CN107537069A - 一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层。本发明还公开了一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，通过预活化处理，在聚氨酯表面产生反应活性点，然后与聚乙二醇接枝共聚，提高了聚氨酯作为医用材料的亲水性、生物相容性；在体系中引入了第二修饰层纳米银，提高了聚氨酯作为医用材料的抗菌性能，生产简单，成本低廉，容易工业化推广。

Description

一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料及其制备 方法

技术领域

本发明属于医用高分子及其制备技术领域，具体的说，是一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料及其制备方法。

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。

尽管聚氨酯具有一定的组织相容性和血液相容性，但仍然不能完全满足临床实际应用的要求：例如，聚氨酯医用制品长期植入体内容易引起机体的炎症反应，其与血液直接接触会不可避免地产生不同程度的凝血；此外聚氨酯医用插入或植入制品还可能伴有细菌感染、机体损伤等问题。为此，人们采用多种表面改性技术在不改变聚氨酯本体优异的物理机械性能的基础上，改善其表面性能，尤其是血液相容性。

聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG) 是典型的亲水性物质。PEG具有如下特点：表面能较低、独特的水溶液性、亲水性、链流动性较高和空间排位的稳定性等。PEG和其衍生物(含有功能化基团，如对甲苯磺酸酯、氨基、羧基、醛基等亦可被引入到PEG链的两端)已经展现了良好的生物相容性。此外，在新型生物材料的改性中，PEG作为材料的一部分，将赋予材料新的特性和功能，如亲水性、柔性、抗凝血性和抗巨噬细胞吞噬性等。因此， PEG在医学、药学和生物等众多领域得到了广泛的应用。

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。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。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料及其制备方法，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层，该方法简单易行，原料来源丰富、价格低廉，所得的聚氨酯医用材料具有良好的亲水性、生物相容性和抗菌性。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述聚乙二醇为相对分子质量为4000～20000的聚乙二醇。

制备聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的方法，包括如下步骤：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤A1中活化预处理的方法包括选用臭氧氧化、离子溅射、辐射或紫外光照方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤A2中有机溶剂选自甲苯、苯、三氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷和甲乙酮或上述溶剂的任意组合。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤A2中聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为0.1％～20％，接枝反应温度40～120℃，接枝反应时间为6～72小时。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为水或无水乙醇，或两者的混合物。

为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤A3中冲洗的具体操作是在50～100℃下使用蒸馏水洗涤12～48h后，在乙醇中进行超声清洗0.2～1h。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过预活化处理，在聚氨酯表面产生反应活性点，然后与聚乙二醇接枝共聚，提高了聚氨酯作为医用材料的血液相容性；

（2）本发明在体系中引入了第二修饰层纳米银，提高了了聚氨酯作为医用材料的抗菌性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1：

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层，其中聚乙二醇分子量为5000。

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，按如下步骤进行：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

其中步骤A1中活化预处理的方法包括选用臭氧氧化方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理，步骤A2中有机溶剂为甲苯，聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为0.1％，接枝反应温度40℃，接枝反应时间为6小时，步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为水，步骤A3中冲洗的具体操作是在50℃下使用蒸馏水洗涤12h后，在乙醇中进行超声清洗0.2h。

实施例2：

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层，其中聚乙二醇分子量为10000。

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，按如下步骤进行：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

其中步骤A1中活化预处理的方法包括选用离子溅射方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理，步骤A2中有机溶剂为三氯甲烷，聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为5％，接枝反应温度80℃，接枝反应时间为20小时，步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为无水乙醇，步骤A3中冲洗的具体操作是在70℃下使用蒸馏水洗涤20h后，在乙醇中进行超声清洗0.5h。

实施例3：

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层，其中聚乙二醇分子量为15000。

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，按如下步骤进行：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

其中步骤A1中活化预处理的方法包括选用辐射方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理，步骤A2中有机溶剂为苯和三氯甲烷的混合物，聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为10％，接枝反应温度100℃，接枝反应时间为50小时，步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为水和无水乙醇的混合物，步骤A3中冲洗的具体操作是在80℃下使用蒸馏水洗涤25h后，在乙醇中进行超声清洗1h。

实施例4：

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层，其中聚乙二醇分子量为20000。

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，按如下步骤进行：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

其中步骤A1中活化预处理的方法包括选用紫外光照方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理，步骤A2中有机溶剂为三氯乙烷和甲乙酮的混合物，聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为20％，接枝反应温度120℃，接枝反应时间为72小时，步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为水，步骤A3中冲洗的具体操作是在100℃下使用蒸馏水洗涤48h后，在乙醇中进行超声清洗1h。

实施例5：

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层，其中聚乙二醇分子量为12000。

本实施例的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，按如下步骤进行：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

其中步骤A1中活化预处理的方法包括选用臭氧氧化方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理，步骤A2中有机溶剂为甲苯和二氯乙烷的混合物，聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为12％，接枝反应温度60℃，接枝反应时间为25小时，步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为水，步骤A3中冲洗的具体操作是在75℃下使用蒸馏水洗涤30h后，在乙醇中进行超声清洗0.8h。

对实施例1～5制得的聚氨酯医用材料进行性能测试，其中溶血试验方法根据国家标准GB/T14233.2-2005规定进行测试，结果如下表所示。其中对比例是对普通的聚氨酯医用材料进行相同性能的测试。

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例
							溶血率/%	2.1	3.5	1.9	2.2	3.6	10.3
大肠杆菌杀菌率/%	88	85	79	81	83	54
							金黄色葡萄球菌杀菌率/%	77	79	75	76	77	36

从上表可以看出，本发明制得的聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料溶血率低于普通的聚氨酯医用材料，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率高于普通的聚氨酯医用材料，表明通过改性获得了较好的血液相容性和抗菌性能。由于与血液接触医疗器械合格判定标准一般规定溶血率应小于5％，表明本发明的改性聚氨酯的体外溶血程度符合与血液接触医疗器械的要求。

最后说明的是，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，其特征在于，以医用聚氨酯为基体，表面接枝聚乙二醇作为第一层修饰层，纳米银分布于聚乙二醇上作为第二层修饰层。

2.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，其特征在于，所述聚乙二醇为相对分子质量为4000～20000的聚乙二醇。

3.制备权利要求1和2所述的聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1. 将医用聚氨酯材料表面活化预处理，制备表面活化的医用聚氨酯材料；

A2. 将活化预处理后的聚氨酯材料直接与聚乙二醇的有机溶剂溶液进行接枝反应得到接枝后的聚氨酯材料；

A3. 将表面接枝聚乙二醇的聚氨酯浸泡在硝酸银溶液中，经紫外光辐照化学镀纳米银，反应结束后取出，去离子水冲洗并浸泡，干燥。

4.根据权利要求3所述的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A1中活化预处理的方法包括选用臭氧氧化、离子溅射、辐射或紫外光照方法对医用聚氨酯材料表面进行活化处理。

5.根据权利要求3所述的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中有机溶剂选自甲苯、苯、三氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷和甲乙酮或上述溶剂的任意组合。

6.根据权利要求3所述的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中聚乙二醇的有机溶剂溶液浓度为0.1％～20％，接枝反应温度40～120℃，接枝反应时间为6～72小时。

7.根据权利要求3所述的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A3中硝酸银溶液的溶剂为水或无水乙醇，或两者的混合物。

8.根据权利要3所述的一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A3中冲洗的具体操作是在50～100℃下使用蒸馏水洗涤12～48h后，在乙醇中进行超声清洗0.2～1h。