CN101460201A - 聚合物基质、其用途和制造该聚合物基质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物基质，该基质的特征在于其包含a)供电子成分和b)包含选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒。该聚合物基质可改进涂布有所述聚合物基质的基底的生物相容性和抗微生物性能。

Description

聚合物基质、其用途和制造该聚合物基质的方法
技术领域
本发明涉及包含供电子成分和金属颗粒的聚合物基质。这种基质显示出抗微生物性并且其是生物相容的。至少部分涂布有所述聚合物基质的基底具有这些特性。本发明还涉及制造所述聚合物基质的方法。本发明还涉及所述聚合物基质的用途。本发明还涉及包含所述聚合物基质的物品。
背景技术
一直希望改进某些物品的抗菌性和生物相容性。尤其是期望改进抗菌性并同时保持其它有用的性质(例如生物相容性)。在过去的35年中，聚合物基质(例如水凝胶)已经非常广泛地用于生物医学和制药应用中，这主要是由于它们的高水含量和类似天然组织的橡胶状性质，也是由于它们的生物相容性。而且，作为非水凝胶的聚合物基质也用于许多生物医学和制药应用中，并且期望提高那些聚合物基质的生物相容性和抗微生物性。已知的用于不同用途的抗微生物和生物相容性物体的实例概述如下。
AdTech Holdings Ltd.的US6224983、US5965204、US5747178、US5395651和US5320908公开了用于制备包含银层的制品的物品和方法，其中，所述银层通过暴露于一种或多种选自铂、钯、铑、铱、钌和锇的金属中一种或多种的盐而稳定。该基底的实例包括乳胶、聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、ABS聚合物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚酰亚胺或合成橡胶。上述文献还公开了涂布有水凝胶并在其上进一步涂布有银层的乳胶导管。
Qinetiq Nanomaterials Ltd.的WO 2005/073289公开了由包含金属纳米颗粒的聚合物复合材料制成的纤维。据称，许多金属具有抗微生物效果。提及了抗微生物纤维。一个实例是在抗微生物伤口敷料中使用的亲水纤维。具有抗微生物性质的纤维可包含Ag、Au、Pt、Pd、Ir、Sn、Cu、Sb、Bi或Zn、或它们的任意组合。
C.R.Bard，Inc.的US6716895公开了含有一种或多种微量作用金属的盐的胶体的聚合物组合物。微量作用金属的盐与其它盐反应以形成溶解度较低的作为细胶体沉淀出来的盐。金属的实例有银、铂、金、锌、铜、铈、镓、和锇。然后将待涂布的物品与该溶解度差的胶体的悬浮液接触。聚合物涂层中的胶体可包含微量作用金属的金属盐或金属氧化物、或其组合。
Saygun O、Agalar C、Aydinuraz K、Agalar F、Daphan C、Saygun M、Ceken S、Akkus A和Denkbas EB在J.Surg.Res.，2006年3月，131(1)：73-9中的“Gold and gold-palladium coated polypropylene grafts in a S.epidermidiswound infection model”公开了通过磁控溅射而涂布有金和钯-金的聚丙烯。
发明内容
现有技术中有关表面的问题是如何改进某些物体的生物相容性和抗菌性。
本发明人已经通过公开一种聚合物基质来提供上述问题的解决方案，该聚合物基质的特征在于其包含供电子成分和包含选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒。
而且，本发明人还提供了制造所附权利要求书中所述的聚合物基质的方法。
本发明的其它实施方式如所附从属权利要求中所定义，将其特别引入本文作为参考。
定义
在具体描述本发明之前，应理解本发明不限于本文公开的特定构造、工艺步骤和材料，因为这样的构造、工艺步骤和材料可稍有变化。还应理解，本文中所用的术语仅用于描述特定实施方式且不用于对本发明进行限制，因为本发明的范围仅由所附权利要求及其等价物所限制。
必须注意到，本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式“一个(a)”、“一个(an)”、和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另有清楚说明。
下列术语在整个说明书和权利要求书中使用。
本文所使用的“空气过滤器”是指从空气中除去污染物(通常是固体颗粒例如，但不限于，化学品、细菌、灰尘、霉菌和花粉)的装置。
本文所使用的“抗微生物”是防止、抑制或消除微生物生长的性质。
本文所使用的“抗凝血性”是物质抑制血凝固的能力。
本文所使用的“生物相容”是在特定的应用中材料进行适当的宿主反应的能力。在合适范围内的生物相容物体的性质的实例包括炎症反应、补体激活、凝血活性、蛋白质吸附、组织向内生长和再狭窄。
本文所使用的“能生物降解的聚合物”是指通过水解和/或生物系统降解的聚合物。
本文所使用的“导管”是指旨在嵌入体腔、输送管(duct)或脉管(vessel)中的管。经皮导管和透皮导管两者都包括在该定义中。
本文所使用的“层析凝胶”是指旨在用作层析法介质的聚合物基质。
本文所使用的“能降解的骨固定销”是指用于固定哺乳动物如人类的骨头的能降解的销。
本文所使用的“能降解的骨固定螺钉”是指用于固定哺乳动物如人类的骨头的能降解的螺钉。
本文所使用的“能降解的韧带”是指能降解的韧带植入体。
本文所使用的“能降解的聚合物”是指可化学降解的聚合物。
本文所使用的“牙科植入体”是指旨在牙科应用中使用的植入体。
本文所使用的“能食用的聚合物”是指可由人类消费并且无不良反应的聚合物。
本文所使用的“气管内导管”是指通常在麻醉、重病特别护理和急救医学中使用的用于风道管理和机械通风的管子。
本文所使用的“环境友好聚合物”是指对环境没有任何主要负面影响的聚合物。
本文所使用的“过滤器”是指设计用于阻挡某些物品或物质并同时允许其它物质通过的装置。
本文所使用的“移植物”是指旨在植入到哺乳动物如人类中的物体。
本文所使用的“水凝胶”是指交联的水溶性聚合物链的网络。
本文所使用的“医用装置”是指设计用于在医疗领域中使用的装置。
本文所使用的“医用级聚合物”是指在聚合物材料和杂质方面适合在医用装置中使用的聚合物。
本文所使用的“天然聚合物”是指自然界中可以找到的聚合物。自然界中所找到的聚合物可被人类所纯化并仍然称为天然聚合物。
本文所使用的“神经导管(nerve guide)”是指旨在促进神经生长或愈合的装置。
本文所使用的“聚合物基质”是指聚合物的基质。聚合物基质可以是交联或未交联的。
本文所使用的“支架(stent)”是指用于安置在物体(例如可膨胀丝网或中空多孔管)的空心结构内的可嵌入装置。
本文所使用的“支架移植物”是结合有待植入到哺乳动物如人类中的管的支架。
本文所使用的“基底”是指可具有本发明聚合物基质的基材或物体。
本文所使用的“腱植入体”是指旨在代替腱或支撑体或促进腱愈合的植入体。
本文所使用的“水过滤器”是指通过例如细密的物理屏障和/或化学工艺从水中除去杂质的装置。
本文所使用的“伤口敷料”是指施用到伤口的治疗或防护材料。
具体实施方式
本发明涉及三维聚合物基质。该聚合物基质可改进涂布有聚合物基质的基底的生物相容性和抗微生物性质。
一方面，本发明描述了一种聚合物基质，该聚合物基质的特征在于其包含供电子成分和包含选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒。在一个实施方式中，金属颗粒大致均匀地分布在水凝胶中。在另一实施方式中，金属颗粒非均匀地分布。由于平均粒径为约10～约10000
Figure A200780020857D0009180038QIETU
(例如约100～约600
Figure A200780020857D0009180038QIETU
)，本文的颗粒可认为是纳米颗粒。
该聚合物基质包含供电子成分。在一个实施方式中，该供电子成分是所述聚合物基质中的多个化学基团。在一个实施方式中中，供电子化学基团共价地结合到该聚合物基质上。在另一实施方式中，该供电子化学基团作为其它物质加入到该聚合物基质中。因此，在一个实施方式中，供电子基团非共价地结合到该聚合物基质上。在另一实施方式中，该供电子基团存在于聚合物基质中的溶剂中而不结合到该聚合物基质上。
供电子基团的实例包括络合结合的金属，所述金属例如，但不限于，Ag、Al、Zn、Cu、和Fe。聚合物基质中的供电子基团的其它非限制性实例是伯胺、仲胺和叔胺、含氧基团和含氯基团。供电子成分的其它实例是路易斯碱。
在一个实施方式中，该供电子成分是共轭π轨道的体系。共轭体系的一个实例是与有机化合物的分子中交替地以单键和多键(例如双键)(如C＝C-C＝C-C)共价结合的原子的体系。
在另一实施方式中，该供电子成分是聚噻吩。聚噻吩适合用于本发明中。
在另一实施方式中，该供电子成分是电连接到供电子功能体(function)上的导电材料。例如连接到电源上的金属。
在可选实施方式中，该供电子成分是包含比聚合物基质中金属颗粒的至少一种金属便宜的金属的颗粒。即，供电子成分中的金属应该比聚合物基质中的其它金属颗粒便宜。
在一个实施方式中，该供电子成分是包含选自银、铜、和锌中至少一种金属的颗粒。在一个特定实施方式中使用包含银的颗粒。
作为供电子成分，还包括供电子化学基团和金属颗粒的组合。
聚合物基质的材料是选自大基团或其组合的一种或多种材料。该聚合物基质由包括例如交联水凝胶、未交联的聚合物溶液或聚合物凝胶的聚合物组成。水凝胶是水溶胀网络或由亲水均聚物或共聚物构成的交联结构。它们由于化学交联(即共价或离子交联)或物理交联的存在而获得不溶性。物理交联的非限制性实例是缠结、结晶、和氢键合的结构。交联提供网络结构和物理完整性。基于它们的悬垂基团电荷类型，它们可以是中性或离子水凝胶。它们还可以分为无定形、半结晶、氢键合的结构、超分子结构、或水胶状聚集体(hydro colloidal aggregate)。
在一个实施方式中，根据本发明的聚合物基质是能降解的。在可选实施方式中，该聚合物基质是不能降解的。在一个实施方式中，根据本发明的聚合物基质由合成材料制成。在一个实施方式中，根据本发明的聚合物基质是可水解降解或可水解生物降解的。在一个实施方式中，根据本发明的聚合物基质包含交联的亲水聚合物。
可用作根据本发明的聚合物基质的聚合物的类型的实例包括亲水丙烯酸类、肽、树枝状高分子、星状聚合物、脂族聚合物、天然聚合物、合成聚合物、阴离子聚合物、阳离子聚合物、中性聚合物、和合成聚合物。
适合用于制造根据本发明的聚合物基质的聚合物的实例包括聚阴离子多糖、羧甲基纤维素、羧甲基直链淀粉、软骨素-6-硫酸盐、硫酸皮肤素、肝素、硫酸肝素、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、胶原、纤维蛋白原、白蛋白、纤维蛋白、丙烯酰胺、基于羟丙基甲基丙烯酰胺的共聚物、聚丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚(乙烯醇)(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(甲基丙烯酸-接枝-乙二醇)、聚(N-2-羟丙基甲基丙烯酰胺)、聚(乙醇酸)、聚(乙醇酸)(PGA)、聚乳酸(PLA)、壳聚糖、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)(HEMA)、聚腈(polyphazene)、磷酸胆碱、透明质酸(HA)、HEMA、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、亚甲基-二-丙烯酰胺(MBAAm)、聚(丙烯酸)(PAAc)、聚丙烯酰胺(PAAm)、聚丙烯腈(PAN)、聚(氧化丁烯)(PBO)、聚己内酯(PCL)、聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚(氧化乙烯)(PEO)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)、富马酸亚丙酯(PF)、聚(甲基丙烯酸葡糖乙酯)(PGEMA)、聚(羟基丁酸酯)(PHB)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)、聚(羟丙基甲基丙烯酰胺)(PHPMA)、聚乳酸(PLA)、聚(乳酸-共聚-乙醇酸)(PLGA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PNVP)、聚(氧化丙烯)(PPO)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(乙酸乙烯酯)(PVAc)、聚(乙烯胺)、果胶、角叉菜胶、硫酸软骨素、硫酸葡聚糖、壳聚糖、聚赖氨酸、胶原、明胶、羧甲基壳多糖、纤维蛋白、葡聚糖、琼脂糖、支链淀粉、聚酯、PEG-PLA-PEG、PEG-PLGA-PEG、PEG-PCL-PEG、PLA-PEG-PLA、聚(PF-共聚-EG)、聚(PEG/PBO-对苯二甲酸酯)、PEG-二-(PLA-丙烯酸酯)、PEG6CDs、PEG-接枝-聚(AAm-共聚-乙烯基胺)、聚(NIPAAm-共聚-AAc)、聚(NIPAAm-共聚-EMA)、PVAc/PVA、PNVP、聚(MMA-共聚-HEMA)、聚(AN-共聚-烯丙基磺酸酯)、聚(二羧基-苯氧基-磷腈)、聚(GEMA-硫酸酯)、聚(PEG-共聚-肽)、藻酸盐-接枝-(PEO-PPO-PEO)、聚(PLGA-共聚-丝氨酸)、胶原-丙烯酸酯、藻酸盐-丙烯酸酯、聚(HPMA-接枝-肽)、HA-接枝-NIPAAm、聚(乙烯基甲基醚)(PVME)、和聚乙烯亚胺、或它们的任意组合、或它们的任意共聚物。
适合用于本发明中的能降解的聚合物的实例包括：聚(氨基酸)、聚(酸酐)、聚(己内酯)、聚(乳酸)、聚(乳酸-乙醇酸)、聚(羟基丁酸酯)、聚(原酸酯)、和聚(碳酸三亚甲基酯)。
在一个实施方式中，本发明的聚合物基质的制造中使用的聚合物包括PEG(聚乙二醇)、PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)、PAA(聚丙烯酸)、聚氨酯、硫酸葡聚糖、肝素、胶原、聚(乙烯基甲基醚)、和聚(甲基丙烯酸羟乙酯)。
任选地，聚合物基质中存在其它非金属颗粒。任选地，聚合物基质包含添加剂，所述添加剂例如聚合物基质和水凝胶领域的技术人员所熟知的那些。
根据本发明的聚合物基质可施用到基底上。该基底部分或全部地涂布有聚合物基质。在一个实施方式中的基底涂布有几种不同类型的聚合物基质。
聚合物基质并且特别是水凝胶可根据公知的方法涂布在基底上。对于聚合物基质和水凝胶的综述，例如参见R.Langer等人，AIChE Journal，第49卷(2003)，第2990-3006页。
根据本发明的聚合物基质可涂布在许多基底上。基底的实例包括乳胶、乙烯基树脂、包含乙烯基的聚合物、聚氨酯脲、硅树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、苯乙烯、聚氨酯、聚酯、乙烯/乙酸乙烯酯的共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺、天然聚合物、能降解的聚合物、能食用的聚合物、能生物降解的聚合物、环境友好聚合物、医用级聚合物、或它们的组合。
当该基底为聚合物时，其可起到根据本发明的聚合物基质的作用。因此，所有上述的用于基底的聚合物材料也可为根据本发明的聚合物基质。
基底包括不锈钢、医用级钢、钛、医用级钛、钴、铬和铝、或它们的混合物。
可选地，基底包括玻璃、矿物、沸石、石材和陶瓷、或它们的组合。
根据本发明的其它基底选自纸张、木材、纺织纤维、纤维、纤维素纤维、皮革、碳、碳纤维、石墨、或它们的组合。
本领域技术人员可按照本说明书将水凝胶施用到上述基底上。
制造根据本发明的聚合物基质的方法包括使聚合物基质暴露于期望颗粒的至少一种分散体。该聚合物基质是可商购的或根据已知方法制造的。本领域技术人员了解如何制备可用于本发明的聚合物基质(如水凝胶)。基于PEG、基于PAA和基于PVP的水凝胶是可用于本发明中的商购水凝胶的实例。
金属颗粒的悬浮液可以几种方法制造。在一个实施方式中，金属颗粒的悬浮液使用金属盐的水溶液制造，该金属盐在形成期望尺寸的金属颗粒的条件下还原。其通过将合适量的金属盐、还原剂和稳定剂混合而实现。这种悬浮液包含金属盐、和将含金属的盐还原到元素金属的还原剂。该还原剂必须以足以完成化学还原的量存在。可接受的还原剂包括甲醛、硫酸肼、氢氧化肼、和连二磷酸。在本发明的一个实施方式中，还原剂以约0.001毫升/升溶液的量存在。太高的还原剂浓度导致金属在整个溶液和容器壁上的沉积，而太低的浓度可导致在基底上形成不足量的金属。本领域技术人员可确定还原剂的期望量。该实施方式的分散体的另一组分是控制剂，所述控制剂以这样的量存在，该量足以减缓沉积反应以防止还原的金属从溶液中以细金属粉末直接沉淀出来，或者沉淀到容器的壁上。可行的控制剂包括转化糖(也称作转化糖浆)、丁二酸、柠檬酸钠、醋酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、酒石酸钠、酒石酸钾和氨。在一个实施方式中，该沉积控制剂以约0.05克/升溶液的量存在。
根据基底材料(如果存在的话)、期望的聚合物基质的厚度、和金属在溶液中的浓度，按照需要来调节还原剂和控制剂的浓度以实现期望的结果。
在可选实施方式中，使用金属颗粒的商购胶体悬浮液。使用期望组成的金属颗粒以制备悬浮液。例如在本发明中可使用来自Johnson Matthey公司的金和钯颗粒的商购悬浮液。
在一个实施方式中，金属颗粒的悬浮液通过用软化水对包含期望金属的金属颗粒的商购浓缩胶体悬浮液进行稀释而制备。该聚合物基质用悬浮液处理一段时间，所述时间为约几秒到约几分钟或者更长。
在一个实施方式中，该聚合物基质暴露于包含含银金属颗粒的第一悬浮液并随后暴露于包含含有选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒的第二悬浮液。
在可选实施方式中，该聚合物基质暴露于包含含银金属颗粒和含有选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒的一种悬浮液。
在一个实施方式中，含有选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒在聚合物基质中的量为约0.1μg～约100000μg金属/1g聚合物基质。在另一实施方式中，金属颗粒的量为约1μg～约10000μg金属/1g聚合物基质。在又一实施方式中，金属颗粒的量为约1μg～约800μg金属/1g聚合物基质。聚合物基质的重量包括聚合物基质中的溶剂和基质的聚合物以及聚合物基质中任选的添加剂。在一个实施方式中，起到供电子成分作用的任选金属颗粒的量为约0.1μg～约100000μg金属/1g聚合物基质。在另一实施方式中，起到供电子成分作用的任选金属颗粒的量为约1μg～约10000μg金属/1g聚合物基质。在又一实施方式中，起到供电子成分作用的任选金属颗粒的量为约1μg～约800μg金属/1g聚合物基质。
在一个实施方式中，聚合物基质在暴露于所述至少一种包含金属颗粒的悬浮液之前暴露于底胶。底胶的一个实例是在pH1～4下包含Sn2+离子的溶液，聚合物基质通过该溶液处理2～60分钟。
在一个实施方式中，在底胶之前进行预处理。预处理的实例包括等离子体处理、电子辐射处理、和γ辐射的辐射处理。该预处理可任选地包括加入共价或非共价结合的功能性化学基团。
该聚合物基质在许多领域的多种应用中使用。其实例包括用于下列物品的制造：医用装置、导管、气管内导管、支架、移植物、支架移植物、层析凝胶、过滤器、空气过滤器、水过滤器、伤口敷料、筛、能降解的骨固定销或螺钉、能降解的韧带植入体、腱植入体、牙科植入体和神经导管。可使用本发明聚合物基质的物品的实例还包括医用器械、一次性物品、医用一次性物品、隐形眼镜、起搏器、起搏器电极、支架、牙科植入体、破裂网(rupturenet)、破裂筛(rupture mesh)、血液离心设备、外科器械、手套、血袋、人工心瓣膜、中心静脉导管、外周静脉导管、血管口(vascular port)、血液透析设备、腹膜透析设备、血浆除去装置、吸入药物输送装置、血管移植物、动脉移植物、心脏辅助装置、伤口敷料、间歇导管(intermittent catheter)、ECG电极、外周支架、骨替换植入物、整形外科植入物、整形外科装置、组织替换植入物、人工晶状体、缝合线、针、药物输送装置、气管内导管、分流器(shunt)、排放口(drain)、抽吸装置、和助听装置。根据本发明的聚合物基质可以用作上述物体中的组分并可以在上述物体的制造期间使用。
在医用装置中，当需要聚合物基质以实现某些目的(例如增加生物相容性、减少炎症反应、减少补体激活、减少凝血活性、减少蛋白质吸附、增强组织向内生长)时，可以使用根据本发明的聚合物基质，并且其中医用装置同时显示出抗微生物性质。其它实例为在容纳可释放到周围的药物的医用装置中的聚合物基质或与生物系统相互作用的聚合物基质。
根据本发明的聚合物基质如水凝胶或非水凝胶可施用到导管的表面上以提高生物相容性和/或提高润滑性或调节其它与导管相关的性质并同时实现抗微生物性质。另一方法是将金属颗粒直接沉积到导管材料的聚合物基质中以获得抗微生物性质。在后一种情况中，该导管自身是根据本发明的聚合物基质。
根据本发明的聚合物基质可施用到气管内导管的表面上以提高生物相容性和/或提高润滑性或调节其它与气管套管相关的性质并使气管内导管同时表现出抗微生物性质。另一方法是将金属颗粒直接沉积到气管内导管材料的聚合物基质中以获得抗微生物性质和其它期望的性质。因此该气管内导管自身可以是根据本发明的聚合物基质。
聚合物基质可施用到支架的表面上以提高生物相容性和/或降低再狭窄或调节其它对于支架来说重要的性质，其中该支架同时具有抗微生物性质。如果该支架由聚合物制成或通过聚合物涂布，则可选的方法是将金属颗粒沉积到支架材料的聚合物基质中或涂布有聚合物的支架中以获得抗微生物性质。在后一种情况中，根据本发明的聚合物基质是支架材料和/或支架的涂层。
根据本发明的聚合物基质可施用到移植物的表面上以提高生物相容性和/或降低再狭窄或调节其它与移植物相关的性质，同时该移植物具有抗微生物性质。如果该移植物由聚合物制成或通过聚合物涂布，则其它方法是将金属颗粒直接加入到移植物材料的聚合物基质中或涂布有聚合物的移植物中以获得抗微生物性质。因此，在一个实施方式中，移植物的材料是本发明的聚合物基质。所述移植物还包括其中仅外层具有根据本发明的供电子成分和金属颗粒的移植物。
可将金属颗粒沉积在层析凝胶材料中，以过滤或分离并分析对沉积的金属颗粒敏感的物质。实例包括通过使微生物通过凝胶而研究抗微生物性质且另一实例包括使用沉积的金属颗粒用于催化目的。
根据本发明的聚合物基质可在过滤器如空气过滤器和水过滤器中使用。作为实例可将聚合物基质施用到过滤器材料的表面上并且将金属颗粒沉积在聚合物基质中。如果该过滤器由聚合物制成或通过聚合物涂布，其它方法是将金属颗粒直接沉积到过滤器材料的聚合物基质中或过滤器涂层中的聚合物中以实现期望的性质。
根据本发明的聚合物基质可用于伤口敷料。用金属颗粒以使得该金属颗粒可扩散到聚合物基质中这样的方式处理基于硅树脂的聚合物基质。其它方式是用金属颗粒处理硅树脂预交联的聚合物，随后进行交联。引入的金属颗粒可通过缓慢释放起到抗微生物剂的作用。
根据本发明的聚合物基质可用于导管。实例包括Foley乳胶导管，其中为了润滑目的将基于PEG的聚合物基质施用到导管的表面上。金属颗粒沉积在润滑涂层中。这种导管显示出抗微生物性质和优异的生物相容性。另一实例是Foley硅树脂导管，其中为了润滑目的将基于聚丙烯酸类的聚合物基质施用到导管的表面上。金属颗粒沉积在润滑涂层中且该导管显示出抗微生物和生物相容性质。
导管的其它实例包括CVC、IV-导管、和外围导管。可将含有肝素的聚合物基质施用到导管表面上。金属颗粒可沉积在提供生物相容性和抗微生物性质的聚合物基质中。
旨在嵌入哺乳动物如人类中的筛可涂布有根据本发明的聚合物基质，或者如果该筛由聚合物材料制成，在一个实施方式中该聚合物材料是根据本发明的聚合物基质。这种筛得益于增强的生物相容性和抗微生物性质。
能降解的骨固定销或螺钉和能降解的韧带植入体可涂布有根据本发明的聚合物基质。如果这样的装置由聚合物材料制成，该聚合物材料自身可以是根据本发明的聚合物基质。
根据本发明的聚合物基质可在韧带植入体的制造中使用。该韧带植入体可涂布有根据本发明的聚合物基质，或者如果该韧带植入体由聚合物材料制成，该聚合物材料可以是根据本发明的聚合物基质。
根据本发明的聚合物基质可在牙科植入体的制造中使用。该牙科植入体可部分或全部地涂布有根据本发明的聚合物基质，或者如果该牙科植入体由聚合物材料制成，该聚合物材料可以是根据本发明的聚合物基质。
根据本发明的聚合物基质可用于旨在植入到哺乳动物或人类中以促进神经沿其生长的神经导管的制造中。该韧带植入体可涂布有根据本发明的聚合物基质，或者如果该韧带植入体由聚合物材料制成，该聚合物材料可以是根据本发明的聚合物基质。
在一个实施方式中，一种或几种不同材料的至少一层施用到根据本发明的基质上。所有合适的表面处理可用于处理根据本发明涂布的物品。许多不同的材料可施用到根据本发明涂布的物品。所述材料的实例包括肝素。
本发明的聚合物基质是生物相容的并显示出抗菌性，这意味着其可在需要与哺乳动物组织接触的应用中使用而没有中毒后果。进一步的优点是该颗粒可结合到聚合物基质中并且不快速溶解。本发明因此可制造具有缓慢释放性质的涂层。
本发明的各实施方式结合了聚合物基质如水凝胶的优异生物相容性和期望的抗微生物性质。
在阅读本说明书和实施例之后，本发明的其它特性和它们相关的优点对本领域技术人员来说是明晰的。
应该理解，本发明不限于这里显示的特定实施方式。提供下列实施例用于说明目的且不意图限制本发明的范围，因为本发明的范围仅由所附权利要求及其等价物所限制。
实施例
实施例1
用根据本发明的水凝胶涂布乳胶
使用涂布有基于PEG(基于聚乙二醇)的聚合物基质的乳胶。该基于PEG的聚合物基质是水凝胶。该基于PEG的水凝胶通过下列步骤制造：使聚合物基底在溶剂中溶胀并随后加入异氰酸酯、聚氨酯多元醇、PEG、和引发剂，其后使混合物反应从而形成互穿聚合物网络(IPN)。乳胶基底上的聚合物基质的平均厚度为约50～200μm。将该经涂布的基底在软化水中清洗，随后将其浸入到pH2.5的含有0.01g/l亚锡离子(Sn2+)的溶液中。漂洗之后将该基底在室温下浸在两种包含0.005g/l银离子、0.02ml/l氨、0.05g/l氢氧化钾和0.05ml/l连二磷酸的沉积溶液中5分钟。这导致具有对应于2.86μg/cm2的银颗粒量的聚合物基质(由于水凝胶相当薄，因而，银颗粒和金属颗粒的量的单位为μg/cm2。该量当然可以重新计算为μg/cm3或等价物)。在漂洗之后将其浸在包含23％钯和77％金的颗粒的悬浮液中。该金属颗粒的悬浮液通过用还原剂分别还原金盐和钯盐并用稳定剂稳定该悬浮液而制造。该基底随后在软化水中漂洗并使其干燥。水凝胶中钯-金颗粒的量对应于0.62μg/cm2。
实施例2
用根据本发明的水凝胶涂布乳胶
如实施例1的涂布有基质的基底在浸入到pH2.5含有0.01g/l亚锡离子的溶液中之前，将其在软化水中清洗，然后在软化水中漂洗。漂洗之后将该基底在室温下浸在包含0.005g/l银离子、0.02ml/l氨、0.05g/l氢氧化钾和0.05ml/l连二磷酸的溶液中1分钟。这使得表面具有对应于1.74μg/cm2的银量。漂洗之后将该基底浸在包含0.005g/l钯和0.002g/l金颗粒的颗粒悬浮液中。钯和金颗粒的施用量对应于0.62μg/cm2。
实施例3
细菌在具有根据本发明的聚合物基质的基底上的生长
将聚合物基质按照实施例1中列出的方法涂布在具有6mm外径的乳胶管上。该颗粒包含95％钯和5％金。测试下列样品抑制细菌生长的能力：
1)(对比)未涂布的乳胶管，
2)(对比)没有水凝胶、具有沉积银层且银层上覆盖有包含钯和金的金属颗粒的乳胶管，
3)(根据本发明)涂布有包含对应于1.74μg/cm2银颗粒的水凝胶、和0.62μg/cm2的钯颗粒的乳胶管。
4)(根据本发明)和上述3)相同，但涂布有更多的金属银颗粒，即2.86μg/cm2的银颗粒和0.62μg/cm2的钯颗粒。
将样品置于通用器(universals)中。对于每个测试组，各个样品均一式三份地提供。将10ml含有接种(inoculated)E.coli(大约105CFU/ml)的培养基加入到各通用器中，且将这些样品在37℃温和摇动下水平培养4小时(第一测试组)或24小时(第二测试组)。
分别在4小时和24小时之后，将通用器从培养器中取出。取出样品并通过在无菌蒸馏水中进行10倍稀释且将100μl铺到营养琼脂平板的三分之一上，从各通用器进行CFU(菌落形成单位)计数。在37℃下对这些平板培养16～24小时并对菌落进行计数。计算相对于对照品的Log CFU/ml，且结果示于表1中。
表1
 
平均Log培养的CFU/ml
4小时培养：
1 7.8
2 3.2
3 0
4 0
24小时培养：
1 8.3
2 8.2
3 2.3
4 2.0
可以看到，与未涂布的乳胶管(1)和涂布有银、以及钯与金的颗粒的对比乳胶管(2)相比，根据本发明的涂层(3和4)在抑制细菌生长方面清楚地显示了改进的效果。
而且，计算不同样品的乳胶管的log CFU/cm。结果在表2中给出。
表2
 
平均Log CFU/cm
4小时培养：
1 5.6
2 4.0
3 0
4 2.5
24小时培养：
1 6.4
2 6.5
3 4.2
4 2.6
通过考察log CFU/cm可以看到，与未涂布的乳胶管(1)和具有银、以及钯与金的颗粒的对比乳胶管(2)相比，根据本发明的涂层(3和4)在抑制细菌生长方面显示出改进的效果。
实施例4
根据本发明的聚合物基质的抗微生物效果
使用医用级硅树脂管(Pt固化)作为用于涂层的基材。该硅树脂管涂布有聚电解质。首先将该硅树脂管浸在聚乙烯亚胺(Polymin)的溶液中，然后将其浸在硫酸葡聚糖的溶液中。这使得硅树脂管具有聚电解质的涂层。将该经涂布的硅树脂管在软化水中清洗，随后将其浸在pH2.5的含有0.01g/l亚锡离子(Sn2+)的溶液中。漂洗之后将该硅树脂管在室温下浸在两种包含0.005g/l银离子、0.02ml/l氨、0.05g/l氢氧化钾和0.05ml/l连二磷酸的沉积溶液中5分钟。这导致具有对应于2.86μg/cm2的银颗粒量的聚合物基质(由于聚合物涂层相当薄，因而，银颗粒和金属颗粒的量的单位为μg/cm2。该量当然可以重新计算为μg/cm3或等价物)。在漂洗之后将其浸在包含23％钯和77％金的颗粒的悬浮液中。该金属颗粒的悬浮液通过用还原剂分别还原金盐和钯盐并用稳定剂稳定该悬浮液而制造。该基底随后在软化水中漂洗并使其干燥。聚合物涂层中的钯-金颗粒的量对应于0.62μg/cm2。
此外，制造没有金属但在硅树脂管上具有聚合物涂层的对照样品。
在体外模型中测试样品的抗微生物效果。将样品置于通用器中。对于每个测试组，各个样品均一式三份地提供。将10ml含有接种E.coli的人工尿液加入到各通用器中，且将这些样品在37℃温和摇动下水平培养4小时(第一测试组)或24小时(第二测试组)。
分别在4小时和24小时之后，将通用器从培养器中取出。取出样品并通过在无菌蒸馏水中进行10倍稀释且将100μl铺到营养琼脂平板的三分之一上，从各通用器进行CFU(菌落形成单位)计数。在37℃下对这些平板培养16～24小时并对菌落进行计数。
各样品的抗微生物效果通过分析人工尿液溶液和样品表面而进行评价。对于各不同样品，分别计算相对于对照品的Log CFU/ml和硅树脂管的logCFU/cm。结果示于表3中。
表3
 
样品 平均Log CFU/mL4h 平均Log CFU/mL24h 平均Log CFU/cm4h 平均LogCFU/cm24h
硅树脂管+聚合物涂层(对比) 7.7 8.1 5.28 5.7
硅树脂管+包含金属颗粒的聚合物涂层(根据本发明) 0.0 3.4 0.4 2.4
可以得到结论，对于经涂布的物品表面和经涂布的物品的周围介质，根据本发明的涂层均具有抗微生物效果并抑制细菌生长。
实施例5
根据本发明的包含肝素的聚合物基质
使用医用级硅树脂管(Pt固化)作为基材。首先对硅树脂管进行等离子体处理。此后用肝素底胶层处理该硅树脂管。该实施例中的肝素处理根据Wirsén、Ohrlander和Albertsson在Biomaterials vol.17，No19，1881-1889(1996)中所述的方法进行。将该经涂布的硅树脂管在软化水中清洗，随后将其浸在含有0.01g/l亚锡离子(Sn2+)的溶液中。漂洗之后将该硅树脂管在室温下浸在两种包含0.005g/l银离子、0.02ml/l氨、0.05g/l氢氧化钾和0.05ml/l连二磷酸的沉积溶液中5分钟。这导致对应于2.86μg/cm2的银颗粒量(由于样品上的层相当薄，因而，银颗粒和金属颗粒的量的单位为μg/cm2。该量当然可以重新计算为μg/cm3或等价物)。在漂洗之后将其浸在包含23％钯和77％金的颗粒的悬浮液中。该金属颗粒的悬浮液通过用还原剂分别还原金盐和钯盐并用稳定剂稳定该悬浮液而制造。该基底随后在软化水中漂洗并使其干燥。聚合物涂层中的钯-金颗粒的量对应于0.62μg/cm2。
在用银、金和钯涂布后，样品分别经历3和4层的肝素化。该肝素化根据Wirsén、Ohrlander和Albertsson在Biomaterials vol.17，No19，1881-1889(1996)中所述的方法进行。
样品的抗菌性如实施例4中所述进行测量。该测试包括a)培菌液、b)对照样品、c)未涂布的硅树脂、d)肝素涂布的硅树脂(3层(根据本发明如上所述))、和e)肝素涂布的硅树脂(4层(根据本发明如上所述))。对于各不同样品，分别计算相对于对照品的Log CFU/ml和硅树脂管的log CFU/cm。
 
样品 平均Log CFU/mL4h 平均Log CFU/mL24h 平均Log CFU/cm4h 平均Log CFU/cm24h
培菌液 5.2 NA 5.2 NA
对照品 7.6 NA 8.0 NA
未涂布的硅树脂 7.2 4.1 7.9 6.0
肝素涂布的硅树脂(4层) 3.9 2.0 NM NM
肝素涂布的硅树脂(3层) 3.6 0.7 NM NM
NA——不可用
NM——未测得
可以得出结论，这些表面显示出E.coli的减少。这些表面既是抗微生物的也是生物相容的。

Claims (25)

1.一种聚合物基质，特征在于其包含：
a)供电子成分，和
b)包含选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的金属颗粒。
2.权利要求1的聚合物基质，其中所述供电子成分是所述聚合物基质中的多个化学基团。
3.权利要求1的聚合物基质，其中所述供电子成分是包含比所述金属颗粒中的至少一种金属便宜的金属的颗粒。
4.权利要求1的聚合物基质，其中所述供电子成分是包含选自银、铜和锌中至少一种金属的颗粒。
5.权利要求4的聚合物基质，其中所述供电子成分是包含银的颗粒。
6.权利要求1的聚合物基质，其中所述聚合物基质是水凝胶。
7.权利要求1的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含选自下列的至少一种组分：聚阴离子多糖、羧甲基纤维素、羧甲基直链淀粉、软骨素-6-硫酸盐、硫酸皮肤素、肝素、硫酸肝素、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、胶原、纤维蛋白原、白蛋白、纤维蛋白、丙烯酰胺、基于羟丙基甲基丙烯酰胺的共聚物、聚丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚(乙烯醇)(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(甲基丙烯酸-接枝-乙二醇)、聚(N-2-羟丙基甲基丙烯酰胺)、聚(乙醇酸)、聚(乙醇酸)(PGA)、聚乳酸(PLA)、壳聚糖、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)(HEMA)、聚腈、磷酸胆碱、透明质酸(HA)、HEMA、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、亚甲基-二-丙烯酰胺(MBAAm)、聚(丙烯酸)(PAAc)、聚丙烯酰胺(PAAm)、聚丙烯腈(PAN)、聚(氧化丁烯)(PBO)、聚己内酯(PCL)、聚(乙二醇)(PEG)、聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚(氧化乙烯)(PEO)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)、富马酸亚丙酯(PF)、聚(甲基丙烯酸葡糖乙酯)(PGEMA)、聚(羟基丁酸酯)(PHB)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)、聚(羟丙基甲基丙烯酰胺)(PHPMA)、聚乳酸(PLA)、聚(乳酸-共聚-乙醇酸)(PLGA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PNVP)、聚(氧化丙烯)(PPO)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(乙酸乙烯酯)(PVAc)、聚(乙烯胺)、果胶、角叉菜胶、硫酸软骨素、硫酸葡聚糖、壳聚糖、聚赖氨酸、胶原、明胶、羧甲基壳多糖、纤维蛋白、葡聚糖、琼脂糖、支链淀粉、聚酯、PEG-PLA-PEG、PEG-PLGA-PEG、PEG-PCL-PEG、PLA-PEG-PLA、聚(PF-共聚-EG)、聚(PEG/PBO-对苯二甲酸酯)、PEG-二-(PLA-丙烯酸酯)、PEG6CDs、PEG-接枝-聚(AAm-共聚-乙烯基胺)、聚(NIPAAm-共聚-AAc)、聚(NIPAAm-共聚-EMA)、PVAc/PVA、PNVP、聚(MMA-共聚-HEMA)、聚(AN-共聚-烯丙基磺酸酯)、聚(二羧基-苯氧基-磷腈)、聚(GEMA-硫酸酯)、聚(PEG-共聚-肽)、藻酸盐-接枝-(PEO-PPO-PEO)、聚(PLGA-共聚-丝氨酸)、胶原-丙烯酸酯、藻酸盐-丙烯酸酯、聚(HPMA-接枝-肽)、HA-接枝-NIPAAm、聚(乙烯基甲基醚)(PVME)、和聚乙烯亚胺、或它们的组合。
8.权利要求1的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含选自下列的至少一种组分：聚(氨基酸)、聚(酸酐)、聚(己内酯)、聚(乳酸)、聚(乳酸-乙醇酸)、聚(羟基丁酸酯)、聚(原酸酯)、和聚(碳酸三亚甲基酯)。
9.权利要求1的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含选自下列的至少一种组分：乳胶、乙烯基树脂、包含乙烯基的聚合物、聚氨酯脲、硅树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、苯乙烯、聚氨酯、聚酯、乙烯/乙酸乙烯酯的共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、和聚对苯二甲酰对苯二胺、或它们的任意组合。
10.权利要求1的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含选自下列的至少一种组分：PEG、PVP、聚(氨酯)、硫酸葡聚糖、肝素、胶原、聚(乙烯基甲基醚)、和聚(甲基丙烯酸羟乙酯)。
11.权利要求1的聚合物基质，其中所述金属颗粒具有约10～约10000的平均粒径。
12.权利要求11的聚合物基质，其中所述金属颗粒具有约100～约600的平均粒径。
13.一种至少部分涂布有权利要求1-12中任一项的聚合物基质的基底。
14.权利要求13的基底，其中所述基底包括选自下列的材料：乳胶、乙烯基树脂、包含乙烯基的聚合物、聚氨酯脲、硅树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、苯乙烯、聚氨酯、聚酯、乙烯/乙酸乙烯酯的共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、和聚对苯二甲酰对苯二胺、天然聚合物、能降解的聚合物、能食用的聚合物、能生物降解的聚合物、环境友好聚合物、医用级聚合物、或它们的组合。
15.权利要求13的基底，其中所述基底包括选自下列的材料：不锈钢、医用级钢、钛、医用级钛、钴、铬和铝、或它们的混合物。
16.权利要求13的基底，其中所述基底包括选自下列的材料：玻璃、矿物、沸石、石材和陶瓷、或它们的组合。
17.权利要求13的基底，其中所述基底包括选自下列的材料：纸张、木材、纺织纤维、纤维、纤维素纤维、皮革、碳、碳纤维、石墨、或它们的组合。
18.一种制造权利要求1-12中任一项的聚合物基质的方法，包括将所述聚合物基质暴露于至少一种包含金属颗粒的悬浮液。
19.权利要求18的方法，其中所述聚合物基质暴露于包含金属颗粒的第一悬浮液并随后暴露于包含金属颗粒的第二悬浮液，其中所述第一悬浮液的所述金属颗粒包含银，且所述第二悬浮液的所述金属颗粒包含选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属。
20.权利要求18的方法，其中所述聚合物基质暴露于包含含银颗粒和含有选自钯、金、钌、铑、锇、铱、和铂中至少一种金属的颗粒的一种悬浮液。
21.权利要求18的方法，其进一步包括在将所述聚合物基质暴露于所述至少一种包含金属颗粒的悬浮液之前，将所述聚合物基质暴露于底胶。
22.根据权利要求1-12中任一项的聚合物基质在制造物品中的用途，所述物品选自：医用装置、导管、气管内导管、支架、移植物、支架移植物、层析凝胶、过滤器、空气过滤器、水过滤器、伤口敷料、筛、能降解的骨固定销或螺钉、能降解的韧带植入体、腱植入体、牙科植入体、和神经导管。
23.根据权利要求1-12中任一项的聚合物基质在制造物品中的用途，所述物品选自：医用器械、一次性物品、医用一次性物品、隐形眼镜、起搏器、起搏器电极、支架、牙科植入体、破裂网、破裂筛、血液离心设备、外科器械、手套、血袋、人工心瓣膜、中心静脉导管、外周静脉导管、血管口、血液透析设备、腹膜透析设备、血浆除去装置、吸入药物输送装置、血管移植物、动脉移植物、心脏辅助装置、伤口敷料、间歇导管、ECG电极、外周支架、骨替换植入物、整形外科植入物、整形外科装置、组织替换植入物、人工晶状体、缝合线、针、药物输送装置、气管内导管、分流器、排放口、抽吸装置、和助听装置。
24.一种包含权利要求1-12中任一项的聚合物基质的物品。
25.权利要求24的物品，其中所述物品选自医用装置、导管、气管内导管、支架、移植物、支架移植物、层析凝胶、过滤器、空气过滤器、水过滤器、伤口敷料、筛、能降解的骨固定销或螺钉、能降解的韧带植入体、腱植入体、牙科植入体、神经导管、医用器械、一次性物品、医用一次性物品、隐形眼镜、起搏器、起搏器电极、支架、牙科植入体、破裂网、破裂筛、血液离心设备、外科器械、手套、血袋、人工心瓣膜、中心静脉导管、外周静脉导管、血管口、血液透析设备、腹膜透析设备、血浆除去装置、吸入药物输送装置、血管移植物、动脉移植物、心脏辅助装置、伤口敷料、间歇导管、ECG电极、外周支架、骨替换植入物、整形外科植入物、整形外科装置、组织替换植入物、人工晶状体、缝合线、针、药物输送装置、气管内导管、分流器、排放口、抽吸装置、和助听装置。
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