CN102921041A

CN102921041A - 一种制备抗菌医用高分子材料的方法

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Publication number: CN102921041A
Application number: CN2012104481069A
Authority: CN
Inventors: 郭睿劼; 沙晓娟; 侯文娟
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种制备抗菌医用高分子材料的方法，具体涉及一种采用紫外照射处理-自组装单层膜和化学镀相结合的技术制备抗菌医用高分子材料的方法，所要解决的技术问题是提供了一种操作简单，不影响材料物理、化学性质，得到的高分子材料表面结构稳定，具有长效、广谱抗菌性能的制备抗菌医用高分子材料的方法，所采用的技术方案为：用紫外线照射医用高分子材料表面，再采用化学镀的方法，在医用高分子材料表面形成与基体牢固结合并具有持久抗菌性能的抗菌图层，本发明主要用制备抗菌医用高分子材料。

Description

一种制备抗菌医用高分子材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备抗菌医用高分子材料的方法，具体涉及一种采用紫外照射处理-自组装单层膜和化学镀相结合的技术制备抗菌医用高分子材料的方法。

背景技术

随着医学的发展，医用高分子材料在医疗领域得到广泛的医用。医用高分子材料一般直接用于人体，按照其医用目的的不同，有的需要与人体皮肤接触、有的需要与体液接触、有的需要与血液接触、有的需要短期植入人体、有的甚至需要长期植入人体。因此这类材料除具有良好的加工性能和物理机械性能之外，还必须具有优良的生物相容性。但在使用过程中，材料表面易于发生微生物的定殖、繁衍，从而引发感染。据报道，在医院感染中，有45%是由于导管等植入体引起的。这种以生物医用材料为中心的感染不仅发生率高，而且治疗效果差，感染进程常常持续到生物材料取出为止(Saima Aslam, Effect of antibacterials on biofilms, American Journal of Infection Control, 2008, 36: 175e9-11)。在欧美等发达国家，由于大量采用中心静脉插管等医疗辅助器械，在取得了显著疗效的同时，也导致了器械相关性细菌感染病例的猛增，治疗时间延长，病人痛苦不堪，随之而来的还有昂贵的医疗费用。因此，医用材料的抗菌处理必不可少。

常用的抗菌处理手段为在材料表面涂覆抗菌剂，可在材料表面形成抗菌层，从而达到抗菌效果。但在体液的作用下，如果抗菌剂与材料的结合力较差，抗菌层容易脱落，导致抗菌效果难以持久。例如，专利含银聚氨酯脲溶液（US2009253826-A1；CN101555349-A）和专利沉积产物复合材料及其生产工艺（Deposition Products, Composite Materials and Processes for the Production Thereof, US2008233161-A1）采用浸涂的方法将抗菌剂涂覆在高分子材料表面，但大量抗菌剂的脱落进入体液导致抗菌的持久性变差。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供了一种操作简单，不影响材料物理、化学性质，得到的高分子材料表面结构稳定，具有长效、广谱抗菌性能的制备抗菌医用高分子材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种制备抗菌医用高分子材料的方法，用紫外线照射医用高分子材料表面，再采用化学镀的方法，在医用高分子材料表面形成与基体牢固结合并具有持久抗菌性能的抗菌图层。主要按照以下步骤进行：

a、将医用高分子材料浸在清洗溶剂中进行超声波清洗1～30min，以去除表面附着物；

b、将处理后医用高分子材料置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，得到表面含有活性基团的医用高分子材料；

c、然后将表面含有活性基团的医用高分子材料置于偶联剂中浸泡30～300min，得到样品；

d、最后用去离子水清洗样品表面，再用化学镀的方法，反应20～120min，将抗感染剂结合在已活化的医用高分子材料表面。

所述清洗溶剂分别为丙酮溶液、酸溶液、碱溶液及去离子水，并将所述医用高分子材料依次浸在丙酮溶液、酸溶液、碱溶液及去离子水中进行超声波清洗。

酸溶液的重量百分含量比为0.5%～10%，碱溶液的重量百分含量比为0.01%～10%。

所述医用高分子材料水平置于紫外箱中。

所述紫外箱中进行紫外处理的紫外线波长范围为180～330nm，紫外线照射能量为1～100J/cm²。

所述偶联剂的通式为：Y(CH₂)_nSiX₃，

其中n=0～3；X为可水解的基团，所述该可水解基团是氯基、甲氧基、甲氧基乙氧基、乙酰基；Y为有机官能团，所述该有机官能团是甲氧基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基等。

所述抗感染剂成分至少是含有Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺可溶盐的一种。

抗感染剂溶液的浓度维持在0.01mol/L～2.0mol/L。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明采用紫外照射-自组装单层膜与化学镀相结合的技术处理医用高分子材料，紫外照射的紫外光的波长为可调，有效地控制紫外光修饰医用高分子材料表面的化学结构，使其表面产生大量的活性基团，经改性后与抗菌剂牢固结合，从而达到长久的抗菌效果且生物相容性好。

2、本发明中的医用高分子材料经紫外照射-自组装单层膜技术处理之后，与抗菌剂结合力明显增强，可达到可用范围。

3、本发明处理之后得到的抗菌医用高分子材料表面结构稳定，不影响材料本身的物理、化学性质，具有长效、广谱的抗菌性能。

4、本发明操作简单，紫外照射的光源及设备成本低，易于连续化操作。

附图说明

图1是本发明紫外照射-自组装单层膜制备抗菌医用高分子材料的过程示意图。

图2 是本发明抗菌高分子材料表面SEM图。

图3 是本发明抗菌高分子材料表面EDS图。

图4是本发明3M胶法测试结合力示意图。

图5是本发明抑菌环试验图片。

具体实施方式

如图1至图5所示，图1是紫外照射-自组装单层膜制备抗菌医用高分子材料的过程示意图，图2是经紫外照射-自组装单层膜和化学镀相结合的方法制备的抗菌硅胶表面扫描电镜（SEM）图及能量色散X射线谱(EDS)图(图3)。从SEM图中可以看出，经过紫外照射-表面改性处理之后，硅胶表面的抗菌涂层均匀无裂纹，颗粒排列紧密、大小一致； EDS结果显示涂层表面银峰较高，证实所得涂层为银镀层。采用超声波测试法、胶带法（图4）及弯曲试验法测试表面结合力，根据ASTM(American Standard Test Method) D3359和ASTM B571标准，可知经过处理之后的硅胶与抗菌剂间有很强的结合力。图5是经紫外照射-自组装单层膜处理之后所制备的抗菌硅胶的抗菌性测试结果，所用菌种是大肠杆菌，所用方法是抑菌环实验法。从图中可以看出，抗菌硅胶具有较强的抗菌性，产生的抑菌环均大于等于9mm。结果表明经过紫外照射-自组装单层膜处理之后的抗菌硅胶在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：用紫外线照射医用高分子材料表面，再采用化学镀的方法，在医用高分子材料表面形成与基体牢固结合并具有持久抗菌性能的抗菌图层。主要按照以下步骤进行：

a、将硅胶薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗30分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为0.01%，酸溶液的重量百分含量比为0.5%；

b、将处理后的硅胶薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为180nm，照射能量为1J/cm²；

c、然后将经紫外处理的硅胶薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中30分钟，得到硅胶薄片样品；

d、最后用去离子水清洗硅胶薄片样品表面，再用含有Ag⁺离子且浓度为2 mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应20分钟，使硅胶薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

经测试，紫外照射-自组装单层膜技术处理之后的抗菌硅胶在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能，经抑菌环试验后，其抑菌环的大小大于等于11mm。

实施例2

a、将硅胶薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗27分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为0.05%，酸溶液的重量百分含量比为1%；

b、将处理后的硅胶薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为200nm，照射能量为5J/cm²；

c、然后将经紫外处理的硅胶薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中42分钟，得到硅胶薄片样品；

d、最后用去离子水清洗硅胶薄片样品表面，再用含有Ag⁺离子且浓度为0.5 mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应50分钟，使硅胶薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

实施例3

a、将硅胶薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗23分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为0.1%，酸溶液的重量百分含量比为1.5%；

b、将处理后的硅胶薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为220nm，照射能量为10J/cm²；

c、然后将经紫外处理的硅胶薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中54分钟，得到硅胶薄片样品；

d、最后用去离子水清洗硅胶薄片样品表面，再用含有Ag⁺离子且浓度为0.01mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应120分钟，使硅胶薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

实施例4

a、将PET材料薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗20分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为0.5%，酸溶液的重量百分含量比为2%；

b、将处理后的PET材料薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为230nm，照射能量为20J/cm²；

c、然后将经紫外处理的PET材料薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中180分钟，得到PET材料薄片样品；

d、最后用去离子水清PET材料薄片样品表面，再用含有Cu⁺离子且浓度为1.9mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应40分钟，使硅胶薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

经测试，紫外照射-自组装单层膜技术处理之后的抗菌PET材料薄片在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能，经抑菌环试验后，其抑菌环的大小大于等于11mm。

实施例5

a、将PU材料薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗18分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为1.1%，酸溶液的重量百分含量比为2.5%；

b、将处理后的PU材料薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为240nm，照射能量为40J/cm²；

c、然后将经紫外处理的PU材料薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中78分钟，得到PU材料薄片样品；

d、最后用去离子水清洗PU材料薄片样品表面，再用含有Zn⁺离子且浓度为2mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应50分钟，使PU材料薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

经测试，紫外照射-自组装单层膜技术处理之后的抗菌PU材料薄片在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能，经抑菌环试验后，其抑菌环的大小大于等于11mm。

实施例6

a、将PVC材料薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗15分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为1.5%，酸溶液的重量百分含量比为3%；

b、将处理后的PVC材料薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为250nm，照射能量为60J/cm²；

c、然后将经紫外处理的PVC材料薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中90分钟，得到PVC材料薄片样品；

d、最后用去离子水清洗PVC材料薄片样品表面，再用含有Ag⁺离子和Cu⁺离子且浓度为1.8mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应40分钟，使PVC材料薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

经测试，紫外照射-自组装单层膜技术处理之后的抗菌PVC材料薄片在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能，经抑菌环试验后，其抑菌环的大小大于等于11mm。

实施例7

a、将PE材料薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗10分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为3%，酸溶液的重量百分含量比为5%；

b、将处理后的PE材料薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为250nm，照射能量为60J/cm²；

c、然后将经紫外处理的PE材料薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中120分钟，得到PE材料薄片样品；

d、最后用去离子水清洗PE材料薄片样品表面，再用含有Ag⁺离子和Zn⁺离子浓度为0.45mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应100分钟，使PE材料薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

经测试，紫外照射-自组装单层膜技术处理之后的抗菌PE材料薄片在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能，经抑菌环试验后，其抑菌环的大小大于等于11mm。

实施例8

a、将PC材料薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗5分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为6%，酸溶液的重量百分含量比为7%；

b、将处理后的PC材料薄片置于紫外箱中，关闭紫外箱门，开启紫外灯，进行紫外处理，紫外线波长为300nm，照射能量为100J/cm²；

c、然后将经紫外处理的PC材料薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中180分钟，得到PC材料薄片样品；

d、最后用去离子水清洗PC材料薄片样品表面，再用含有Cu⁺离子和Zn⁺离子且浓度为1.2mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应90分钟，使PC材料薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

经测试，紫外照射-自组装单层膜技术处理之后的抗菌PC材料薄片在不改变本身物理、化学性质的基础上，与抗菌剂结合牢固，抗菌剂不易产生脱落；同时具有良好的抗菌性能，经抑菌环试验后，其抑菌环的大小大于等于11mm。

实施例9

a、将PVC材料薄片依次置于丙酮溶液、碱溶液、酸溶液和去离子水中进行超声波清洗1分钟，然后烘干备用，其中碱溶液的重量百分含量比为10%，酸溶液的重量百分含量比为10%；

c、然后将经紫外处理的PVC材料薄片浸泡在硅氧烷偶联剂溶液中300分钟，得到PVC材料薄片样品；

d、最后用去离子水清洗PVC材料薄片样品表面，再用含有Ag⁺离子、Cu⁺离子、Zn⁺离子且浓度为0.7mol/L的抗菌感染剂，在黑暗条件下，反应120分钟，使PVC材料薄片表面结合抗菌剂，取出晾干，既得所需的抗菌医用硅胶。

本发明中用作抗菌剂的含有Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺的可溶盐主要有：含有Ag⁺的可溶性盐有硝酸盐、硫酸盐、柠檬酸、酒石酸盐等；含有Cu²⁺的可溶性盐有硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐、柠檬酸、酒石酸盐、醋酸盐等；含有Zn²⁺的可溶性盐硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐、柠檬酸、酒石酸盐、醋酸盐等，这些可溶性盐主要是用于提高医用高分子材料的抗菌能力。

在实施本发明方法的过程中，所制备的医用高分子材料是应用于医疗器械、医疗设施、医疗辅具以及人工脏器的高分子材料；包括选自天然橡胶乳胶、硅橡胶；医用级的聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC、聚酰胺PA、热塑性聚氨酯TPU、聚对苯二甲酸乙二酯PET、尼龙、聚四氟乙烯PTFE中的一种或两种以上的共混物。其所制得的抗菌医用高分子材料可用于体内植入物，如：导管、人工心脏、人工心脏辨膜、心脏修复、人工尿道、人工骨、整容器材及心脏起搏器等；体外器官和装置，如：假肢、假齿、麻痹肢刺激器、电子假肢、假眼等。

实施本发明方法制备得到的医用高分子材料所具有的抗菌性是采用紫外照射-自组装单层膜与化学镀相结合的技术制备的抗菌医用高分子材料，表面部分对细菌的抗感染效率达到90%以上；细菌种类包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、绿脓杆菌、白色念球菌、肺炎球菌、克雷伯菌、墨绿球菌。所具有的结合力是采用紫外照射-自组装单层膜与化学镀相结合的技术制备的抗菌医药高分子材料，其抗菌涂层与医用高分子材料结合力牢固，所用的测试方法为超声波测试法、胶带法以及弯曲试验法。

Claims

1.一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：用紫外线照射医用高分子材料表面，再采用化学镀的方法，在医用高分子材料表面形成与基体牢固结合并具有持久抗菌性能的抗菌图层。

2.主要按照以下步骤进行：

3.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：所述紫外箱中进行紫外处理的紫外线波长范围为180～330nm，紫外线照射能量为1～100J/cm²。

4.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：所述清洗溶剂分别为丙酮溶液、酸溶液、碱溶液及去离子水，并将所述医用高分子材料依次浸在丙酮溶液、酸溶液、碱溶液及去离子水中进行超声波清洗。

5.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：酸溶液的重量百分含量比为0.5%～10%，碱溶液的重量百分含量比为0.01%～10%。

6.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：所述医用高分子材料水平置于紫外箱中。

7.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：所述偶联剂的通式为：Y(CH₂)_nSiX₃，

8.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：抗感染剂溶液的浓度维持在0.01mol/L～2.0mol/L。

9.根据权利要求1所述的一种制备抗菌医用高分子材料的方法，其特征在于：所述抗感染剂成分至少是含有Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺可溶盐的一种。