CN102380130A

CN102380130A - 纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管及其制备方法

Info

Publication number: CN102380130A
Application number: CN201110214712XA
Authority: CN
Inventors: 祝方明; 丁侃贤; 陈翠; 欧阳习浩; 李志云; 杨立; 刘冉
Original assignee: ZHUHAI FUNIYA MEDICAL EQUIPMENT CO Ltd; National Sun Yat Sen University
Current assignee: ZHUHAI FUNIYA MEDICAL EQUIPMENT CO Ltd; Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明公开了一种纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管及其制备方法。该纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管是以聚氨酯中心静脉导管为基体，在其表面化学镀纳米银。制备方法是：将聚氨酯中心静脉导管浸泡在乙醇去离子水的混合溶剂中清洗，取出后干燥，干燥后的聚氨酯中心静脉导管浸泡在硝酸银溶液中，取出后紫外光辐照，之后用去离子水冲洗并浸泡，期间不断换水，最后干燥，即得到纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管。本发明的纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管具有较强的抗菌和抗感染性能，应用前景广泛。

Description

纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种表面化学镀纳米银的聚氨酯中心静脉导管及其制备方法。

背景技术

医用聚氨酯大多指具有嵌段聚氨酯（SPU）结构特征的非发泡弹性体。同其它介入导管材料（如PE、PVC、PTFE和硅橡胶）相比，它具有优良力学性能和血液相容性，是目前制作介入导管的理想材料。SPU由聚醚二醇形成的软段和二异氰酸酯与链增长剂低分子量二胺或二醇形成的硬段两部分构成。刚性硬段聚集的微区分散在柔性链段的连续相中而形成海岛结构。其硬段为疏水性且部分结晶，软段为亲水性且非晶。由于这两部分无相容性, 故形成所谓的微相分离结构，使它具有优于其他材料的生物相容性。如今，SPU已广泛用于制造各种介入导管。这在很大程度上就是因为上述提到的SPU独特的软段和硬段微相分离结构既提供了优良的血液相容性又提供了优良的综合机械性能，同时它还具有良好的生物稳定性及抗凝血性。1967年，Boretor和Pietrce等首次成功地将这类嵌段聚醚聚氨酯弹性体植入狗体内。此后，人们研究开发了大量的嵌段聚氨酯生物医用材料, 并形成了一系列具有实用价值的商品化聚氨酯生物医用材料。（罗兰，热固性树脂，2005, 5）而将具有抗菌性、亲水性和抗凝血性的物质或基团修饰在聚氨酯中心静脉导管表面，进行表面改性，可以进一步提高导管的润滑性、抗菌性和抗凝血性。

近年来，随着高分子科学，医学和生物学的迅速发展和相互渗透，使生物医用高分子成为具有广泛研究和应用前景的功能性材料。目前，生物医用高分子材料的研究和开发已成为推动现代医学进步和提高临床水平的重要领域。作为和人体血液环境相接触的血液相容性材料始终是研究的焦点，聚氨酯材料具有很好的耐磨性、弹性、生物相容性及抗凝血性，是被研究最广的抗凝血医用高分子材料之一。近三十年来, 人们对经典的聚氨酯弹性体嵌段聚氨酯进行了各种改良、修饰，并在此基础上发展，形成了接枝型聚氨酯、离子型聚氨酯和表面负载抗凝血活性物质的聚氨酯等各种类型的抗凝血聚氨酯材料。（计剑，功能高分子学报，1995,8（2））

然而，若要把医用聚氨酯材料应用在临床上，还必须对其表面进行抗菌、抗感染性改性。目前，抗感染修饰改性有四个经典的化学方法。其中，涂层涂敷、填充共混抗菌药物和杀菌药物简单易行，但是其抗菌时效短、耐洗涤性差的缺点限制了它的广泛应用；寻找参与高分子合成反应的抗菌原料或中间体进行聚氨酯表面改性，可达到抗菌作用长效稳定的效果，而可用于这种合成的配方较少，合成费用也比较高，实际应用在临床上的性价比也比较高；聚维酮碘和纳米银是在临床上应用广泛的两种广谱、高效杀菌剂，可以尝试在聚氨酯表面接枝上聚维酮碘，或者用纳米银修饰聚氨酯表面，实现材料的抗感染性能。接枝聚维酮碘改性的材料优点在于不但具有良好的抗菌性和抗感染能力，而且能改善材料的亲水性和润滑性，但是不排除对碘过敏的有机体产生不良反应的结果。

银的抗菌性能早在16 世纪就被广泛地应用于医药界，如用银片覆盖伤口预防溃烂，用银丝织成纱布包裹皮肤创伤，婴儿出生时滴上硝酸银溶液可防止黏膜感染。（袁鹏，化工矿物与加工，2002,31（10））20 世纪30 年代，抗生素的发现一度使人们忽视了对银抗菌性能的利用。然而，随着抗生素等化学药物的滥用，越来越多的微生物通过变异产生了耐药性，使得一些由耐药性细菌引起的疾病无法医治。同时也使具备高效、广谱及不易产生耐药性等优点的银系杀菌剂再次引起人们的重视。随着纳米技术的迅猛发展，将金属银加工成纳米银后，原子排列表现为介于固体和分子之间的“介态”，其比表面积极大，显示明显的表面效应、小尺寸效应和宏观隧道效应，这种活性极强的纳米银微粒具备超强的抗菌能力。（刘伟，食品研究与开发，2006,27（5））如纳米银抗菌的有效浓度在纳摩尔水平，低于银离子的微摩尔水平近1000 倍。（Dibrov P, Antimicrobial Agents and Chemotherapy,2002,46(8)）。

纳米材料是一种迅速发展的新型材料，涉及多种学科，其特有的性质，已引起材料工作者的极大关注。纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。众多科研工作者在此领域做了大量工作，研究制备了很多新颖的纳米金属材料。其中，纳米银是一个典型的代表。在纳米尺度范围内的粒子，亦即纳米粒子，将是尺寸量子化的。具有尺寸量子化的粒子将显示一些特殊的性质，如：量子效应、表面效应、小尺寸效应等。具有尺寸量子化的粒子既可以用物理方法制备，也可以通过化学方法合成。就传统的方法来讲，更普遍的是物理制备技术，如研磨，分子外延等，但化学合成法以其制作流程简单，成本低廉且合成的纳米粒子尺度和形状可通过表面活性剂和各种反应物的浓度来控制等种种优点，同样被人们广泛采用。近年来，由于表面拉曼散射研究的广泛开展，（司民真，光散射学报，2008.3）使得纳米银粒子的制备技术取得了相当大的发展。由于对纳米粒子尺度需求的多样化，人们更多的是采用化学方法制备纳米粒子。目前，制备纳米银粒子的常用方法是加热法和光化学法。（薛军，光子学报，2004,33（2））纳米银是一种新兴的功能材料，广泛应用于超导、化工、医学、光学、电子、电器等行业,具有广阔的应用前景。而其中与本实验相关的应用是在化纤中加入少量的纳米银，可以改变化纤品的某些性能，并赋予很强的杀菌能力。

将纳米银应用到聚氨酯材料中以增加其抗菌性能的技术已经有报道，如中国专利200910255640.6公开了一种抗菌性纳米银复合聚氨酯材料及制备方法。常温下，于不同浓度的聚氨酯原液中缓缓加入不同浓度的银盐溶液，搅拌0.5～1小时后，逐渐升温至预定温度，持续搅拌2～16小时直至反应完全，得到金黄色纳米银聚氨酯溶胶。将反应液冷却后静置，获得抗菌性纳米银复合聚氨酯材料，装瓶密封，可用于纺丝或制膜。

中国专利申请200810023957.2公开了一种复合纳米银-聚氨酯抗菌材料及其制备方法，该复合材料为聚氨酯基质中均匀混合纳米银颗粒，可作为多种临床医疗器械的原材料和复合抗菌涂层。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抗菌效果好，且制备方法简单的纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管。

本发明的另一目的是提供上述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管，是以聚氨酯中心静脉导管为基体，在表面光化学镀纳米银形成。

现有的复合纳米银-聚氨酯抗菌材料是将纳米银和聚氨酯基质均匀混合在一起，制得溶胶或经流延成膜制成抗菌材料，这种材料表面的纳米银颗粒比较有限，即银在抗菌方面的利用率低。而我们在聚氨酯材料表面镀上一层纳米银，大量的纳米银颗粒保证了材料更强的抗菌性能。本专利操作方法简单，参与反应的物质较少，原子利用率很高，所配制的溶液可重复利用多次，反应产生的废弃物较少，对环境的污染较少，体现了绿色化学的要求。

一种上述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，是将聚氨酯中心静脉导管浸泡在乙醇去离子水的混合溶剂中清洗，取出后干燥，干燥后的聚氨酯中心静脉导管浸润在硝酸银溶液中，取出后紫外光辐照，或者将干燥后的聚氨酯中心静脉导管浸泡在硝酸银溶液中经紫外光辐照，之后用去离子水冲洗并浸泡，期间不断换水，最后干燥，即得到纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管。（上述方案中，以先将干燥后的聚氨酯中心静脉导管浸润在硝酸银溶液中，再取出后进行紫外光辐照进行化学镀纳米银的方案为最优。）

所述乙醇去离子水的混合溶剂中乙醇与去离子水的体积比最佳为1:1。

所述清洗为超声清洗，清洗时间1h即可以达到清洁要求，清洗时间过长对洁净度不会有太大改善。

所述硝酸银溶液的溶剂为无水乙醇或水，或者乙醇和水的混合物，最佳为无水乙醇。

当硝酸银溶液的溶剂为水或乙醇水溶液时，硝酸银的浓度优选为0.1~1.0mol/L ，硝酸银在无水乙醇中的溶解度有限，浓度大于0.2mol/L的时候基本较难实现，因此当硝酸银溶液的溶剂为无水乙醇时，优选硝酸银浓度为0.1mol/L以上，小于0.2mol/L。最优方案为先用无水乙醇溶解硝酸银，余下不溶的部分加小量水（不超过溶液总体积的2%）来帮助溶解，再将两者混合均匀，使硝酸银最终浓度为0.2mol/L。

所述聚氨酯中心静脉导管浸泡在硝酸银溶液中的时间为2~35min，其中2min最优。

所述紫外光辐照的时间太短则达不到理想效果，太长则容易损坏管体，5~30min较为合适，优选方案为在距离导管10cm处，辐照20min。

所述去离子水冲洗并浸泡的时间为24h。

具体的制备方法优选如下：

1.聚氨酯中心静脉导管前处理

将适当长度的聚氨酯中心静脉导管浸泡于体积比为1∶1的乙醇与去离子水的混合溶剂中，在超声下清洗1h，除去管表面的污垢，取出用去离子水充分冲洗后，放入真空干燥箱干燥后称重。

2.聚氨酯中心静脉导管表面紫外光辐照化学镀纳米银

将表面清洗干净的聚氨酯中心静脉导管浸润于AgNO₃溶液中2min，取出后在距紫外灯10cm处紫外光辐照20min后，将导管取出，再用大量去离子水冲洗并在水中浸泡24h，并不断换水，最后真空干燥到恒重。

本发明中无水乙醇与乙醇通用，均为C₂H₅OH。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过将纳米银镀在聚氨酯中心静脉导管表面后，其抗菌能力大大提高，因为纳米银能够损伤细菌DNA，使细菌DNA不再随机分布在细胞的核区，而是在核区浓缩呈紧张状态，所以分子会失去复制的能力。同时纳米银能够通过去磷酸化一些细菌蛋白从而中断细胞信号传导。此外，它也能通过进入细菌并与菌体中酶蛋白的巯基结合，使一些含巯基基团的脱氢酶失去活性来达到抑制细菌生长的目的。所以表面经纳米银修饰的聚氨酯中心静脉导管具有很好的抗感染性。初步的抗菌实验也表明，目标导管具有较强的抗菌和抗感染性能。经过一个月后的抗菌实验观察，导管仍能保持良好的抗菌性能，即材料具有较长的抗菌有效期。本发明采用无水乙醇作硝酸银的溶剂，用光化学镀的方法将纳米银修饰在聚氨酯中心静脉导管表面，避开了以水为溶剂、用化学还原剂还原得到纳米银的传统方法步骤复杂的问题，同时也有效地保护了聚氨酯中心静脉导管管体。

附图说明

图1. 未经过改性的聚氨酯中心静脉导管样品扫描电镜图。

图2. 经过纳米银改性的聚氨酯中心静脉导管样品扫描电镜图。

图3. 图2经过放大后其中一个亮点的扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

将15cm长的聚氨酯中心静脉导管浸泡于体积比为1:1的乙醇与去离子水的混合溶剂中超声清洗1h，除去导管表面的污垢，取出导管，用去离子水充分冲洗后，放入真空干燥箱干燥后，进行称重。

将干燥的聚氨酯中心静脉导管浸泡在0.2mol/L AgNO₃水溶液中（AgNO₃直接溶解于水所得），并于距紫外灯10cm处辐照20min，最后将导管取出，再用大量去离子水冲洗并在水中浸泡24h，期间不断换水，真空干燥到恒重。

分别取长度为15、25、35、45mm的改性后的导管进行抗菌能力测试，得到的浊度分别为1.163、0.533、0.127、0.175；未改性的导管相同实验条件下按相同长度顺序的抗菌实验浊度为1.592、1.525、1.509、1.890。30天后相同实验条件下该改性导管的抗菌浊度按相同长度顺序排序分别为1.163、0.533、0.127、0.175；

实施例2

将15cm长的聚氨酯中心静脉导管浸泡于体积比为1:1的乙醇与去离子水的混合溶剂中超声清洗1h，除去导管表面的污垢，取出用去离子水充分冲洗后，放入真空干燥箱干燥后，进行称重。

将干燥的聚氨酯中心静脉导管浸泡在0.2mol/L AgNO₃乙醇溶液中（AgNO₃溶解于无水乙醇，余下不溶部分加入少于溶液总体积2%的水助溶，两者混合后所得），并于距紫外灯10cm处辐照20min，最后将导管取出，再用大量去离子水冲洗并在水中浸泡24h，不断换水，真空干燥到恒重。

分别取长度为15、25、35、45mm的改性后的导管进行抗菌能力测试，得到的浊度分别为0.157、0.144、0.126、0.133；未改性的导管相同实验条件下的抗菌实验浊度按相同长度顺序分别为为1.592、1.525、1.509、1.890；30天后相同条件下各改性导管的抗菌浊度按相同长度顺序排序分别为0.157、0.144、0.126、0.133。

实施例3

将干燥的聚氨酯中心静脉导管浸润在0.2mol/L AgNO₃水溶液（AgNO₃直接溶解于水所得）中2min后取出，再于距紫外灯10cm处辐照20min，最后将导管取出，再用大量去离子水冲洗并在水中浸泡24h，不断换水，真空干燥到恒重。

分别取长度为15、25、35、45mm的改性后的导管进行抗菌能力测试，得到浊度分别为1.515、0.730、0.908、0.338；未改性的导管相同实验条件下的抗菌实验浊度按同样长度顺序为1.592、1.525、1.509、1.890。

实施例4

将15cm长的聚氨酯中心静脉导管浸泡于体积比为1:1的乙醇与去离子水的混合溶剂中超声清洗1h，除去导管表面的污垢，取出用去离子水充分冲洗，放入真空干燥箱干燥后，进行称重。

将干燥的聚氨酯中心静脉导管浸润在0.2mol/L AgNO₃乙醇溶液（AgNO₃溶解于无水乙醇，余下不溶部分加入少于溶液总体积2%的水助溶，两者混合后所得）中2min后取出，再于距紫外灯10cm处辐照20min，最后将导管取出，再用大量去离子水冲洗并在水中浸泡24h，不断换水，真空干燥到恒重。所得产品扫描电镜图见图2和3。

分别取长度为15、25、35、45mm的改性后的导管进行抗菌能力测试，得到浊度分别为0.127、0.129、0.141、0.159；未改性的导管相同实验条件下的抗菌实验浊度按同样长度顺序为1.592、1.525、1.509、1.890；30天后相同条件下该导管的抗菌浊度按相同长度顺序排序分别为0.127、0.129、0.141、0.159。

表1不同条件下制备的表面改性聚氨酯中心静脉导管的抗菌性能力

由表1结果很容易判断出实施例2和4的表面改性聚氨酯中心静脉导管抗菌性明显较强。但4中的工业成本较低，即4组中AgNO₃乙醇溶液可以多次重复使用，故该方法具有很广的工业前景，最后制得的表面改性聚氨酯中心静脉导管的表面呈红棕色。

Claims

1.一种纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管，其特征在于以聚氨酯中心静脉导管为基体，在其表面化学镀纳米银。

2.权利要求1所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于步骤如下：将聚氨酯中心静脉导管浸泡在乙醇去离子水的混合溶剂中清洗，取出后干燥，干燥后的聚氨酯中心静脉导管浸润在硝酸银溶液中，取出后紫外光辐照，或者将干燥后的聚氨酯中心静脉导管浸泡在硝酸银溶液中经紫外光辐照，之后用去离子水冲洗并浸泡，期间不断换水，最后干燥，即得到纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管。

3.根据权利要求2所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述乙醇去离子水的混合溶剂中乙醇与去离子水的体积比为1:1；所述清洗为超声清洗，清洗时间为1h。

4.根据权利要求2所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述硝酸银溶液的溶剂为乙醇或水，或者乙醇和水的混合物。

5.根据权利要求4所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于当硝酸银溶液的溶剂为乙醇时，硝酸银浓度为0.1 mol/L以上，小于0.2 mol/L；当硝酸银溶液的溶剂为水或者水和乙醇的混合物时，硝酸银浓度为0.1~1.0mol/L。

6.根据权利要求2所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述硝酸银溶液是先将硝酸银用乙醇溶解，余下不能溶解的部分加水助溶，最后将两部分溶液混合均匀，使硝酸银的最终浓度为0.2mol/L；其中加水量不超过溶液总体积的2%。

7.根据权利要求2所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述聚氨酯中心静脉导管浸泡在硝酸银溶液中的时间为2~35min。

8.根据权利要求2所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述紫外光辐照的时间为5~30min。

9.根据权利要求8所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述紫外光辐照的时间为20min。

10.根据权利要求2所述纳米银表面改性聚氨酯中心静脉导管的制备方法，其特征在于所述去离子水冲洗并浸泡的时间为24h。