CN110464882A - 一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管及其制备方法 - Google Patents

一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管及其制备方法，所述输尿管支架管表面含有亲水抗菌层，通过端氨基树状大分子的聚阳离子作用实现对细菌的触杀作用，通过形成水合层防止蛋白黏附。所述制备方法包括将可降解材料制得的输尿管支架管浸于盐酸多巴胺的Tris‑HCl缓冲液中，使多巴胺在支架管表面自聚合，随后接枝聚酰胺‑胺树状大分子，清洗干燥后得到接枝有亲水抗菌层的可降解输尿管支架管。本发明制备简单，亲水抗菌层可靠接枝于支架管表面，亦有润滑作用，且不存在抗菌剂的释放及由此带来的毒性，具备较好的生物相容性。

Description

一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管及其制备方法
技术领域
本发明属于医用材料及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于树状大分子的高度亲水的抗菌可降解输尿管支架管及其制备方法。
背景技术
输尿管支架管具有内引流和内支架双重作用，是泌尿外科的常见引流工具，主要用于肾输尿管结石、肾积水、输尿管肿瘤、肾移植等手术以及输尿管狭窄的扩张治疗。
输尿管支架管的留置时间一般为2-6周，而临床上现有的输尿管支架管均为不可降解的聚氨酯支架管，植入期过后需进行二次手术取出支架，损伤患者尿路系统。如支架管长期放置会导致更加严重的后果，如肾功能丧失,甚至需要切除肾脏。给患者带来身体、精神、经济上的重大损伤。
此外，留置输尿管支架管一个月内，尿路感染发生率达26.47％。尿路感染指在泌尿系统内存在微生物病原体，是最常见的感染形式，可导致尿频尿急、尿路刺激、血尿甚至死亡。对泌尿系统病原菌的分布及耐药性的分析表明，病原菌中包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌及真菌，种类多达数十种。其中大肠杆菌占40％，肺炎克雷伯菌占16.8％，粪肠球菌和葡萄球菌属分别占8.3％和6.9％，占比最高的三种病原菌对常用抗菌药物均表现出较强的耐药性。
泌尿系统本有天然的抗菌机制，尿路感染的发生是由于支架管植入过程不可避免的对尿道粘膜造成损伤，并引入尿道口细菌。而泌尿系统的功能恢复需要1-2周，这也是防止尿路感染最关键的时期。因此，理想的输尿管支架管应具有至少1-2周的抗菌效果，并具备广谱抗菌及低耐药性。
对可降解输尿管支架管进行长效的抗菌整理，获得满足临床需求的输尿管支架管，具有重要的临床意义。现有的医用植入或介入导管的抗菌整理主要有以下两种方式：
1)将抗生素或者有机抗菌剂通过本体添加或者表面涂覆的方式与植入物结合，通过抗生素的特定抗菌基团抑制细菌的增殖。例如：中国专利CN 201711017420.0一种高分子抗菌涂层的制备方法，用海藻酸钠纳米铁有机-金属框架(Fe-MOF)抗菌涂层液和聚乙烯醇-壳聚糖纳米涂层液双层复合形成完整、平滑的有机高分子液膜，该液态薄膜可抑制蛋白、细菌、人体细胞等在外周静脉导管表面的粘附和生物膜的形成，然而，甲壳素或壳聚糖衍生物的抗菌效果较弱，且其与本体表面无共价键合，结合力弱，易于脱落。中国专利CN108837185A一种超亲水抗菌输尿管及其制备方法将PVC输尿管支架浸入到一定浓度高锰酸钾的硫酸溶液中，酸化处理后，将PVC管加入到一定浓度的超支化聚合物中，然后，将氨基化修饰的PVC管经蒸馏水充分洗涤，得到超亲水抗菌PVC输尿管支架。该发明用接枝法处理输尿管有较稳定的抗菌效果。但由于此方法需对材料进行一定的化学预处理，而可降解材料在酸或碱环境力学性能急剧损失，此方法不适用于可降解材料的抗菌处理。
2)将无机载银、铜或锌类抗菌剂与导管本体复合，通过释放抗菌金属离子(Ag+、Cu2 +或Zn2+)或者其纳米粒子与硅橡胶表面细菌作用而实现抗菌。例如：中国专利CN 102908712A输尿管支架及其制作方法，将输尿管支架浸渍于纳米银粒子的液态溶剂中，形成抗菌本体。再将支架浸渍于聚乙烯吡咯烷酮溶液中，提高支架亲水性。然而，抗菌金属离子或者纳米颗粒的不断析出和累积，破坏周围组织的微环境平衡，干扰周围细胞的正常生长，促使细胞内活性氧(ROS)的含量升高，产生细胞毒性，导致植入物的生物相容性差。
由此可见，现有的技术方案无法满足可降解支架力学性能、抗菌效果及生物相容性的多方面要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将可降解材料制成的输尿管支架管清洗、干燥，备用；
步骤2：将盐酸多巴胺和三(羟甲基)氨基甲烷(Tris-HCl)溶于去离子水中，配制成溶液并调节pH值；
步骤3：将步骤1所得的输尿管支架管放入步骤2所得的溶液中，浸渍，然后取出清洗，干燥；
步骤4：将端氨基树状大分子溶于去离子水中，配制成溶液，备用；
步骤5：将步骤3所得输尿管支架管放入步骤4所得溶液中，在紫外光照下进行交联反应，然后取出清洗，干燥；
步骤6：将步骤5所得的输尿管支架管灭菌，真空密封包装，得到亲水抗菌可降解的输尿管支架管。
优选地，所述步骤1中可降解材料包括聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯-丙交酯(PGLA)或聚对二氧环己酮(PPDO)中的一种。
优选地，所述步骤2中溶液中盐酸多巴胺浓度为0.1～5wt％，三(羟甲基)氨基甲烷(Tris-HCl)浓度为1～40mM，pH值为7～9。
优选地，所述步骤3中浸渍温度为20～40℃，浸渍时间为10～24h，浸渍环境为有氧环境。
优选地，所述步骤3清洗为去离子水中超声清洗，时间为15～30min。
优选地，所述步骤4中，所述端氨基树状大分子为0.5-5代(G0.5～G5)的聚酰胺-胺型树状高分子，溶液浓度为0.01～10wt％。
优选的，所述步骤5中，紫外波长范围为280～400nm，交联反应温度为20～60℃，交联反应时间为0.5～4h。
优选地，所述步骤6中，灭菌为用环氧乙烷灭菌，灭菌时间为60min。
本发明还提供了由上述方法制备的亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其特征在于，所述输尿管支架管内部为输尿管支架管本体，表面为亲水抗菌层；所述亲水抗菌层为聚多巴胺和端氨基树状大分子。
优选地，所述输尿管支架管表面氨基(聚多巴胺和树状大分子的端氨基)浓度为1～9.9*10-5mmol/cm2。
优选地，所述输尿管支架管水接触角小于30°。
优选地，所述输尿管支架管体外降解24小时后抗菌率达99％以上，两周后，支架主体抗菌率仍达70％。
本发明的原理在于：
端氨基树状大分子及聚多巴胺含有丰富的氨基基团，能够与水分子存在氢键结合，并形成水合层。蛋白优先与水合层接触，避免黏附于管壁。聚酰胺-胺树状大分子的端氨基在酸性及中性溶液中形成聚阳离子结构，与细菌表面带负电的细胞膜结合，对细菌有触杀效应。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明所制得输尿管支架管并非对支架管进行简单的涂层处理，而是将利用仿海洋贻贝的聚多巴胺为粘合剂，其在材料表面有自聚合性能，与支架结合紧密。树状大分子与聚多巴胺层间为共价键连接，效果持久不易脱落。
2.本发明所制得输尿管支架管抗菌机理为接触杀菌，不会释放游离抗菌剂，细胞毒性评级达到1级或0级，具有低耐药性和低生物毒性。
3.本发明所制得输尿管支架管有亲水抗菌层，可防止蛋白黏附。且在尿液冲刷下，可防止细菌尸体堆积。抗菌效果长达1-2周。
4.制备工艺上，本发明的输尿管支架管改性过程中不涉及酸碱预氧化处理，改性条件温和，对支架本体力学性能不产生负面影响。
附图说明
图1为本发明的亲水抗菌可降解的输尿管支架管的截面示意图。
附图标记说明：1为输尿管支架管本体，2为亲水抗菌层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种长效抗菌可降解的输尿管支架管，其具体制备步骤如下：
步骤1：将由PGLA(910)制成的输尿管支架管放入去离子水中超声清洗15min、放入空气层流柜干燥；备用。
步骤2：将0.2g盐酸多巴胺和0.12g三(羟甲基)氨基甲烷(Tris-HCL)放入100mL去离子水中混合均匀，用0.01M NaOH和0.01M HCL滴定pH值至8.5；
步骤3：将步骤1所得的支架管放入步骤2所得的溶液中，在37℃有氧环境下浸渍24h后取出，去离子水中超声清洗20min后干燥；
步骤4：将G3聚酰胺-胺树状大分子溶于去离子水中，配置成0.5wt％的溶液；
步骤5：将步骤3所得支架管放入步骤4所得溶液中，在波长为350nm的紫外光下室温交联2h后取出，去离子水冲洗后三次后放入空气层流柜中干燥；
步骤6：将步骤5所得的输尿管支架管用环氧乙烷灭菌，灭菌时间为60min，灭菌后的输尿管支架管真空密封包装，并在常温下运输储存。
所得的长效抗菌可降解的输尿管支架管中表面氨基浓度为3.45*10-5mmol/cm2，水接触角为20.3°。
参照GB/T10944.3纺织品抗菌性能评价第3部分振荡法对制得的支架进行体外抗菌实验，对大肠杆菌抗菌率为99.96％，对金黄色葡萄球菌抗菌率为99.99％。参照GB/T16886.51997/ISO10993.5-2009第5部分：体外细胞毒性试验对支架管进行细胞毒性试验，细胞毒性评级为0级。
参照ISO 10993-13-2010《医疗器械生物学评价—第13部分：聚合物医疗器械的降解产物定性与定量》对支架管进行体外降解实验，4周后主体降解。其中，降解两周后对大肠杆菌抗菌率为91.32％，对金黄色葡萄球菌抗菌率为93.55％。
实施例2
如图1所示，本实施例提供了一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其具体制备步骤如下：
步骤1：将由PGA制成的输尿管支架管放入去离子水中超声清洗15min、放入空气层流柜干燥；备用。
步骤2：将0.2g盐酸多巴胺和0.12g三(羟甲基)氨基甲烷(Tris-HCL)放入100ml去离子水中混合均匀，用0.01M NaOH和0.01M HCL滴定pH值至8.5；
步骤3：将步骤1所得的支架管放入步骤2所得的溶液中，在37℃有氧环境下浸渍24h后取出，超声清洗20min后干燥；
步骤4：将G1聚酰胺-胺树状大分子溶于去离子水中，配置成3wt％的溶液；
步骤5：将步骤3所得支架管放入步骤4所得溶液中，在40℃下反应3h后取出，去离子水冲洗三次后，放入空气层流柜中干燥；
步骤6：将步骤5所得的输尿管支架管用环氧乙烷灭菌，灭菌时间为60min，灭菌后的输尿管支架管真空密封包装，并在常温下运输储存。
所得的长效抗菌可降解的输尿管支架管中表面氨基浓度为1.21*10-5mmol/cm2，水接触角为29.2°。
参照GB/T10944.3纺织品抗菌性能评价第3部分振荡法对支架进行体外抗菌实验，对大肠杆菌抗菌率为99.31％，对金黄色葡萄球菌抗菌率为99.94％。参照GB/T16886.51997/ISO10993.5-2009第5部分：体外细胞毒性试验对支架管进行细胞毒性试验，细胞毒性评级为0级。
参照ISO 10993-13-2010《医疗器械生物学评价—第13部分：聚合物医疗器械的降解产物定性与定量》对支架管进行体外降解实验，3周后主体降解。其中，降解两周后对大肠杆菌抗菌率为70.98％，对金黄色葡萄球菌抗菌率为83.16％
实施例3
如图1所示，本实施例提供了一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其具体制备步骤如下：
步骤1：将由PGLA(730)制成的输尿管支架管放入去离子水中超声清洗15min、放入空气层流柜干燥；备用。
步骤2：将0.4g盐酸多巴胺和0.12g三(羟甲基)氨基甲烷(Tris-HCL)放入100ml去离子水中混合均匀，用0.01M NaOH和0.01M HCL滴定pH值至8.5；
步骤3：将步骤1所得的支架管放入步骤2所得的溶液中，在37℃有氧环境下浸渍24h后取出，超声清洗20min后干燥；
步骤4：将G5聚酰胺-胺树状大分子溶于去离子水中，配置成0.5wt％的溶液；
步骤5：将步骤3所得支架管放入步骤4所得溶液中，在波长为350nm的紫外光下室温交联2h后取出，去离子水冲洗三次后放入空气层流柜中干燥；
步骤6：将步骤5所得的输尿管支架管用环氧乙烷灭菌，灭菌时间为60min，灭菌后的输尿管支架管真空密封包装，并在常温下运输储存。
所得的长效抗菌可降解的输尿管支架管中表面氨基浓度为4.66*10-5mmol/cm2，水接触角为17.2°。
参照GB/T10944.3纺织品抗菌性能评价第3部分振荡法对支架进行体外抗菌实验，对大肠杆菌抗菌率为99.99％，对金黄色葡萄球菌抗菌率为99.99％。参照GB/T16886.51997/ISO10993.5-2009第5部分：体外细胞毒性试验对支架管进行细胞毒性试验，细胞毒性评级为0级。
参照ISO 10993-13-2010《医疗器械生物学评价—第13部分：聚合物医疗器械的降解产物定性与定量》对支架管进行体外降解实验，6周后主体降解。其中，降解两周后对大肠杆菌抗菌率为92.04％，对金黄色葡萄球菌抗菌率为95.86％。

Claims (10)

1.一种亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将可降解材料制成的输尿管支架管清洗、干燥，备用；
步骤2：将盐酸多巴胺和Tris-HCl溶于去离子水中，配制成溶液并调节pH值；
步骤3：将步骤1所得的输尿管支架管放入步骤2所得的溶液中，浸渍，然后取出清洗，干燥；
步骤4：将端氨基树状大分子溶于去离子水中，配制成溶液，备用；
步骤5：将步骤3所得输尿管支架管放入步骤4所得溶液中，在紫外光照下进行交联反应，然后取出清洗，干燥；
步骤6：将步骤5所得的输尿管支架管灭菌，真空密封包装，得到亲水抗菌可降解的输尿管支架管。
2.如权利要求1所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中可降解材料为聚乙交酯、聚丙交酯、聚乙交酯-丙交酯或聚对二氧环己酮中的一种。
3.如权利要求1所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，所述步骤2中溶液中盐酸多巴胺浓度为0.1～5wt％，Tris-HCl浓度为1～40mM，pH值为7～9。
4.如权利要求1所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，所述步骤3中浸渍温度为20～40℃，浸渍时间为10～24h，浸渍环境为有氧环境。
5.如权利要求1所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述端氨基树状大分子为0.5-5代的聚酰胺-胺型树状高分子，溶液浓度为0.01～10wt％。
6.如权利要求1所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，紫外波长范围为280～400nm，交联反应温度为20～60℃，交联反应时间为0.5～4h。
7.权利要求1～6任一项所述方法制备的亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其特征在于，所述输尿管支架管内部为输尿管支架管本体，表面为亲水抗菌层；所述亲水抗菌层为聚多巴胺和端氨基树状大分子。
8.如权利要求7所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其特征在于，所述输尿管支架管表面氨基浓度为1～9.9*10-5mmol/cm2。
9.如权利要求7所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其特征在于，所述输尿管支架管水接触角小于30°。
10.如权利要求7所述亲水抗菌可降解的输尿管支架管，其特征在于，所述输尿管支架管体外降解24小时后抗菌率达99％以上，两周后，支架主体抗菌率仍达70％。
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