CN101255274A - 复合纳米银-聚氨酯抗菌材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

复合纳米银－聚氨酯抗菌材料是具有复合抗菌效用的一种新型医用材料。该复合材料为聚氨酯基质中均匀混合纳米银颗粒，聚氨酯的高生物相容性和纳米银的高效抗菌性使得此材料具有复合抗菌效用。采用银盐在聚氨酯的有机溶剂中原位还原，可以得到高度均匀分散的纳米银颗粒。纳米银的加入不影响聚氨酯材料的物理性质，无毒安全，生物相容性好。这种新型的抗菌复合高分子材料制备方法简单，可方便快捷成膜塑性，可作为多种临床医疗器械的原材料和复合抗菌涂层。并且此制备方法简单易行，对设备要求不高，可实现工业化生产。

Description

复合纳米银-聚氨酯抗菌材料及其制备方法

技术领域

本发明是在医用聚氨酯中原位合成纳米银颗粒以达到复合抗菌效用的一种新型医用材料，属于医用材料制造的技术领域。

背景技术

聚氨酯在临床有着极其广泛的用途，其最主要的使用方面就是聚氨酯导管。随着新的诊断技术和治疗方法的发展，聚氨酯导管的应用日益广泛，然而并发症，特别是由于细菌吸附而引发的感染经常限制了导管的使用。这是一个最困难也是最普遍的问题。据报道，美国住院病人应用中心静脉导管占50％以上，并且在门诊病人中的应用也日趋增多。近年来，尽管在中心静脉导管材料、种类及置管技术上不断取得进步，但中心静脉导管感染仍很常见。在美国，每年院内血液感染约超过20万例，而这些感染中大多数与血管内装置的使用有关，其中90％与中心静脉导管有关。导管相关性血流感染在ICU院内感染中位居第三。

聚氨酯具有优异的物理机械性能和良好的血液相容性，但是同样面临着引发感染这一棘手问题。对于如何达到抗菌作用，国内外的研究人员作了多种尝试，如：系统抗生素疗法、采用抗菌剂或者亲水性聚合物修饰等。但是抗生素很难穿透生物膜，难以在菌膜内部达到有效浓度。生物膜内的细菌对抗生素的抑菌作用不敏感，同在悬液中相比，需要50-100倍的普通剂量才能根除细菌。同时水溶性的抗菌剂的一大缺陷就是很容易被洗脱，抗菌作用时间短，无法有效抗菌。亲水性聚合物和导管表面的结合牢固程度是一个很大的问题，很容易脱落，并且只能在一定程度上减少细菌吸附，无杀菌作用，无法达到有效抗菌。

在聚氨酯中加入纳米金属抗菌材料可以解决抗菌的有效性和持久性问题。抗菌金属离子逐渐从纳米抗菌材料中所含的抗菌剂中溶出，缓释的Ag、Cu、Zn、Co、Ni、Fe、Al等金属离子破坏了细菌细胞的能量代谢作用，阻止了微生物的繁殖。此外，抗菌金属离子还能与生物体中的蛋白质、核酸中存在的巯基(-SH)、胺基(-NH)等官能团发生反应，或进入菌体细胞内同细胞的酶和DNA等反应，阻碍微生物体的生物化学合成过程及生理机能。在抗菌金属中，Ag杀菌毒性最强，但是细胞毒性最小，广谱高效抗菌而没有副作用。聚氨酯中的纳米银的作用：阻止细菌吸附；阻止吸附上的细菌增值；阻止生物膜的形成。

纳米银材料作为抗菌剂有更多的优点，由于其粒径小，表面积大，容易跟病原微生物发生密切接触，从而发挥其更大的生物效应，因而一般比同类常规无机抗菌材料有更强的抗菌活性。且能长久稳定释放银离子，能达到乃至数年的有效抗菌。并且纳米颗粒在聚氨酯材料中的加入不会改变反倒可以增强其原有的优良机械性，还可以增强它的生物耐受性。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种能够长效抗菌，无副作用，具有良好生物相容性的，可广泛使用在临床医疗器械或者涂层上的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料及制备方法。

技术方案：本发明所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料是在医用聚氨酯中原位合成纳米银颗粒以达到复合抗菌效用的一种新型医用材料。该材料为含有高度均匀分散的纳米银的聚氨酯复合材料，其中银颗粒的含量在复合材料中的重量比为0.01％～2.5％，纳米银表面裸露，直接和聚氨酯材料接触。

聚氨酯材料为聚酯系聚氨酯或聚醚系聚氨酯或芳香族异氰酸酯系聚氨酯或脂肪族异氰酸酯系聚氨酯。纳米银的粒径为10-500nm。

本发明的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法采用如下步骤：

a.聚氨酯母粒的清洗：将聚氨酯母粒在乙醇溶液中浸泡，再进行双蒸水超声清洗、烘干待用，

b.室温下，把聚氨酯和有机溶剂按照质量体积比1∶20～1∶60溶解完全，

c.对上述溶液按照银盐和聚氨酯质量比1∶500～1∶2000加入银盐，高速搅拌30～60分钟至溶解完全，

d.按照还原剂与银盐质量比为1∶5～1∶10，迅速加入还原剂，高速搅拌1-2小时直至反应完全，

e.去除杂质，所得溶液经过过夜沉淀，获得液态纳米银-聚氨酯抗菌材料，装瓶密封或浇铸成膜保存。

液态纳米银-聚氨酯抗菌材料可浇铸成膜保存，采用洁净基底浇铸成膜，室温下待溶剂挥发完全，所得膜材用大量纯水清洗，再在40-70度纯水中超声1-4小时去除残留溶剂，40-70度烘干，所得即为纳米银-聚氨酯抗菌材料膜材。

其中，所述的银盐为硝酸银，所述的有机溶剂为四氢呋喃或N-N二甲基甲酰胺，所述的还原剂为柠檬酸钠或硼氢化钠。

本发明所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料可以液态和固态两种方式保存：液态-可储存于密封玻璃瓶中，使用时有机溶剂快速挥发成形。固态-可通过造粒或者浇铸成膜保存，使用时可以通过加热或再次溶解成液态，再次塑形。

有益效果：本发明的优点在于：

1.采用银盐在聚氨酯有机溶剂中原位还原纳米银，此方法制得的材料不会出现纳米银的团聚，可以得到更好的分散性。同时纳米银表面裸露，可以有效释放银离子抗菌。

2.材料的表面和内部均有有效抗菌成分纳米银。纳米银可以有效释放银离子，起到抗菌作用。

3.纳米银的比表面积大，可以更充分地释放银离子；聚氨酯材料基底中充分混合的纳米银颗粒，可实现长效稳定抗菌。

4.聚氨酯本身为一种生物相容性好，机械性能优越的医用高分子材料。纳米银的加入不影响聚氨酯材料的物理性质，且无毒安全，不会引起并发症。

5.这种新型的抗菌复合高分子材料制备方法简单，易于保存。

6.这种材料可方便快捷成膜塑性，可作为多种临床医疗器械的原材料。

7.这种新型的抗菌复合高分子材料可以成为各种材质(如金属、高分子等)医疗器械的复合抗菌涂层，使用方便快捷。

8.此制备方法简单易行，对设备要求不高，可实现工业化生产。

具体实施方式

本发明主要采用银盐在聚氨酯的有机溶剂中原位还原，可以得到高度均匀分散的纳米银颗粒。可按照如下步骤实施：

a.聚氨酯母粒的清洗：将聚氨酯母粒在乙醇溶液中浸泡，再进行双蒸水超声清洗、烘干待用，

b.室温下，把聚氨酯和有机溶剂按照质量体积比1∶20～1∶60溶解完全，

c.对上述溶液按照银盐和聚氨酯质量比1∶500～1∶2000加入银盐，高速搅拌30～60分钟至溶解完全，

d.按照还原剂与银盐质量比为1∶5～1∶10，迅速加入还原剂，高速搅拌1-2小时直至反应完全，

e.去除杂质，所得溶液经过过夜沉淀，获得液态纳米银-聚氨酯抗菌材料，装瓶密封或浇铸成膜保存。

液态纳米银-聚氨酯抗菌材料可浇铸成膜保存，采用洁净基底浇铸成膜，室温下待溶剂挥发完全，所得膜材用大量纯水清洗，再在40-70度纯水中超声1-4小时去除残留溶剂，40-70度烘干，所得即为纳米银-聚氨酯抗菌材料膜材。

上述步骤中的银盐为硝酸银。有机溶剂为四氢呋喃或N-N二甲基甲酰胺。还原剂为柠檬酸钠或硼氢化钠。成膜基底为玻璃或金属或二氧化硅。

所得复合纳米银-聚氨酯抗菌材料其中粒径为10-500nm的纳米银颗粒已经均匀分散在其中。通过各种成膜塑性过程，可以形成各种形状的抗菌医疗器械，如薄膜或者导管等等，也可以作为复合抗菌涂层应用。

更改制备条件中的银盐、聚氨酯和还原剂的量，可实现纳米银的浓度和大小控制。例如，相同银盐、还原剂条件下，聚氨酯减少，纳米银颗粒粒径增大。

1.液体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备实例1

低纳米银含量复合材料配方组成

聚氨酯                      200g

硝酸银                      0.005g

硼氢化钠                    0.001g

四氢呋喃                    10000ml

低纳米银含量液体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法：

200g聚氨酯母粒在乙醇溶液中浸泡3小时，再进行双蒸水超声清洗30分钟。60度烘干待用。室温下，把聚氨酯溶解在9900ml四氢呋喃中，待其溶解完全。加入0.005g硝酸银，高速搅拌30分钟至溶解完全。迅速加入含有0.001g硼氢化钠的四氢呋喃溶液100ml，高速搅拌1小时直至反应完全。所得溶液经过过夜沉淀，去除杂质(杂质质量比＜0.001％)。获得液态材料，装瓶密封保存。

2.液体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备实例2

中度纳米银含量复合材料配方组成

聚氨酯                    200g

硝酸银                    0.02g

硼氢化钠                  0.004g

四氢呋喃                  10000ml

中度纳米银含量液体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法：

200g聚氨酯母粒在乙醇溶液中浸泡3小时，再进行双蒸水超声清洗30分钟。60度烘干待用。室温下，把聚氨酯溶解在9900ml四氢呋喃中，待其溶解完全。加入0.02g硝酸银，高速搅拌30分钟至溶解完全。迅速加入含有0.004g硼氢化钠的四氢呋喃溶液100ml，高速搅拌1小时直至反应完全。所得溶液经过过夜沉淀，去除杂质(杂质质量比＜0.001％)。获得液态材料，装瓶密封保存。

3.液体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备实例3

高纳米银含量复合材料配方组成

聚氨酯                        400g

硝酸银                        0.08g

硼氢化钠                      0.02g

四氢呋喃                      10000ml

高纳米银含量液体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法：

400g聚氨酯母粒在乙醇溶液中浸泡3小时，再进行双蒸水超声清洗30分钟。60度烘干待用。室温下，把聚氨酯溶解在9900ml四氢呋喃中，待其溶解完全。加入0.08g硝酸银，高速搅拌60分钟至溶解完全。迅速加入含有0.02g硼氢化钠的四氢呋喃溶液100ml，高速搅拌2小时直至反应完全。所得溶液经过过夜沉淀，去除杂质(杂质质量比＜0.001％)。获得液态材料，装瓶密封保存。

4.固体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备实例

把上述液体固体复合纳米银-聚氨酯抗菌材料在9cm直径的洁净的玻璃培养皿中浇铸成膜。室温下待溶剂挥发完全，所得膜材用大量纯水清洗，再在60度纯水中超声2小时去除残留溶剂，60度烘干。所得膜材可反复塑性也可再次溶解，性能不变。

Claims (8)

1.一种复合纳米银-聚氨酯抗菌材料，其特征为该材料为含有高度均匀分散纳米银的聚氨酯复合材料，在聚氨酯材料中，银颗粒的含量按重量比为0.01％～2.5％，纳米银表面裸露，直接和聚氨酯材料接触。

2.根据权利要求1所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料，其特征为聚氨酯材料为聚酯系聚氨酯，或聚醚系聚氨酯，或芳香族异氰酸酯系聚氨酯，或脂肪族异氰酸酯系聚氨酯。

3.根据权利要求1所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料，其特征为纳米银的粒径为10-500nm。

4.一种如权利要求1所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法，其特征在于其制备方法采用如下步骤：

a.聚氨酯材料母粒的清洗：将聚氨酯母粒在乙醇溶液中浸泡，再进行双蒸水超声清洗、烘干待用，

b.室温下，把聚氨酯和有机溶剂按照质量体积比1∶20～1∶60溶解完全，

c.对上述溶液按照银盐和聚氨酯质量比1∶500～1∶2000加入银盐，高速搅拌30～60分钟至溶解完全，

d.按照还原剂与银盐质量比为1∶5～1∶10，迅速加入还原剂，高速搅拌1-2小时直至反应完全，

e.去除杂质，所得溶液经过过夜沉淀，获得液态纳米银-聚氨酯抗菌材料，装瓶密封或浇铸成膜保存。

5.根据利要求4所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法，其特征在于液态纳米银-聚氨酯抗菌材料浇铸成膜的方法为：采用洁净基底浇铸成膜，室温下待溶剂挥发完全，所得膜材用大量纯水清洗，再在40-70度纯水中超声1-4小时去除残留溶剂，40-70度烘干，所得即为纳米银-聚氨酯抗菌材料膜材。

6.根据利要求4所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法，其特征在于所述的银盐为硝酸银。

7.根据利要求4所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为四氢呋喃或N-N二甲基甲酰胺。

8.根据利要求4所述的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料的制备方法，其特征在于所述的还原剂为柠檬酸钠或硼氢化钠。