CN105543820B - 一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法 - Google Patents

一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料和金属表面处理技术领域，具体公开了一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法。本发明方法步骤如下：(1)、表面清洗；(2)、表面氨基化；(3)、将表面氨基化后的不锈钢医疗器械浸泡于结构式为

Description

一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料和金属表面处理技术领域，具体涉及一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法。
背景技术
不锈钢医疗器械在临床上应用非常广泛，如大多数外科手术器械及一些外科置入器械。这些器械在使用前必须经灭菌消毒处理，以防止术后感染。目前的研究证实，细菌在材料表面粘附后会迅速在材料表面形成一层生物膜，目前的灭菌消毒处理手段能杀灭粘附在材料表面的活菌，但难以破坏这层生物膜，因此包覆在这层生物膜内的细菌很难杀灭，这往往导致植入部位的二次感染。中国专利申请201510018201报导了一种具有生物安全性的医用不锈钢表面抗菌钝化液及钝化工艺，该发明通过在钝化液的配方中引入铜离子来达到抗菌目的，但不能抑制细菌在其表面的粘附，因此不能抑制生物膜的形成，同传统的灭菌消毒处理本质上是相同的，而且铜离子具有潜在的生物毒性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是在不锈钢表面通过共价键接枝高分子超薄膜(即一种高分子涂层)，阻止细菌对其表面的粘附，从而达到使表面具有持续抗菌和防止生物腐蚀的功能，避免二次污染。
上述发明目的通过以下技术方案得以实现。
一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法，其步骤如下：
(1)、表面清洗：将不锈钢医疗器械用5wt％的氢氧化钠溶液浸泡30分钟，然后用去离子水清洗后烘干；
(2)、表面氨基化：将表面清洗后的的不锈钢医疗器械用氨基硅烷的甲苯溶液浸泡15～60分钟，使不锈钢医疗器械表面氨基化，浸泡后取出、沥干；
所述氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷；
所述氨基硅烷的甲苯溶液的浓度为1～10v/v％。
(3)、将表面氨基化后的不锈钢医疗器械浸泡于结构式为的化合物的硝基甲烷溶液中反应，在表面形成活性反应点；
所述X代表Cl或者Br；
所述R代表或
所述结构式为的化合物的硝基甲烷溶液的浓度为0.2～1.0v/v％。
(4)、将经步骤(3)处理后的不锈钢医疗器械浸泡于甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的水溶液中，加入卤化亚铜作催化剂，室温反应24小时后取出沥干，在不锈钢医疗器械表面形成聚甲基丙烯酸聚乙二醇酯抗细菌粘附涂层。
所述甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为3、6、9或12(英文缩写分别OEGMEMA-3、OEGMEMA-6、OEGMEMA-9、OEGMEMA-12)；
所述卤化亚铜为氯化亚铜或溴化亚铜；
所述卤化亚铜的用量为甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的水溶液中甲基丙烯酸聚乙二醇单酯质量的0.05％；
所述甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的水溶液浓度为0.5-5wt％。
与现有技术相比，本发明技术方案的优点和有益效果在于：
1、用本发明方法处理后的医疗器械，细菌不能在其表面粘附，因此无需再进行杀菌消毒处理。
2、传统消毒处理并不能阻止生物膜形成，生物膜内的细菌很难杀死，在一定条件下可能复活，从而引发继发性感染。用本发明方法处理后的医疗器械，可阻止医疗器械表面生物膜的形成，从根本上解决了细菌感染的问题。
附图说明
图1-4是实施例四对照组和实验组分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果的电镜照片。
图1为对照组表面金黄色葡萄球菌培养24小时，可以看出不锈钢表面粘附大量金黄色葡萄球菌。
图2为对照组表面大肠杆菌培养24小时，可以看出不锈钢表面粘附大量大肠杆菌。
图3为实验组表面金黄色葡萄球菌培养24小时，可以看出不锈钢表面粘附的金黄色葡萄球菌很少。
图4为实验组表面大肠杆菌培养24小时，可以看出不锈钢表面粘附的大肠杆菌很少。
从图1和3的对比明显可看出表面涂层改性的不锈钢表面对金黄色葡萄球菌具有明显的抗粘附效果。
从图2和4的对比明显可看出表面涂层改性的不锈钢表面对大肠杆菌也具有明显的抗粘附效果。
具体实施方式
按照发明内容所记载的一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法，下面申请人再结合各具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。
实施例一
先将316L不锈钢制成1mm厚、直径15mm的圆片，按发明内容中的方法制备不锈钢表面抗细菌粘附涂层。
步聚(2)中所用的氨基硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为5v/v％，浸泡15分钟；
步骤(3)中所用化合物为2-氯丙酰氯，其硝基甲烷溶液浓度为0.2v/v％；
步骤(4)中所用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为3，催化剂为氯化亚铜，甲基丙烯酸聚乙二醇单酯水溶液浓度为4wt％。
按下述方法测试其抗细菌粘附性。
以1mm厚、直径15mm的316L不锈钢圆片作对照组，实施例一所得接枝聚甲基丙烯酸聚乙二醇酯的316L不锈钢圆片作实验组，每组9个试样，所有试样经121℃，103kPa灭菌15min。
抗金黄色葡萄球菌实验：
配置脑心浸液培养基(BHI)，高温高压灭菌后备用。将冻存的金黄色葡萄球菌ATCC6538接种于BHI中，厌氧条件下过夜。将复苏好的细菌1:100稀释到新鲜的BHI中，继续厌氧条件下培养至光密度值OD600＝0.3，待用。
将对照组和实验组不锈钢圆片放置于24孔培养板中，每个孔中加入含1％蔗糖的BHI 1ml及10μl的金黄色葡萄球菌菌液，放置于37℃恒温培养箱中厌氧条件培养24h，取出对照组和实验组不锈钢圆片，以无菌PBS小心地漂洗表面3次，去除未附着不锈钢圆片之上的细菌，然后将不锈钢圆片放置于1ml PBS中，超声震荡仪50W功率下震荡5min，使粘附在不锈钢圆片表面的细菌脱落于PBS中形成悬液，吸取悬液加入96孔板中，以分光光度计测量悬液的OD600值。
抗大肠杆菌实验：
方法同抗金黄色葡萄球菌实验，将金黄色葡萄球菌实验换成大肠杆菌(ATCC25922)。
对上述实验数据的OD600值采用SPSS 19.0软件来进行统计分析，当实验组与对照组的P<0.05时，差异具有统计学意义，即实验组具有抗细菌粘附效果。
测试结果显示，实施例一制备的涂层对金黄色葡萄球菌的OD600值为0.45，对照组为0.95，p值0.042，两者有显著性差异。对大肠杆菌的OD600值为0.27，对照组为0.53，p值0.038，两者亦有显著性差异。
以下实施例采用与实施例一同样的方法进行抗细菌粘附性测试。
实施例二
先将316L不锈钢制成1mm厚、直径15mm的圆片，然后按发明内容中的方法制备不锈钢表面抗细菌粘附涂层。
其中，步聚(2)中所用的氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为10v/v％，浸泡30分钟；
步骤(3)中所用化合物为2-氯丙酰氯，其硝基甲烷溶液浓度为1.0v/v％；
步骤(4)中所用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为6，催化剂为氯化亚铜，甲基丙烯酸聚乙二醇单酯水溶液浓度为5wt％。
本实施例制备的涂层对金黄色葡萄球菌的OD600为值0.38，对照组为0.95，p值0.034，两者有显著性差异。对大肠杆菌的OD600值为0.24，对照组为0.53，p值0.030，两者亦有显著性差异。
实施例三
先将316L不锈钢制成1mm厚、直径15mm的圆片，然后按发明内容中的方法制备不锈钢表面抗细菌粘附涂层。
其中，步聚(2)中所用的氨基硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为4v/v％，浸泡60分钟；
步骤(3)中所用化合物为2-溴丙酰溴，其硝基甲烷溶液浓度为0.4v/v％；
步骤(4)中所用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为6，催化剂为溴化亚铜，甲基丙烯酸聚乙二醇单酯水溶液浓度为2wt％。
用本实施例制备的涂层对金黄色葡萄球菌的OD600为值0.32，对照组为0.95，p值0.031，两者有显著性差异。对大肠杆菌的OD600值为0.25，对照组为0.53，p值0.032，两者亦有显著性差异。
实施例四
先将316L不锈钢制成1mm厚、直径15mm的圆片，然后按发明内容中的方法制备不锈钢表面抗细菌粘附涂层。
其中，步聚(2)中所用的氨基硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为2v/v％，浸泡40分钟；
步骤(3)中所用化合物为2-溴异丁酰氯，其硝基甲烷溶液浓度为0.5v/v％；
步骤(4)中所用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为9，催化剂为溴化亚铜，甲基丙烯酸聚乙二醇单酯水溶液浓度为1wt％。
本实施例制备的涂层对金黄色葡萄球菌的OD600为值0.28，对照组为0.95，p值0.029，两者有显著性差异。对大肠杆菌的OD600值为0.20，对照组为0.53，p值0.028，两者亦有显著性差异。
实施例五
先将316L不锈钢制成1mm厚、直径15mm的圆片，然后按发明内容中的方法制备不锈钢表面抗细菌粘附涂层。
其中，步聚(2)中所用的氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为1v/v％，浸泡45分钟；
步骤(3)中所用化合物为2-溴异丁酰溴，其硝基甲烷溶液浓度为0.2v/v％；
步骤(4)中所用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为12，催化剂为溴化亚铜，甲基丙烯酸聚乙二醇单酯水溶液浓度为0.5wt％。
本实施例制备的涂层对金黄色葡萄球菌的OD600为值0.36，对照组为0.95，p值0.030，两者有显著性差异。对大肠杆菌的OD600值为0.22，对照组为0.53，p值0.027，两者亦有显著性差异。

Claims (3)

1.一种不锈钢医疗器械表面抗细菌粘附涂层的制备方法，其步骤如下：
(1)、表面清洗：将不锈钢医疗器械用5wt％的氢氧化钠溶液浸泡30分钟，然后用去离子水清洗后烘干；
(2)、表面氨基化：将表面清洗后的不锈钢医疗器械用氨基硅烷的甲苯溶液浸泡15～60分钟，使不锈钢医疗器械表面氨基化，浸泡后取出、沥干；
所述氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷；
所述氨基硅烷的甲苯溶液的浓度为1～10v/v％；
(3)、将表面氨基化后的不锈钢医疗器械浸泡于结构式为的化合物的硝基甲烷溶液中反应，在表面形成活性反应点；
所述X代表Cl或者Br；
所述R代表
所述结构式为的化合物的硝基甲烷溶液的浓度为0.2～1.0v/v％；
(4)、将经步骤(3)处理后的不锈钢医疗器械浸泡于甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的水溶液中，加入卤化亚铜作催化剂，室温反应24小时后取出沥干，在不锈钢医疗器械表面形成聚甲基丙烯酸聚乙二醇酯抗细菌粘附涂层；
所述卤化亚铜为氯化亚铜或溴化亚铜；
所述甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的水溶液浓度为0.5-5wt％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述甲基丙烯酸聚乙二醇单酯中聚乙二醇的聚合度为3、6、9或12。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述卤化亚铜的用量为甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的水溶液中甲基丙烯酸聚乙二醇单酯质量的0.05％。
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