CN111298202A - 一种用于体外膜肺氧合装置（ecmo）的长效抗凝抗菌涂层及其制备方法 - Google Patents

一种用于体外膜肺氧合装置（ecmo）的长效抗凝抗菌涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)将抗凝功能单体、抗菌功能单体以及成膜剂混合后，以自由基聚合的方式，于60～80℃反应10～15h，得抗凝抗菌聚合物；(2)将抗凝抗菌聚合物与溶剂混合即可。本发明设计了一种同时具备抗凝抗菌功能的涂层，能够将防污和杀菌功能很好的结合起来。两种功能相结合，可以起到长效的降低细菌感染的风险。通过合理选择和控制抗菌功能组分的引入，可以很好的保留涂层的抗凝功能。

Description

一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层及其 制备方法
技术领域
本发明属于生物医用新材料及器械技术领域，具体涉及一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层及其制备方法。
背景技术
对于需要长期与血液接触的医疗器械来说，防止血栓的形成和细菌感染是非常关键的技术挑战，尽管肝素和抗生素等药物的使用可以降低一定的风险，但是仍然不能满足临床需求，其原因如下。
一方面，在血液接触器械中，一旦血液接触到器械表面，血小板和纤维蛋白原粘附到材料表面上，激活后会通过纤维蛋白交联固定住血细胞，形成血栓。血栓会阻塞血管，会导致严重的疾病甚至致死。另一方面，细菌通过和器械接触面之间的相互作用附着在器械表面，然后细菌生长繁殖并且分泌细胞外基质，最后会形成生物膜。生物膜形成后，抗生素便失去了作用。这些持续性的感染会导致器械失去原有的功能，造成组织损伤。因此，开发同时具备抗菌和抗凝功能的涂层对于长期使用的血液接触医疗器械是非常重要的。
防污涂层可以降低血小板，蛋白质和血细胞在材料表面的黏附，同时降低血栓的发生几率，常用的方法有表面接枝PEG，两性离子，氟化物等。同时这种防污涂层也可以降低细菌黏附的几率，起到一定的抗菌作用。然而，由于涂层无法做到完美无缺，一旦细菌附着在防污表面，细菌通过成长和繁殖从一个点到一个大区域，最后形成生物膜，这说明单纯的防污涂层不适合长期使用的医疗器械。而另一方面，单纯的具有抗菌性能的涂层难以阻碍细菌的黏附，尤其是死细菌的黏附。因此，亟需设计一种同时具备抗凝抗菌功能的涂层。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层及其制备方法，本申请采用传统的自由基聚合得到具有抗菌，抗凝和交联成膜功能的聚合物，通过简单的浸涂或喷涂方法对器械进行表面改性，具有操作简单、性质稳定且长效高效的优势。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将抗凝功能单体、抗菌功能单体以及成膜剂以摩尔比为0.3～0.9:0.1～0.3:0.03～0.3的比例混合，以自由基聚合的方式，于60～80℃反应10～15h，得抗凝抗菌聚合物；
(2)将抗凝抗菌聚合物与溶剂以重量比为0.5～10:90～99.5的比例混合即可。
进一步地，抗凝功能单体、抗菌功能单体以及成膜剂的摩尔比为0.6:0.1:0.3。
进一步地，抗菌功能单体为侧链带有长碳链季铵盐阳离子的丙烯酸单体；所述长碳链中碳原子数为2-18。
进一步地，抗菌功能单体的制备方法为：
将甲基丙烯酸二甲氨乙酯、溴代正丁烷、乙腈和碘化钠以摩尔比为0.5～1:1～1.5:0.5～4:0.01～0.5的比例混合，于60～80℃回流反应5～7天即可。
进一步地，甲基丙烯酸二甲氨乙酯、溴代正丁烷、乙腈和碘化钠的摩尔比为1:1.3:4:0.01。
进一步地，抗凝功能单体为：甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。
进一步地，成膜剂为甲基丙烯酰氧乙基邻苯二酚、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸酯甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸2-氨基乙基酯盐酸盐、基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟基异丙基中的至少一种。
进一步地，溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇和水中的至少一种。
进一步地，步骤(1)中还包括有引发剂。
进一步地，引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯。
上述方法制备得到的长效抗凝抗菌涂层的使用方法，其具体过程为：将清洗后的基底材料浸入该长效抗凝抗菌涂层溶液中，然后于30～80℃固化1～24h即可。
进一步地，基底材料为体外膜肺氧合装置器械材料，器械种类为循环导管、氧合器表面、离心泵及泵头等。
进一步地，可涂敷的ECMO器械材料包括但不限于聚合物(聚酯类、聚乙烯类、聚乳酸类、聚甲基丙烯酸类)、金属(不锈钢、钛合金、钴铬合金、钕合金等)。
进一步地，该长效抗凝抗菌涂层还可以通过喷涂的方式涂覆在ECMO器械材料表面。
本发明的有益效果为：
本发明设计了一种同时具备抗凝抗菌功能的涂层，能够将防污和杀菌功能很好的结合起来。采用自由基聚合的合成方法可以简单的得到具备抗凝抗菌功能的聚合物。其中，防污功能部分可以降低细菌的黏附，同时提高涂层的抗凝性能。然后，由于涂层的不完整性，一旦细菌粘附在表面，由于杀菌部分的存在，可以阻止细菌的生长和繁殖，使细菌维持在单个细菌粘附的程度，为抗生素药物作用提供条件，降低生物膜形成的风险。两种功能相结合，可以起到长效的降低细菌感染的风险。通过合理选择和控制抗菌功能组分的引入，可以很好的保留涂层的抗凝功能。
附图说明
图1为聚氯乙烯管材的血小板黏附实验检测结果；
图2为涂覆有本申请制备得到的涂层的聚氯乙烯管材的血小板黏附实验检测结果；
图3为聚氯乙烯管材的细菌黏附实验检测结果；
图4为涂覆有本申请制备得到的涂层的聚氯乙烯管材的细菌黏附实验检测结果。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备抗菌功能单体
在反应瓶中加入1质量份的单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)，然后加入1.3质量份的溴代正辛烷，再加入4质量份的乙腈，0.01质量份的碘化钠，60℃回流反应一周。然后浓缩反应液，再加入乙醚沉淀，反复沉淀三次，得到侧链带有季铵盐的甲基丙烯酸单体。
(2)制备抗凝抗菌聚合物
在反应瓶中加入0.23质量份的甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱，0.42质量份的甲基丙烯酸月桂酯，0.05质量份的抗菌功能单体，0.25质量份的甲基丙烯酸羟基异丙基，0.05质量份的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.005质量份的偶氮二异丁酸二甲酯，4质量份的异丙醇，搅拌均匀后通入氮气保护，60℃反应12小时。加入大量丙酮沉淀出聚合物，最后室温真空干燥得到抗凝抗菌聚合物。
(3)将抗凝抗菌聚合物溶解在乙醇中配置成质量分数1％的配方液S1，将配方液S1灌注到聚氯乙烯管路当中，然后流尽配方液。将管路放置在60℃烘箱中，高温固化成膜6小时，得到具有抗凝抗菌涂层改性的聚氯乙烯管材。
实施例2
一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备抗菌功能单体
在反应瓶中加入1质量份的单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)，然后加入1.3质量份的溴代正辛烷，再加入4质量份的乙腈，0.01质量份的碘化钠，60℃回流反应一周。然后浓缩反应液，再加入乙醚沉淀，反复沉淀三次，得到侧链带有季铵盐的甲基丙烯酸单体。
(2)制备抗凝抗菌聚合物
在反应瓶中加入0.28质量份的甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱，0.52质量份的甲基丙烯酸月桂酯，0.1质量份的抗菌功能单体，0.1质量份的异氰酸酯甲基丙烯酸乙酯，0.005质量份的偶氮二异丁酸二甲酯，4质量份的乳酸甲酯，搅拌均匀后通入氮气保护，60℃反应6小时。加入大量丙酮沉淀出聚合物，最后室温真空干燥得到抗凝抗菌聚合物。
(3)将0.8质量份的抗凝抗菌聚合物，0.2质量份的聚乙二醇(分子量500)溶解在乳酸甲酯中配置成质量分数1％的配方液S2，将配方液S2灌注到聚氨酯管路当中，然后流尽配方液。将管路放置在80℃烘箱中，高温固化成膜6小时，得到具有抗凝抗菌涂层改性的聚氨酯管材。
实施例3
一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备抗菌功能单体
在反应瓶中加入1质量份的单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)，然后加入1.3质量份的溴代正丁烷，再加入4质量份的乙腈，0.01质量份的碘化钠，60℃回流反应一周。然后浓缩反应液，再加入乙醚沉淀，反复沉淀三次，得到侧链带有季铵盐的甲基丙烯酸单体。
(2)制备抗凝抗菌聚合物
在反应瓶中加入0.2质量份的甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱，0.4质量份的甲基丙烯酸月桂酯，0.1质量份的抗菌功能单体，0.25质量份的甲基丙烯酸羟基异丙基，0.05质量份的邻苯二酚甲基丙烯酸甲酯，0.005质量份的偶氮二异丁酸二甲酯，4质量份的异丙醇，搅拌均匀后通入氮气保护，60℃反应12小时。加入大量丙酮沉淀出聚合物，最后室温真空干燥得到抗凝抗菌聚合物。
(3)将抗凝抗菌聚合物溶解在乙醇中配置成质量分数1％的配方液S3，将配方液S3灌注到聚氯乙烯管路当中，然后流尽配方液。将管路放置在40℃烘箱中，固化成膜6小时，得到具有抗凝抗菌涂层改性的聚氯乙烯管材。
实施例4 抗血小板黏附实验
将血液离心后得到含有血小板的血浆PRP，以未处理的聚氯乙烯管材作为对照，将实施例1制得的样品和对照样品浸没在PRP中，37℃，2小时。然后用生理盐水漂洗样品，然后用戊二醛固定，再用乙醇/水梯度脱水，最后用电子扫描显微镜观察血小板在管材内表面的黏附情况。其结果分别见图1和图2。
图1为对照样血小板黏附检测结果；图2为本申请制备得到的样品血小板黏附检测结果。
根据图1和图2的检测结果可知，将未经处理的聚氯乙烯管材浸没至血浆PRP 2h后，其表面会黏附有大量的血小板；而本申请制备得到的样品表面则几乎是没有血小板黏附，由此可以看出本申请制备得到的产品具有优异的抗血小板黏附功效。
实施例5 抗金黄色葡萄球菌黏附实验
将实验室保存的金黄色葡萄球菌菌种在肉汤培养基中培养一天，得到含有细菌的菌液。将对照样品和本申请实施例1制备得到的样品浸没在菌液中，37℃，12小时。然后用生理盐水漂洗样品，然后用戊二醛固定，再用乙醇/水梯度脱水，最后用电子扫描显微镜观察细菌在管材内表面的黏附情况。其结果见图3和图4。
图3为为对照样表面细菌黏附检测结果；图2为本申请制备得到的样品表面细菌黏附检测结果。
根据图3和图4的检测结果可知，将未经处理的聚氯乙烯管材浸没至菌液中12h后，其表面会黏附有大量的细菌；而本申请制备得到的样品表面则只黏附有少量的细菌，由此可以看出本申请制备得到的产品具有优异的抗菌功效。

Claims (10)

1.一种用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将抗凝功能单体、抗菌功能单体以及成膜剂以摩尔比为0.3～0.9:0.1～0.3:0.03～0.3的比例混合，于60～80℃反应10～15h，得抗凝抗菌聚合物；
(2)将抗凝抗菌聚合物与溶剂以重量比为0.5～10:90～99.5的比例混合即可。
2.根据权利要求1所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述抗凝功能单体、抗菌功能单体以及成膜剂的摩尔比为0.6:0.1:0.3。
3.根据权利要求1或2所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述抗菌功能单体为侧链带有长碳链季铵盐阳离子的丙烯酸单体；所述长碳链中碳原子数为2-18。
4.根据权利要求3所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述抗菌功能单体的制备方法为：
将甲基丙烯酸二甲氨乙酯、溴代正丁烷、乙腈和碘化钠以摩尔比为0.5～1:1～1.5:0.5～4:0.01～0.5的比例混合，于60～80℃回流反应5～7天即可。
5.根据权利要求4所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸二甲氨乙酯、溴代正丁烷、乙腈和碘化钠的摩尔比为1:1.3:4:0.01。
6.根据权利要求1或2所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述抗凝功能单体为：甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述成膜剂为甲基丙烯酰氧乙基邻苯二酚、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸酯甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸2-氨基乙基酯盐酸盐、基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟基异丙基中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的用于体外膜肺氧合装置(ECMO)的长效抗凝抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇和水中的至少一种。
9.权利要求1～8任一项所述方法制备得到的长效抗凝抗菌涂层的使用方法，其特征在于，将清洗后的基底材料浸入该长效抗凝抗菌涂层溶液中，然后于30～80℃固化1～24h即可。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述基底材料为体外膜肺氧合装置器械材料；所述器械材料的材质为聚合物或金属。
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