CN109939267A - 一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医用材料领域，尤其涉及一种可用于抗菌型医疗导管的高分子复合材料及其制备方法。本发明提供的抗粘附材料包括医用高分子材料和通过溶胶‑凝胶法制备的抗菌纳米粒子，后者通过物理方法均匀分散并负载于高分子基体材料，实现抗病菌粘附功能。本发明公开的方法操作简单，提供的复合材料具有较好的抗病菌、抗粘附性和耐久性，同时具有良好的自润滑性能与较低的熔融粘度，易于成型加工；适用于医疗导管、导线类产品及其器具。

Description

一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料及其制备方法，属于医用材料领域。

背景技术

现代医疗导管类器具是临床诊断与治疗过程中不可或缺的工具，但因其极易受到细菌、真菌等微生物病菌感染，使用过程中因接触人体而引发组织机体病变，从而给患者身体健康造成极大危害。病菌对导管类器具的感染途径，主要以表面粘附方式发生，虽然可以通过术前药物洗脱和采用抗生素来避免病菌感染，但前者具抗菌效果有限，而后者容易引起人体的药物抗性等不利影响。因此，开发具有稳定的抗菌和抗粘附医用材料成为减轻这种风险的更有效的策略。

目前实现聚合物材料抗菌性能的途径主要有两种，其一是通过表面修饰的方法在产品表面涂覆抗菌涂层，以达到抗菌效果，主要有表面黏合法、层压法、喷镀或真空溅射等表面后处理方法；其二是通过在聚合物母料中添加抗菌性材料，采用机械混合的方式实现材料的抗菌性能，主要有直接添加法与制备抗菌母粒法等。

在医用导管类产品领域，专利(公开号：CN202951096U)公开了一种表面涂覆型抗菌导管，即在导管的至少血管内插入部位的表面形成有由抗菌剂粒子构成的被覆层来实现导管的抗菌性。专利(公开号：CN108659512A)公开了一种表面涂覆一层聚多巴胺/纳米氧化钛复合材料抗菌涂层的新型医用抗菌导管，该发明公开的医用抗菌导管强度大，抗菌性能优异，且制备简单，成本低。专利(公开号：CN201073488)公开了一种抗菌润滑气管导管，该导管包括充气管管体，充气套囊，充气管管体包括连接端和插入端等部分，其充气管管体的插入端表面涂覆有纳米银抗菌涂层，抗菌层外表面有聚乙烯吡咯烷酮润滑层。类似专利很多，这种以在表面涂覆抗菌涂层的方式制备抗菌导管的方法，虽然工艺相对简单，但其弊端在于使用过程中抗菌涂层因磨损脱落致使抗菌效果会逐渐减弱。

专利(公开号：CN101822864A)公开了一种介入治疗用抗菌型导管鞘，其方法是将抗菌药物、金属钨粉制备的抗菌粉剂和塑料母粒按一定比例混合、混炼挤出成型，其中抗菌粉剂占该抗菌导管鞘鞘管总重量的1％-50％。专利(公开号：CN102198294A)公开了一种新型医用高浓度聚丙烯/纳米银抗菌粉体/聚乳酸复合材料抗菌导管的制备方法，该法抑菌效果显著，可有效抑制导管表面细菌滋生，其效率可达98％以上；同时该法制备的导管生物相容性好，导管表面自润滑，可广泛用于病人输水，输液及相关器械。专利(公开号：CN104371260A)公开了一种医用抗菌导管及其制备方法，该方法采用原料为ABS、PET、聚酯热塑性弹性体、纳米银粉末、甲基丙烯酸缩水甘油脂、月桂酰过氧化物、酚醛树脂、轻质碳酸钙、乙酸酐、葵二酸等配制而成，制备工艺相对复杂。这种以制备抗菌母粒的方式来提高产品的抗菌性，通常产品的抗菌性能较强，但工艺相对复杂且难以控制抗菌材料在基体内部的分散性问题。

在抗菌剂领域，除了上述专利中公开应用的材料之外，纳米ZnO作为一种廉价且通用的纳米材料，近年来在医疗抗菌领域也有相当广泛使用。专利(公开号：CN105749981A)公开了一种碳纳米管/ZnO/PTFE光催化膜的制备方法，该方法制得的碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜不仅延长了PTFE膜的使用寿命，而且增强了ZnO的光催化降解有机污染物的性能，工艺设备简单，易于规模生产，有很大的市场前景。专利(公开号：CN106188482A)公开了一种纳米ZnO接枝水性UV光固化聚氨酯的制备及方法，该产物机械性能好，耐水性好，易储存。专利(公开号：CN107936485A)公开了一种采用聚烯改性技术制备了具有褶皱结构、硅化物高分子刷接枝的聚合物表面的医用高分子抗菌纳米材料，其原料包含聚酯纤维、聚烯改LDHS/SBA-35纳米材料、硅胶粉、玻璃纤维、二氧化硅、聚乳酸、丙烯酰胺、氧化锌和聚醋酸乙烯酯等，该材料表面能有效地“捕获”硅油，形成完整、平滑的硅油液膜，可抑制蛋白、细菌、人体细胞等的粘附和生物膜的形成而产生抗菌性能。专利(公开号：CN104139584A)公开了一种纳米ZnO与TPU双层抗菌复合材料，基层为聚氨酯树脂，抗菌层为纳米ZnO与TPU复合材料，其制备工艺是熔融共混挤出成型，虽然其抗菌性能与机械性能较好，但是其制备工艺限定了ZnO与TPU颗粒难以混合均匀，且纳米ZnO添加量较多，成本难控。

本发明公开一种适用于医疗导管类产品挤出成型的抗菌性高分子复合材料，其主要成分为热塑性聚氨酯(TPU)与纳米氧化锌(ZnO)抗菌粒子，其优势在于满足现有临床医疗器具的抗菌性、抗粘附及耐久性等功能需求之外，在材料制备方面，一方面其制备工艺简单且可重复性高，另一方面材料本身的可成型能得到提高，同时解决了纳米抗菌粒子在高分子基体内部分散的均匀性问题，产品性能稳定。

发明内容

本发明公布一种可应用于导线、导管类医疗器具的抗菌型高分子复合材料。

一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料：以医用高分子材料为基体，抗菌型纳米粉体为改性材料，通过有机溶剂溶解与物理混合使得抗菌纳米粒子以一定质量分数均匀分散并负载于高分子材料本体而制备得到。

所述的一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料：所述医用高分子材料，为医用型聚氨酯(TPU)材料；所述的抗菌型纳米粉体，为纳米氧化锌粒子材料，制备方法为：采用六水合硝酸锌、六次甲基四胺、氨水、柠檬酸三钠、去离子水、乙醇通过溶胶-凝胶方法制备，经过200℃煅烧12小时得到，颜色为淡黄色；所述的有机溶剂，为四氢呋喃或其他易挥发、水溶性、中等极性非质子性溶剂；所述的质量分数，是指抗菌型纳米粒子与抗菌型高分子复合材料的质量分数，为1％-5％。

所述的抗菌型医疗导管，是指临床医疗用的体外及体内介入类导管产品及其器具。

所述高分子复合材料，制备方法包括如下步骤：

(1)将医用TPU原料按质量体积比为0.1g/ml加入到盛有有机溶剂的容器内，密封、用内置磁力加热搅拌装置，温度设定30℃，调节搅拌器功率控制转速，搅拌至其完全溶解；

(2)保持温度不变，按1％-5％的质量分数加入抗菌型纳米ZnO粉体并密封，调节搅拌器功率控制转速，保证粉体粒子分散均匀，得到包含有机溶剂的抗菌型纳米ZnO/TPU溶胶；

(3)启封并关闭搅拌装置，将溶胶放置于真空烘干装置内，升温至45℃并抽真空，有机溶剂快速挥发，溶胶固化；

(4)取出块状抗菌纳米ZnO/TPU混合物料，放至于烘干装置内，升温至80℃，烘干并除去残余挥发成分；

(5)将所得到的混合物料破碎、挤出、造粒，包装待用，即可制得抗菌型纳米ZnO/TPU复合材料，该材料可用于成型加工抗病菌粘附性良好的导管类医疗临床器具。

一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料的应用，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌革兰氏阴性和阳性代表性菌种具有抗菌、抗粘附性和耐久性能，且具有自润滑性能与较低的熔融粘度，易于成型加工。

本发明的有益效果为：

1)材料制备工艺简单；

2)选用纳米ZnO粒子作为抗菌材料，负载于TPU基体，仅需极小的剂量即可达到较好的抗菌、抗粘附及耐久性效果，成本低廉，安全性好；

3)本专利公开的抗菌复合材料具有自润滑性能，且抗菌粒子的加入可以改善材料的成型性能，适合于传统加工方法。

附图说明

图1为实施例4中纳米ZnO/TPU抗菌复合材料流变性能测试。

图2为实施例4中纳米ZnO/TPU抗菌复合材料流变性能测试。

具体实施方式

下面通过具体实施例来对方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

实施例1

抗菌型医疗导管用高分子复合材料的制备

量取200ml去离子水加入烧杯中，依次量取六水合硝酸锌14.87g、六次甲基四胺3.5g、氨水5.71g、柠檬酸三钠0.12g加入去离子水中，搅拌10min；将烧杯放在水浴锅中，65℃预热0.5h，再85℃加热12h；取出烧杯中剩余物，用去离子水和乙醇在布氏漏斗上过滤3遍，之后放入烘箱于60℃条件下干燥24h，得到白色粉末状固体；将其放入烧结炉于200℃条件下煅烧12h得到淡黄色粉体，即纳米ZnO粉体；室温下研磨30min至300目以下，包装待用。

量取19.0ml四氢呋喃导入量程为25ml的烧杯并置于磁力搅拌器上，称取1.90gTPU加入烧杯，开启磁力搅拌器，设定温度30℃、转速500r/min、搅拌时间30分钟；等TPU完全溶解之后取纳米ZnO粉体0.10g加入烧杯，温度保持不变并调节转速至3000r/min、搅拌时间10分钟、超声分散30min，纳米ZnO颗粒均匀分散于溶剂中形成溶胶；将烧杯置于水浴锅中，水浴温度45℃、时间24h后，四氢呋喃挥发，溶胶固化为块状；之后放入烘箱，温度设定80℃、干燥12h之后取出即得到ZnO质量分数为5％的纳米ZnO/TPU复合材料。同样方法配的质量分数为1％、3％的复合材料。

实施例2

纳米ZnO/TPU抗菌复合材料制备及抗菌性测试

将实施例1制备得到三种不同配方的纳米ZnO/TPU复合材料薄切为1cm²样片，将试样置于EP管并置于37℃的培养箱中，将3ml培养液，100μl菌液与试样与培养皿中一起培养24h，取出试样并用新鲜PBS轻轻冲洗以除去试样非粘附细菌；放于3mlPBS中并超声处理5分钟，分离已粘附细菌，之后将样品接种到胰蛋白胨大豆琼脂中，37℃下孵育24小时，计算菌落形成单位(CFU)，测得样本表面活细菌总数。结果表明，参照表1，纳米ZnO/TPU复合材料对大肠杆菌的抑菌率分别可达88.84％(ZnO质量分数为1％)、91.24％(ZnO质量分数为3％)、96.02％(ZnO质量分数为5％)；对金黄色葡萄球菌抑菌率分别可达73.42％(ZnO质量分数为1％)、84.38％(ZnO质量分数为3％)、92.60％(ZnO质量分数为5％)。

实施例3

纳米ZnO/TPU抗菌复合材料抗粘附性能测试。

按照实施例一制备不同配比的纳米ZnO/TPU复合材料，薄切为1cm²样片，采用OCA25LHT-SV型接触角测量仪测量其润湿性能，结果表明，本专利所发明的纳米ZnO/TPU复合材料与纯TPU材料相比，界面润湿角由63.4°最大可提高至102.8°，疏水性能明显提高，具有较好的抗粘附性能。

实施例4

纳米ZnO/TPU抗菌复合材料流变性能测试。

按照实施例1制备不同配比的纳米ZnO/TPU复合材料备用，采用HAAKE MARS60型旋转流变仪对其进行流变性能测试，选用P25/Ti-02150398型平行转子，设定温度190℃、剪切速率0-100s-1、角速度Ω＝0-954.5rpm/min，平板间隙h＝1mm，时间60s。测试结果表明：随着纳米ZnO含量的增加，物料粘度呈下降趋势，且纯聚氨酯原料相比，物料粘度在剪切后期差别不大，前期同样呈下降趋势；另一方面，随着纳米ZnO含量的增加，物料的幂律剪切应力呈明显下降趋势，表明纳米ZnO含量对物料的粘弹性流动具有改善作用，利于成型加工。

表1：纳米ZnO/TPU复合材料抗菌性实验测试结果

Claims (5)

1.一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料，其特征在于：以医用高分子材料为基体，抗菌型纳米粉体为改性材料，通过有机溶剂溶解与物理混合使得抗菌纳米粒子以一定质量分数均匀分散并负载于高分子材料本体而制备得到。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料，其特征在于：所述医用高分子材料，为医用型聚氨酯(TPU)材料；所述的抗菌型纳米粉体，为纳米氧化锌粒子材料，制备方法为：采用六水合硝酸锌、六次甲基四胺、氨水、柠檬酸三钠、去离子水、乙醇通过溶胶-凝胶方法制备，经过200℃煅烧12小时得到，颜色为淡黄色；所述的有机溶剂，为四氢呋喃或其他易挥发、水溶性、中等极性非质子性溶剂；所述的质量分数，是指抗菌型纳米粒子与抗菌型高分子复合材料的质量分数，为1％-5％。

3.根据权利要求1所述的抗菌型医疗导管，是指临床医疗用的体外及体内介入类导管产品及其器具。

4.根据权利要求1所述高分子复合材料，制备方法包括如下步骤：

(1)将医用TPU原料按质量体积比为0.1g/ml加入到盛有有机溶剂的容器内，密封、用内置磁力加热搅拌装置，温度设定30℃，调节搅拌器功率控制转速，搅拌至其完全溶解；

(2)保持温度不变，按1％-5％的质量分数加入抗菌型纳米ZnO粉体并密封，调节搅拌器功率控制转速，保证粉体粒子分散均匀，得到包含有机溶剂的抗菌型纳米ZnO/TPU溶胶；

(3)启封并关闭搅拌装置，将溶胶放置于真空烘干装置内，升温至45℃并抽真空，有机溶剂快速挥发，溶胶固化；

(4)取出块状抗菌纳米ZnO/TPU混合物料，放至于烘干装置内，升温至80℃，烘干并除去残余挥发成分；

(5)将所得到的混合物料破碎、挤出、造粒，包装待用，即可制得抗菌型纳米ZnO/TPU复合材料，该材料可用于成型加工抗病菌粘附性良好的导管类医疗临床器具。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种抗菌型医疗导管用高分子复合材料，其特征在于：所述高分子复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌革兰氏阴性和阳性代表性菌种具有抗菌、抗粘附性和耐久性能，且具有自润滑性能与较低的熔融粘度。