CN111184918B - 具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械及其制备方法,属于抗菌材料技术领域。该具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法包括以下步骤:制备季铵盐型微凝胶粒子,并配置成微凝胶分散液;在清洗干净的曲面造型医疗器械表面涂覆微凝胶分散液,待第一溶剂挥发完全后,再将曲面造型医疗器械置于去离子水中充分浸泡;充分浸泡之后将曲面造型医疗器械置于第二溶剂中,超声处理;超声处理后,置于去离子水中二次浸泡,最后取出干燥,得到具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械。本发明采用季铵盐型微凝胶,能够直接在具有一定曲率表面的医疗器械上形成抗菌涂层。

Description

具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种抗菌材料领域的技术,具体是一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械及其制备方法。
背景技术
在材料表面接枝防止细菌黏附的聚合物,或者在材料上修饰能够直接杀死细菌的杀菌剂都是常用的提升材料表面抗菌的策略。中国专利文献号为CN107115559A和CN107583112A的申请分别通过在医用材料表面制备一层银纳米粒子用于抗菌,取得了不错的效果。而中国专利文献号为CN108866489A的申请通过在医用钛合金材料表面沉积一层钛铜铈纳米涂层,获得了广谱抗菌性能。然而,上述方法制备过程复杂,且金属纳米粒子涂层起到抗菌效果往往需要光、热或者环境气体的辅助,应用场合局限性大,且存在重金属脱落的污染风险,实用性差,利用效率低。
更重要的是对于侵入性的医疗器械而言,其形状往往较为圆润,具有较大的曲面面积。在制作抗菌涂层的过程中,通常需要加入成膜助剂等提升纳米粒子在曲面上的成膜品质和性能,但成膜助剂的使用往往存在一定残留,在医疗器械的使用过程中存在释放的可能,引发安全风险。
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明由此而来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提出了一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械及其制备方法,采用季铵盐型微凝胶,能够直接在具有一定曲率表面的医疗器械上形成抗菌涂层。
本发明涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,包括以下步骤:
制备季铵盐型微凝胶粒子,并溶于第一溶剂中配置成微凝胶分散液;
在清洗干净的曲面造型医疗器械表面涂覆微凝胶分散液,待表面微凝胶分散液中第一溶剂去除完全后,再将曲面造型医疗器械置于去离子水中充分浸泡,使得季铵盐型微凝胶粒子溶胀,未与曲面造型医疗器械表面直接接触因而附着力不足的部分微凝胶在此过程中发生脱落;充分浸泡之后将曲面造型医疗器械置于第二溶剂中,使季铵盐型微凝胶粒子塌缩,在微凝胶粒子重新溶胀之前超声处理,清除未与曲面造型医疗器械直接接触因而附着力不足的季铵盐型微凝胶粒子;超声处理后,置于去离子水中二次浸泡,置换季铵盐型微凝胶粒子制备过程中残留的有机溶剂和/或前述操作中引入的有机溶剂,保证使用安全性,最后取出干燥,得到具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械。
优选地,季铵盐型微凝胶粒子溶胀后,粒径不超过溶胀前粒径的1.2倍;季铵盐型微凝胶粒子塌缩后,粒径不小于溶胀前粒径的80%。
进一步优选地,在去离子水中充分浸泡不少于2h完成溶胀,在去离子水中二次浸泡20min~1h完成溶剂置换。
优选地,超声处理的频率为16~40kHz,处理时间不少于5s。
优选地,涂覆方法采用旋涂法、浸涂法、喷涂法和电泳涂装法中一种。
优选地,通过自然蒸发、吹干或烘干使得曲面造型医疗器械表面微凝胶分散液中第一溶剂挥发或蒸发去除。
优选地,第一溶剂和第二溶剂分别包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中至少一种。
制备季铵盐型微凝胶粒子的步骤包括:将主单体、共单体、交联剂和引发剂按一定摩尔比例加入到溶剂中,持续通入氮气,一段时间后加热升温至引发剂分解,引发主单体和共单体聚合,得到季铵盐型微凝胶粒子;
主单体包括N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、甲基丙烯酸-2-(N.N-二甲氨基)乙酯、乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、寡聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯、N-乙基吗啉甲基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮中至少一种;
共单体包括1-乙烯基咪唑、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶中至少一种。
优选地,主单体、共单体、交联剂和引发剂的摩尔比例为2:(0.015~0.6):(0.075~0.6):(0.05~0.2);进一步优选地,主单体、共单体、交联剂和引发剂的摩尔比例为2:(0.1~0.6):(0.1~0.6):(0.08~0.2)。
优选地,交联剂包括1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷1,6-二溴己烷、1,7-二溴庚烷、1,8-二溴辛烷、1,9-二溴壬烷、1,10-二溴癸烷、1,11-二溴十一烷、1,12-二溴十二烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷、1,7-二氯庚烷、1,8-二氯辛烷、1,9-二氯壬烷中至少一种。
优选地,引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐中至少一种。
优选地,曲面造型医疗器械可以是管材或PET透析膜,管材可以是金属材质、无机非金属材质或有机物材质,有机物材质可以是PU、PVC、硅橡胶、PET。
本发明涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械,采用上述方法制成。
技术效果
与现有技术相比,本发明具有如下技术效果:
1)仅利用季铵盐型微凝胶在具有一定曲率的医疗器械表面物理吸附成膜,无需添加成膜助剂或对基底进行表面改性,对于不同材质基底的适应性好;
2)季铵盐型微凝胶在曲面造型医疗器械表面能够形成紧密堆积的粒子膜,保证了杀菌性能,能够减少手术过程中患者感染细菌的风险。
附图说明
图1为实施例1中季铵盐型微凝胶涂层的AFM照片;
图2为实施例1培养皿中菌落对比图,其中,a为未杀菌处理的培养皿菌落图,b为经实施例1处理后培养皿菌落图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,包括以下步骤:
S1,8mmol的N-乙烯基己内酰胺、1.2mmol的乙烯基咪唑及1.2mmol的1,6-二溴己烷加入到含198mL去离子水的三口烧瓶中,在缓慢搅拌、通入惰性气体氮气及冷凝回流条件下,升温至70℃,保温10分钟;然后加入含100mg偶氮二异丁基脒盐酸盐的去离子水2mL引发反应;在持续通氮气、350-500rpm中速搅拌及冷凝回流条件下,继续反应8小时;最后,将温度缓慢冷却至室温,得到粒径在300-400nm之间的季铵盐型聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子;
S2,将S1制得的季铵盐型聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子分散于乙醇中制成分散液;
S3,利用浸涂法在经超声清洗干净的PU管材表面涂覆步骤S2制得的分散液,浸涂时间为5分钟;浸涂后将PU管材轻轻提拉至空气中,然后在室温下风干,同时溶剂挥发完全;待风干后,将PU管材置于去离子水中浸泡2小时;浸泡之后将PU管材置于乙醇中,微凝胶粒子塌缩,在微凝胶粒子重新溶胀之前采用16~40kHz频率超声波超声处理10秒;超声处理后,将PU管材置于去离子水中浸泡0.5小时,最后取出干燥,得到具有抗菌涂层的PU管材。
利用制得的具有抗菌涂层的PU管材进行细菌培养,然后将其表面的细菌超声下来在琼脂板上再培养,观察菌落的形成情况。
如图1所示,利用原子力显微镜观察PU管材表面成膜情况,从图中可以看出,该季铵盐型微凝胶在聚氨酯表面成膜良好,完整均匀地铺展到管材表面。在本实施例具有抗菌涂层的PU管材片材表面培养细菌,然后将其表面的细菌超声下来在琼脂板上再培养,观察菌落的形成情况,并与直接在培养皿中培养细菌进行对比,如图2中(a)和(b)所示,可以看出,经本实施例处理后细菌几乎全部死亡,抗菌性能优异。
需要说明的是,即使在步骤S3处理过程中,与PU管材表面直接接触的微凝胶粒子出现少量脱落,对于微米级细菌也不影响杀菌效果;因经步骤S3处理后微凝胶粒子的粒径明显小于细菌,且脱落的几率不高、数量较少,这样的抗菌涂层仍然是完整的。
实施例2
本实施例涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,包括以下步骤:
S1,8mmol的N-乙烯基己内酰胺、2.4mmol的乙烯基咪唑及1.2mmol的1,8-二溴辛烷加入到含198mL去离子水的三口烧瓶中,在缓慢搅拌、通氮气及冷凝回流条件下,升温至70℃,保温10分钟;然后加入含150mg偶氮二异丁基脒盐酸盐的去离子水2mL引发反应;在持续通氮气、350-500rpm中速搅拌及冷凝回流条件下,继续反应8小时;最后,将温度缓慢冷却至室温,得到粒径在400-500nm之间的季铵盐型聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子;
S2,将S1制得的季铵盐型聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子分散于乙醇中制成分散液;
S3,利用浸涂法在经超声清洗干净的PU管材表面涂覆步骤S2制得的分散液,浸涂时间为5分钟;浸涂后将PU管材轻轻提拉至空气中,然后在室温下风干,同时溶剂挥发完全;待风干后,将PU管材置于去离子水中浸泡3小时;浸泡之后将PU管材置于乙醇中,微凝胶粒子塌缩,在微凝胶粒子重新溶胀之前采用16~40kHz频率超声波超声处理15秒;超声处理后,将PU管材置于去离子水中浸泡0.5小时,最后取出干燥,得到具有抗菌涂层的PU管材。
实施例3
本实施例涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,包括以下步骤:
S1,8mmol的N-异丙基丙烯酰胺、1.2mmol的乙烯基咪唑及0.6mmol的1,5-二溴丁烷加入到含198mL去离子水的三口烧瓶中,在缓慢搅拌、通氮气及冷凝回流条件下,升温至70℃,保温10分钟;然后加入含150mg偶氮二异丁基脒盐酸盐的去离子水2mL引发反应;在持续通氮气、350-500rpm中速搅拌及冷凝回流条件下,继续反应8小时;最后,将温度缓慢冷却至室温,得到粒径在350-500nm之间的季铵盐型聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶粒子;
S2,将S1制得的季铵盐型聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子分散于乙醇中制成分散液;
S3,利用浸涂法在经超声清洗干净的PU管材表面涂覆步骤S2制得的分散液,浸涂时间为5分钟;浸涂后将PU管材轻轻提拉至空气中,然后在室温下风干,同时溶剂挥发完全;待风干后,将PU管材置于去离子水中浸泡2.5小时;浸泡之后将PU管材置于乙醇中,微凝胶粒子塌缩,在微凝胶粒子重新溶胀之前采用16~40kHz频率超声波超声处理10秒;超声处理后,将PU管材置于去离子水中浸泡1小时,最后取出干燥,得到具有抗菌涂层的PU管材。
对比例1
本实施例涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,包括以下步骤:
S1,8mmol的N-异丙基丙烯酰胺、1.2mmol的乙烯基咪唑及0.6mmol的1,5-二溴丁烷加入到含198mL去离子水的三口烧瓶中,在缓慢搅拌、通氮气及冷凝回流条件下,升温至70℃,保温10分钟;然后加入含150mg偶氮二异丁基脒盐酸盐的去离子水2mL引发反应;在持续通氮气、350-500rpm中速搅拌及冷凝回流条件下,继续反应8小时;最后,将温度缓慢冷却至室温,得到粒径在350-500nm之间的季铵盐型聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶粒子;
S2,将S1制得的季铵盐型聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子分散于乙醇中制成分散液;在该分散液中加入质量分数5%的聚乙烯基吡咯烷酮作为成膜助剂;
S3,利用浸涂法在经超声清洗干净的PU管材表面涂覆步骤S2制得的分散液,浸涂时间为5分钟;浸涂后将PU管材轻轻提拉至空气中,然后在室温下风干,同时溶剂挥发完全;待风干后,将PU管材置于去离子水中浸泡2.5小时;浸泡之后将PU管材置于乙醇中,微凝胶粒子塌缩,在微凝胶粒子重新溶胀之前采用16~40kHz频率超声波超声处理10秒;超声处理后,将PU管材置于去离子水中浸泡1小时,最后取出干燥,PU管材表面的微凝胶全部脱落。
对比例2
本实施例涉及一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,包括以下步骤:
S1,8mmol的N-异丙基丙烯酰胺、0.4mmol的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入到含198mL去离子水的三口烧瓶中,在缓慢搅拌、通氮气及冷凝回流条件下,升温至70℃,保温10分钟;然后加入含150mg过硫酸铵的去离子水2mL引发反应;在持续通氮气、350-500rpm中速搅拌及冷凝回流条件下,继续反应8小时;最后,将温度缓慢冷却至室温,得到粒径在600-700nm之间的聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶粒子;
S2,将S1制得的聚(N-乙烯基己内酰胺)微凝胶粒子分散于乙醇中制成分散液;
S3,利用浸涂法在经超声清洗干净的PU管材表面涂覆步骤S2制得的分散液,浸涂时间为5分钟;浸涂后将PU管材轻轻提拉至空气中,然后在室温下风干,同时溶剂挥发完全;待风干后,将PU管材置于去离子水中浸泡2.5小时;浸泡之后将PU管材置于乙醇中,微凝胶粒子塌缩,在微凝胶粒子重新溶胀之前采用16~40kHz频率超声波超声处理10秒;超声处理后,将PU管材置于去离子水中浸泡1小时,最后取出干燥,PU管材表面的微凝胶全部脱落。
比较实施例1-3与对比例1-2,可以发现,采用本发明实施例制备曲面抗菌涂层的过程中无需添加成膜助剂;若添加成膜助剂,成膜助剂与微凝胶共混成膜后,形成复合涂层,在后续溶胀、塌缩、置换的处理中成膜助剂脱落,与成膜助剂接触的微凝胶粒子也会连带脱落,亦可能因成膜助剂的存在,导致微凝胶粒子与器械表面直接接触面积大大减小,不容易附着而脱落,导致抗菌涂层制备失败。
需要强调的是:以上仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将主单体、共单体、交联剂和引发剂按一定摩尔比例加入到溶剂中,持续通入氮气,一段时间后加热升温至引发剂分解,引发主单体和共单体聚合,得到季铵盐型微凝胶粒子;
季铵盐型微凝胶粒子溶于第一溶剂中配置成微凝胶分散液;
在清洗干净的曲面造型医疗器械表面涂覆微凝胶分散液,待表面微凝胶分散液中第一溶剂去除后,再将曲面造型医疗器械置于去离子水中充分浸泡,使得季铵盐型微凝胶粒子溶胀;充分浸泡之后将曲面造型医疗器械置于第二溶剂中,使季铵盐型微凝胶粒子塌缩,之后超声处理;超声处理后,置于去离子水中二次浸泡,置换季铵盐型微凝胶粒子中有机溶剂,最后取出干燥,得到具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械。
2.根据权利要求1所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,所述季铵盐型微凝胶粒子溶胀后,粒径不超过溶胀前粒径的1.2倍;所述季铵盐型微凝胶粒子塌缩后,粒径不小于溶胀前粒径的80%。
3.根据权利要求2所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,在去离子水中充分浸泡不少于2h完成溶胀,在去离子水中二次浸泡20min~1h完成溶剂置换。
4.根据权利要求1所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,所述超声处理的频率为16~40kHz,处理时间不少于5s。
5.根据权利要求1所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,所述第一溶剂和第二溶剂分别包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中至少一种。
6.根据权利要求1所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,主单体包括N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、甲基丙烯酸-2-(N.N-二甲氨基)乙酯、乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、寡聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯、N-乙基吗啉甲基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮中至少一种;
共单体包括1-乙烯基咪唑、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶中至少一种。
7.根据权利要求6所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,所述交联剂包括1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷、 1,6-二溴己烷、1,7-二溴庚烷、1,8-二溴辛烷、1,9-二溴壬烷、1,10-二溴癸烷、1,11-二溴十一烷、1,12-二溴十二烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷、1,7-二氯庚烷、1,8-二氯辛烷、1,9-二氯壬烷中至少一种。
8.根据权利要求6所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐中至少一种。
9.根据权利要求6所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,所述主单体、共单体、交联剂和引发剂的摩尔比例为2:(0.075~0.6):(0.0375~0.6):(0.025~0.2)。
10.根据权利要求9所述具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械的制备方法,其特征是,主单体、共单体、交联剂和引发剂的摩尔比例为2:(0.1~0.6):(0.1~0.6):(0.08~0.2)。
11.一种具有抗菌涂层的曲面造型医疗器械,其特征在于,采用权利要求1-10任一项所述方法制成。
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