CN106729997A - 一种有机‑无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法 - Google Patents

一种有机‑无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种有机‑无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，其特征在于使用蒙脱土和透明质酸的溶液，通过层层自组装的涂层方法获得了一种有机‑无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜涂层。该涂层具有良好的抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌黏附和杀菌的能力，并且涂层的抗菌作用具有透明质酸酶和细菌响应的特性。透明质酸组分提高了材料的亲水性，同时赋予材料良好的细胞相容性。该方法工艺简单、快捷，条件温和，易于旋涂、浸涂、喷涂等可工业实的方式实现，适用范围广，能够有效地的改善医用装置表面的润滑性，抗菌性能和生物相容性。

Description

一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制 备方法
技术领域
本发明具体涉及新材料技术领域，具体涉及一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法。
背景技术
随着材料科学、医学、生物学的飞速发展，生物医用材料的研究取得了很大的进步，但仍面临各种挑战，一些根本性的问题没有解决，除了生物相容性问题，生物材料应用的主要障碍还有感染问题。世界上约64%的院内获得性感染是由植入体或医疗器械上黏附病原菌引起的，如今这一比例还在进一步提高，因此抗菌材料和制品的开发受到越来越多的关注，所以对于如何有效防止细菌粘附生物材料表面已经成为人们研究的热点课题。通过对各种医用装置的表面修饰，在保持原有性能的条件下，改善生物医用装置生物相容性成为现代医疗装置应用中的重要问题。
细菌粘附感染是一个极其复杂的过程，材料表面粘附一直是生物医学应用中的关键问题。由于细胞表面存在范德华力、静电、氢键、离子和亲疏水等多种多样的相互作用，粘附不可避免。粘附感染发生的一般过程是：细菌的黏附；繁殖，形成菌落；分泌胞外基质，菌落通过胞外基质连接在一起，形成生物膜(biofilm)，生物膜释放浮游菌体和毒素，引发感染，也容易使细菌产生抗药性。生物膜由于其致密的物理结构，可以制止人体免疫系统中巨噬细胞的吞噬作用，实验证实在生物膜内的细菌相比自由状态的细菌抵抗能力增加了1000倍。通过对各种医用装置的表面修饰，在保持原有性能的条件下，改善生物医用装置生物相容性成为现代医疗装置应用中的重要问题。临床处理的方式往往是再次手术取出植入体，清洗或者更换新的植入体，这样的处理方式不但增加病人的痛苦，而且增加病人经济负担，因此寻求一种简单长效的细菌和酶响应抗菌涂层具有重要的意义。而层层自组装技术具有简单、易于操作的特点，并且使膜层具有其组分的复合功能，通过对基材的预处理解决了涂层溶胀带来的稳定性问题，通过透明质酸酶和细菌响应的抗菌作用获得可控释放抗菌药物的聚合物涂层的，并兼具抗细菌黏附和杀菌的性能。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷及不足。本发明提供了一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）基材的表面预处理：将洗净的基材置于5mg/ml的聚乙烯亚胺（PEI）水溶液中，浸泡，获得表面胺基化的基材；
（2）制备庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液；
（3）将上述表面胺基化的基材放入庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液中浸泡，然后用pH值相同洗液清洗，用氮气吹干，放入含有透明质酸溶液浸泡6-8min，用相同pH值的洗液清洗2-3分钟，氮气吹干，完成一个双层膜的制备，重复以上操作，直到完成整个多层膜涂层的制备；
（4）以透明质酸酶或大肠杆菌响应抗菌获得所述的一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜涂层。
所述的基材为玻璃、石英、硅片、聚酯膜中的一种。
所述的步骤（2）制备庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液包括以下步骤：在pH=4.0的水中，磁力搅拌，缓慢加入100mg蒙脱土，浓度为1mg/ml，磁力搅拌溶解并静置一星期，超声24h，缓慢加入100mg 庆大霉素，浓度为1mg/ml，继续搅拌2h，即得蒙脱土与庆大霉素的负载液。
所述的步骤（1）中洗净的基材置于5mg/ml的聚乙烯亚胺（PEI）水溶液中浸泡1-4h。
所述的步骤（3）中重复6、9、12或15次操作，制得6、9、12或15个双层膜涂层的制备。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，本发明涂层溶液配制简便，能实现无污染操作，可采用旋涂、浸涂、喷涂等可工业实现的方式，适用范围广，能够对具有复杂体型结构的生物医用装置进行涂层修饰；涂层可改善医用装置表面的多种抗菌性能，润滑性，生物相容性，在人体环境下以水凝胶的形式存在，这种性质使生物材料表面润滑，减少材料表面和粘膜组织之间的摩接阻力；涂层材料化学结构稳定，耐疲劳、剪切，能适应人体的内环境；涂层能够实现广谱的多功能抗菌的能力。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
制备庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液：
在250ml烧杯中溶于100mL水中(pH=4.0)，磁力搅拌，缓慢加入100mg蒙脱土，浓度为1mg/ml，磁力搅拌溶解并静置一星期，超声24h，缓慢加入100mg 庆大霉素，浓度为1mg/ml，继续搅拌2h，即为蒙脱土与庆大霉素的负载液。
实施例1：
PET片经刀片裁剪成1.5×2.5cm2大小，作为基材使用，用水超声清洗，N2吹干。用镊子夹住清洗过的PET先在5mg/ml的PEI中处理30min，在5mg/ml的PEI中处理30min，然后浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液体均匀覆盖，然后放置于玻璃平板上，室温干燥24h，然后用刀片剥离PET片，继续真空烘箱室温干燥12h，收集样品。然后涂层在1mg/ml的透明质酸中浸泡4h，得到的复合材料，然后用乙醇和清水清洗数次，室温干燥24h。断面场发射扫描电镜测试涂层的厚度为3.56±0.45μm。透射电镜结果表明：膜层表面很低的粗糙度。
以175u单位的透明质酸酶加入磷酸缓释液中，庆大霉素药物的释放效果比仅在磷酸缓释液的缓释效果好。在一定温度下，以10^4的大肠杆菌加入磷酸缓释液中，庆大霉素药物的释放效果比仅在磷酸缓释液的缓释效果好。透明质酸和大肠杆菌增加庆大霉素等抗菌药物的释放，具有透明质酸和大肠杆菌的向影响，获得一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜涂层。摇瓶培养和稀释涂平板法测试膜层的杀菌性能，结果显示该膜层能在10min杀死100%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。采用MTT和FDA实验结果发现对人脐静脉内皮细胞细胞毒性较低，细胞活性超过TCPS的92%，因此具有良好的细胞相容性。
实施例2：
配制1mg/mL的负载庆大霉素的蒙脱土溶于100mL水中，磁力搅拌，测定pH值为2.5。取100ml超纯水于烧杯中，调节到相同的pH值，标为洗液1。配制1mg/mL的透明质酸溶解于100mL水中，磁力搅拌，测定pH值为2.50。取100ml超纯水于烧杯中，调节到相同的pH值，标为洗液2。将经过预处理以后的基材加入,负载庆大霉素的蒙脱土溶液中浸泡6~8min,取出，放入洗液1中清洗2-3min，取出，用N2吹干。再将其放入透明质酸溶液中浸泡6~8min，取出，放入洗液2中清洗2-3min，取出，用N2吹干。至此完成一个双层膜的制备。分别制备6、9、12、15双层。
断面场发射扫描电镜测试涂层的厚度为3.34±0.48μm。静态接触角研究发现涂膜后亲水性显著增加。原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度，RMS为3.27±0.32nm。利用透射电镜观察涂层表面，结果显示膜层表面较均匀，涂层对大肠杆菌的有抑菌效果，产生抑菌环，均能在30min内杀灭90%的浓度为104 CFU/mL的金黄色葡萄球菌。摇瓶培养和稀释涂平板法测试膜层的杀菌性能，结果显示该膜层能在24 h杀死92%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。涂层对成纤维细胞和人晶状体上皮细胞毒性较低，细胞活性超过TCPS的89%，因此具有良好的细胞相容性。
实施例3：
配制1mg/mL的负载庆大霉素的蒙脱土溶于100mL水中，磁力搅拌，测定pH值为2.5。取100ml超纯水于烧杯中，调节到相同的pH值，标为洗液1。配制1mg/mL的透明质酸溶解于100mL水中，磁力搅拌，测定pH值为2.50。取100ml超纯水于烧杯中，调节到相同的pH值，标为洗液2。将经过预处理以后的基材加入,负载庆大霉素的蒙脱土溶液中浸泡6~8min,取出，放入洗液1中清洗2-3min，取出，用N2吹干。再将其放入透明质酸溶液中浸泡6~8min，取出，放入洗液2中清洗2-3min，取出，用N2吹干。至此完成一个双层膜的制备。分别制备6、9、12、15双层。
以80u单位透明质酸酶加入磷酸缓释液中，庆大霉素药物的释放效果比仅在磷酸缓释液的缓释效果好。在一定温度下，以10^4的大肠杆菌加入磷酸缓释液中，庆大霉素药物的释放效果比仅在磷酸缓释液的缓释效果好。透明质酸和大肠杆菌增加庆大霉素等抗菌药物的释放，具有透明质酸和大肠杆菌的向影响，获得一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜涂层。摇瓶培养和稀释涂平板法测试膜层的杀菌性能，结果显示该膜层能在10min杀死100%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。采用MTT和FDA实验结果发现对人脐静脉内皮细胞细胞毒性较低，细胞活性超过TCPS的92%，因此具有良好的细胞相容性。
实施例4：
PET片经刀片裁剪成1.5×2.5cm2大小，作为基材使用，用水超声清洗，N2吹干。用镊子夹住清洗过的PET先在5mg/ml的PEI中处理30min，在5mg/ml的PEI中处理30min，然后浸入蒙脱土中6-8分钟，使表面的液体均匀覆盖，至于pH相同的洗液中1-2分钟，放入透明质酸溶液6-8分钟，至于pH相同的洗液中1-2分钟，得到的复合材料，用N2吹干。至此完成一个双层膜的制备。分别制备6、9、12、15双层。
透射电镜结果表明：结果显示膜层表面较均匀，膜层表面很低的粗糙度；静态接触角测试膜层显示出一定的亲水性；原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度。涂层对大肠杆菌的有抑菌效果，产生抑菌环，摇瓶培养和稀释涂平板法测试膜层的杀菌性能，结果显示该膜层能在10min杀死100%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。抗细菌黏附实验发现和响应涂层相比，降低了100%的大肠杆菌黏附和98%的金黄色葡萄球菌的黏附。通过细菌死活染色观察到在涂层表面，99.9%以上的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌被杀死（红色），因此可以看出涂层具有高效的杀菌作用。用MTT和FDA实验结果发现对人脐静脉内皮细胞细胞毒性较低，细胞活性超过TCPS的82%，因此具有良好的细胞相容性。涂层对成纤维细胞和人晶状体上皮细胞毒性较低，细胞活性超过TCPS的89%，因此具有良好的细胞相容性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基材的表面预处理：将洗净的基材置于5mg/ml的聚乙烯亚胺（PEI）水溶液中，浸泡，获得表面胺基化的基材；
（2）制备庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液；
（3）将上述表面胺基化的基材放入庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液中浸泡，然后用pH值相同洗液清洗，用氮气吹干，放入含有透明质酸溶液浸泡6-8min，用相同pH值的洗液清洗2-3分钟，氮气吹干，完成一个双层膜的制备，重复以上操作，直到完成整个多层膜涂层的制备；
（4）以透明质酸酶或大肠杆菌响应抗菌获得所述的一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜涂层。
2.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，其特征在于，所述的基材为玻璃、石英、硅片、聚酯膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）制备庆大霉素预负载的蒙脱土水溶液包括以下步骤：在pH=4.0的水中，磁力搅拌，缓慢加入100mg蒙脱土，浓度为1mg/ml，磁力搅拌溶解并静置一星期，超声24h，缓慢加入100mg 庆大霉素，浓度为1mg/ml，继续搅拌2h，即得蒙脱土与庆大霉素的负载液。
4.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中洗净的基材置于5mg/ml的聚乙烯亚胺（PEI）水溶液中浸泡1-4h。
5.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化可控释放抗菌药物的聚合物多层膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中重复6、9、12或15次操作，制得6、9、12或15个双层膜涂层的制备。
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