由基等；然后在改性后的高反應性表面接枝硅烷偶聯劑，形成自組裝單層膜SAM ;在隨后的無電鍍過程中，自組裝單層膜捕獲溶液中的銀離子而制得與高分子材料基體有很強結合力的抗菌涂層。過程如圖I所示。等離子體是由離子、電子和中性粒子組成的電離氣體，整體顯中性，其改性材料表面的作用機理主要歸結為粒子的非彈性碰撞。等離子改性材料表面后可以提高其表面的活化性、親水性、生物相容性和抗靜電性等特征。其優點是等離子具有更高的溫度和能量密度，在等離子體輔助作用下更易于產生活性成分，從而引發在常規化學反應中不能或難以實現的物理變化和化學變化，活性成分包括紫外和可見光子、電子、離子和自由基，可以精確地控制表面處理工藝參數，對表面進行微觀改性，節省能源，減少污染，對環境保護和實現可持續發展顯得更有意義。因此，本發明致力于闡明采用等離子體技術制備抗菌醫用高分子材料的方法，以此獲得抗菌醫用高分子材料。·
發明內容
本發明要解決的問題是提供采用等離子體-自組裝單層膜和化學鍍相結合的技術制備抗菌醫用高分子材料的方法；該方法通過將醫用高分子材料固定在等離子體設備真空室內的處理臺上，抽真空，通入氣體，開啟處理臺，處理材料，得到具有高表面活性的醫用高分子材料；在改性后的高反應活性表面接枝硅烷偶聯劑，形成自組裝單層膜SAM ;自組裝單層膜捕獲溶液中的銀離子而制得與高分子材料基體有很強結合力的抗菌涂層。本方法操作簡單，不影響材料本體的物理、化學性質，處理后得到的高分子材料表面結構穩定，具有長效、廣譜的抗菌性能。為了解決上述問題，本發明提供一種抗菌醫用高分子材料的制備方法，其所述方法是按下列步驟進行的
(1)將醫用高分子材料固定在等離子體設備的真空室處理臺上；
(2)密封真空室，抽真空；
(3)通入適用于等離子體的氣體；
(4)開啟處理臺的電源，處理材料，獲得表面含有活性基團的醫用高分子材料；
(5)將處理后的醫用高分子材料置于偶聯劑中浸泡。形成自組裝單層膜SAM;
(6)用化學鍍的方法，使處理后的高分子材料與抗感染劑結合。在上述技術方案中，進一步的附加技術特征在于
醫用高分子材料包括選自天然橡膠乳膠、硅橡膠、醫用級的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、熱塑性聚氨酯、聚對苯二甲酸乙二酯、尼龍、聚四氟乙烯中的一種或兩種以上的共混物。抽真空的真空度是低于6X10°Pa。通入適用于等離子體的氣體后的真空度維持在I. OX 10_2 I. OX 102Pa。適用于等離子體的氣體包括氮氣、氨氣、氫氣、氧氣、氯氣、甲烷、乙烷、乙炔、乙醇氣體、水蒸氣、氦氣中的一種或兩種以上氣體與氬氣的混合物。等離子體的功率為0. I 3000W。偶聯劑是提供含孤電子對原子的硅烷偶聯劑。
與現有技術相比，本發明的優點與積極效果在于
本發明采用等離子體-自組裝單層膜與化學鍍相結合的技術處理醫用高分子材料，通入氣體的流速及等離子體源的功率可調，有效地控制等離子體修飾醫用高分子材料表面的化學結構，使其表面產生大量的活性基團，經自組裝單層膜改性后與抗菌劑牢固結合，從而達到長久的抗菌效果且生物相容性好。本發明中的醫用高分子材料經等離子體-自組裝單層膜技術處理之后，與抗菌劑結合力明顯增強，可達到可用范圍。本發明操作簡單，不影響材料本身的物理、化學性質。本發明處理之后得到的抗菌醫用高分子材料表面結構穩定，具有長效、廣譜的抗菌性能。
·圖I是本發明等離子體-自組裝單層膜制備抗菌醫用高分子材料的過程示意圖。圖2是本發明抗菌高分子材料表面SEM圖。圖3是本發明抗菌高分子材料表面EDS圖。圖4是本發明3M膠法測試結合力示意圖。圖5是本發明抑菌環試驗圖片。
具體實施例下面對本發明的具體實施方式
做出進一步的說明。實施例I
實施本發明所提供的一種抗菌醫用高分子材料的制備方法，該方法采用等離子體-自組裝單層膜與化學鍍相結合技術制備抗菌醫藥高分子材料，按以下步驟進行
將厚度為0. 05mm硅膠片剪成5cmX5cm的薄片，將其依次置于丙酮溶液、一定濃度的堿溶液、酸溶液、去離子水中超聲波清洗一定時間，取出烘干備用；之后，將預處理后的硅膠片置于等離子體設備真空室的處理臺上，密封，抽真空到6X 10°Pa ;預熱lOmin，通入20. OSCCM的氦氣，最終使真空室內的真空度維持在lOPa。打開等離子體源，使其功率保持在50W，處理時間為IOmin ;處理結束后，關閉處理臺電源，通入空氣使處理臺內氣壓恢復到大氣壓；取出處理后的硅膠片；配置一定濃度的硅氧烷偶聯劑溶液，將處理后的硅膠片放入配置好的硅烷偶聯劑溶液中，浸泡I天；用去離子水清洗樣品表面，將硅膠片置于配制好的含Ag+的鍍液中，在黑暗條件下反應30min，使硅膠片表面結合抗菌劑，取出晾干，即得所需的醫用抗菌硅膠。圖2是經等離子體-自組裝單層膜和化學鍍相結合的方法制備的抗菌硅膠表面掃描電鏡(SEM)圖及能量色散X射線譜(EDS)圖(圖3)。從SEM圖中可以看出，經過等離子體-自組裝單層膜處理之后，硅膠表面的抗菌涂層均勻無裂紋，顆粒排列緊密、大小一致；EDS結果顯示涂層表面銀含量達到44. 98%，證實所得涂層為銀鍍層。采用超聲波測試法、膠帶法(圖4)及彎曲試驗法測試表面結合力，根據ASTM(American Standard Test Method)D3359和ASTM B571標準，可知經過處理之后的硅膠與抗菌劑間有很強的結合力。圖5是經等離子體-自組裝單層膜處理之后所制備的抗菌硅膠的抗菌性測試結果，所用菌種是大腸桿菌，所用方法是抑菌環實驗法。從圖中可以看出，抗菌硅膠具有較強的抗菌性，產生的抑菌環均大于等于9_。結果表明經過等離子體-自組裝單層膜處理之后的抗菌硅膠在不改變本身物理、化學性質的基礎上，與抗菌劑結合牢固，抗菌劑不易產生脫落；同時具有良好的抗菌性能。實施例2
采用等離子體-自組裝單層膜和化學鍍相結合的技術制備抗菌醫藥高分子材料，包括以下步驟
將厚度為1_的娃膠片剪成5cmX5cm的薄片,將其依次置于丙酮溶液、一定濃度的堿溶液、酸溶液、去離子水中分別超聲波清洗一定時間，取出烘干備用；之后，將預處理后的硅膠片置于等離子體設備真空室的處理臺上，密封，抽真空到ZXKT1Pa ;預熱15min，通入40. OSCCM的氦氣，使真空室內真空度維持在30Pa ;打開等離子體源，使其功率保持在100W，處理時間為IOmin ;處理結束后，關閉處理臺電源，通入空氣使處理臺內氣壓恢復到大氣·壓，取出處理后的硅膠片；配置一定濃度的硅烷偶聯劑溶液，將處理后的硅膠片放入配置好的硅烷偶聯劑溶液中，浸泡I天；用去離子水清洗樣品表面，將硅膠片置于配置好的抗菌劑反應液中，在黑暗條件下反應30min，使硅膠片表面結合抗菌劑，取出晾干，即得所需的醫用抗菌硅膠。經測試，等離子體-自組裝單層膜技術處理之后硅膠片與抗菌劑結合牢固；抗菌硅膠對大腸桿菌有明顯的抗菌性能，經抑菌環實驗之后，其抑菌環的大小大于等于9_。實施例3
采用等離子體-自組裝單層膜和化學鍍相結合的技術制備抗菌醫藥高分子材料，包括以下步驟
將厚度為1_的PVC材料剪成2. 5cmX2. 5cm的薄片，將其依次置于丙酮溶液、一定濃度的堿溶液、酸溶液、去離子水中分別超聲波清洗一定時間，取出烘干備用；之后，將預處理后的PVC置于等離子體設備真空室的處理臺上，密封，抽真空到6 X 10°Pa ;預熱lOmin，通入20. OSCCM的氦氣，最終使真空室內真空度維持在30Pa ;打開等離子體源，使其功率保持在50W，處理時間為20min ;處理結束后，關閉處理臺電源，通入空氣使處理臺內氣壓恢復到大氣壓；取出處理后的硅膠片；配置一定濃度的硅氧烷偶聯劑溶液，將處理后的PVC放入配置好的硅烷偶聯劑溶液中，浸泡I天；用去離子水清洗樣品表面，將PVC置于配置好的抗菌劑反應液中，在黑暗條件下反應30min，使PVC表面結合抗菌劑，取出晾干，即得所需的醫用抗菌 PVC。經測試，等離子體-自組裝單層膜技術處理之后的PVC材料與抗菌劑結合牢固；抗菌PVC對大腸桿菌有明顯的抗菌性能，經抑菌環實驗之后，其抑菌環的大小大于等于9_。實施例4
采用等離子體-自組裝單層膜和化學鍍相結合的技術制備抗菌醫藥高分子材料，包括以下步驟
將厚度為1_的聚氨酯材料剪成2. 5cmX2. 5cm的薄片,將其依次置于丙酮溶液、一定濃度的堿溶液、酸溶液、去離子水中分別超聲波清洗一定時間，取出烘干備用；之后，將預處理后的聚氨酯材料置于等離子體設備真空室的處理臺上，密封，抽真空到IXKT1Pa ;預熱lOmin，通入20. OSCCM的氦氣，最終使真空室內真空度維持在50Pa ;打開等離子體源，使其功率保持在50W，處理時間為IOmin ;處理結束后，關閉處理臺電源，通入空氣使處理臺內氣壓恢復到大氣壓；取出處理后的聚氨酯；配置一定濃度的硅氧烷偶聯劑溶液，將處理后的聚氨酯放入配置好的硅烷偶聯劑溶液中，浸泡I天；用去離子水清洗樣品表面，將聚氨酯置于配置好的抗菌劑反應液中，在黑暗條件下反應30min，使聚氨酯表面結合抗菌劑，取出晾干，即得所需的醫用抗菌聚氨酯。經測試，等離子體-自組裝單層膜技術處理之后的聚氨酯材料與抗菌劑的結合力牢固，抗菌涂層不易脫落；抗菌聚氨酯對大腸桿菌有明顯的抗菌性能，經抑菌環試驗之后，其抑菌環的大小大于等于9mm。實施例5
采用等離子體-自組裝單層膜和化學鍍相結合的技術制備抗菌醫藥高分子材料，包括以下步驟· 將厚度為1_的PET材料剪成2. 5cmX2. 5cm的薄片，將其依次置于丙酮溶液、一定濃度的堿溶液、酸溶液、去離子水中分別超聲波清洗一定時間，取出烘干備用；之后，將預處理后的PET置于等離子體設備真空室的處理臺上，密封；抽真空到6 X 10°Pa ;預熱lOmin，通入20. OSCCM的氦氣，最終使真空室內的真空度維持在IOPa ;打開等離子體源，使其功率保持在50W，處理時間為IOmin ;處理結束后，關閉處理臺電源，通入空氣使處理臺內氣壓恢復到大氣壓，取出處理后的PET ;配置一定濃度的硅氧烷偶聯劑溶液，將處理后的PET放入配置好的硅烷偶聯劑中，浸泡I天；用去離子水清洗樣品表面，將PE置于配置好的抗菌劑反應液中，在黑暗條件下反應30min，使PET表面結合抗菌劑，取出晾干，即得所需的醫用抗菌PET。經測試，等離子體-自組裝單層膜技術處理之后的PET材料與抗菌劑結合牢固，抗菌涂層不易脫落；抗菌PET對大腸桿菌有明顯的抗菌性能，經抑菌環實驗之后，其抑菌環的大小大于等于9mm。實施例6
采用等離子體-自組裝單層膜與化學鍍相結合的技術制備抗菌醫藥高分子材料，包括以下步驟
將厚度為0. 5mm的PE材料剪成5cmX5cm的薄片，將其依次置于丙酮溶液、一定濃度的堿溶液、酸溶液、去離子水中分別超聲波清洗一定時間，取出烘干備用；之后，將預處理的PE置于等離子體設備真空室的處理臺上，密封，抽真空到6X 10°Pa ;預熱lOmin，通入20. OSCCM的氦氣，最終使真空室內的真空度維持在IOPa ;打開等離子體源，使其功率保持在50W，處理時間為lOmin，處理結束后，關閉處理臺電源，通入空氣使處理臺內氣壓恢復到大氣壓，取出處理后的硅膠片；配置一定濃度的硅氧烷偶聯劑溶液，將處理后的PE放入配置好的硅烷偶聯劑溶液中，浸泡I天；用去離子水清洗樣品表面，將PE置于配置好的抗菌劑反應液中，在黑暗條件下反應30min，使PE表面結合抗菌劑，取出晾干，即得所需的醫用抗菌PE0經測試，等離子體-自組裝單層膜技術處理之后的PE與抗菌劑牢固結合，抗菌涂層不易脫落。抗菌PE對大腸桿菌有明顯的抗菌性能，經抑菌環實驗之后，其抑菌環的大小大于等于9mmo在本發明上述實施例I 6中，將醫用高分子材料固定在等離子體設備真空室中的處理臺上后密封并抽真空，然后通入適用于等離子體的氣體，在具體的實施過程中，所適用的氣體包括氬氣、氮氣、氨氣、氫氣、氧氣、氯氣、甲烷、乙烷、乙炔、乙醇氣體、水蒸氣和氦氣中的一種或兩種以上氣體的任意混合物，均能夠實現本發明所述的目的，達到本發明所述的效果。在實施本發明發方法的過程中，所制備的醫用高分子材料是應用于醫療器械、醫療設施、醫療輔具以及人工臟器的高分子材料；包括選自天然橡膠乳膠、硅橡膠、熱塑性彈性體的醫用級橡膠材料及其兩種或兩種以上的混合物和改性材料；具有醫用級的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、熱塑性聚氨酯、聚對苯二甲酸乙二酯、尼龍、聚四氟乙烯、聚酰胺和聚碳酸酯中的一種或兩種以上的共混物。其所制得的抗菌醫用高分子材料可用于體內植入物(如導管、人工心臟、人工心臟辨膜、心臟修復、人工尿道、人工骨、整容器材及心臟起搏器等)及體外器官和裝置(如假肢、假齒、麻痹肢刺激器、電子假肢、假眼等)等。實施本發明方法制備得到的醫用高分子材料所具有的抗菌性是采用等離子體-自組裝單層膜與化學鍍相結合的技術制備的抗菌醫用高分子材料表面部分對細菌的抗感染效率達到90%以上；細菌種類包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、綠膿桿菌、白色念球菌、肺炎球菌、克雷伯菌、墨綠球菌。所具有的結合力是采用等離子體-自組·裝單層膜與化學鍍相結合的技術制備抗菌的醫藥高分子材料抗菌涂層與醫用高分子材料結合力牢固，所用的測試方法為超聲波測試法、膠帶法以及彎曲試驗法。
權利要求
1.ー種抗菌醫用高分子材料的制備方法，其所述方法是按下列步驟進行的 (1)將醫用高分子材料固定在等離子體設備的真空室處理臺上； (2)密封真空室，抽真空； (3)通入適用于等離子體的氣體； (4)開啟處理臺的電源，處理材料，獲得表面含有活性基團的醫用高分子材料； (5)將處理后的醫用高分子材料置于偶聯劑中浸泡，形成自組裝單層膜SAM； (6)用化學鍍的方法，將抗感染劑結合在已形成自組裝單層膜的醫用高分子材料表面。
2.如權利要求I所述的方法，其所述醫用高分子材料包括選自天然橡膠乳膠、硅橡膠；醫用級的聚こ烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯こ烯(PVC)、熱塑性聚氨酯(TPU)、聚對苯ニ甲酸こニ酷(PET)、尼龍、聚四氟こ烯(PTFE)中的ー種或兩種以上的共混物。
3.如權利要求I所述的方法，其所述抽真空的真空度是低于6X 10°Pa。
4.如權利要求I所述的方法，其所述通入適用于等離子體的氣體后的真空度維持在I. 0X10^1. OXlO2Pa0
5.如權利要求I或4所述的方法，其所述適用于等離子體的氣體包括氮氣、氨氣、氫氣、氧氣、氯氣、甲燒、こ燒、乙炔、こ醇氣體、水蒸氣、氦氣中的ー種或兩種以上氣體與IS氣的混合物。
6.如權利要求I所述的方法，其所述等離子體的功率為0.f3000W。
7.如權利要求I所述的方法，其所述偶聯劑是提供含孤電子對原子的硅烷偶聯劑。
8.如權利要求7所述的方法，其所述硅氧烷偶聯劑的通式為Y(CH2)nSiX3 其中n=0 3 ；X為可水解的基團，通常是氣基、甲氧基、甲氧基こ氧基、こ酸基等；Y為有機官能團，通常是氣基、環氧基、甲基丙稀酸氧基、疏基、服基等。
9.如權利要求I所述的方法，其所述抗感染劑為以Ag+為有效抗感染成分的無機銀系抗感染劑。
全文摘要
一種抗菌醫用高分子材料的制備方法是將醫用高分子材料固定在等離子體設備真空室內，抽真空，預熱，通入氣體，開啟處理臺的電源，進行處理，獲得高表面活性的醫用高分子材料；在改性后的高反應性表面接枝硅烷偶聯劑，形成自組裝單層膜SAM；在隨后的無電鍍過程中，自組裝單層膜捕獲溶液中的銀離子而制得與高分子材料基體有很強結合力的抗菌涂層。該方法操作簡單，不影響材料的物理化學性質，抗菌涂層與高分子材料基體間牢固結合。獲得的抗菌高分子材料表面結構穩定，抗菌性持久。
文檔編號C08L75/04GK102786708SQ20121029629
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者侯文娟, 沙曉娟, 許并社, 郭睿劼, 魏麗喬 申請人:太原理工大學