CN113194720B - 能够具有抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够具有抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备，其包括具有表面的设备主体，其中所述设备主体被配置成将支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒锚定在其表面处，其中设备主体包括结合到设备主体的表面的支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒，其中所述热纳米颗粒能够通过在与热纳米颗粒的光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的波长匹配的波长范围内的光照射来增加其温度，以及抗菌物质，其中抗菌物质能够从设备主体释放。此外，本发明涉及用于制造该设备的方法。

Description

能够具有抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备
技术领域
本发明涉及能够具有抗菌活性（activity）、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备。
背景技术
生物膜在医学上是重要的，因为其可能引起体内大多数微生物感染。例如，生物膜引起许多由设备、特别是提供用于永久或暂时插入患者的体内的医疗设备的微生物移生导致的感染。
因此，相当大量的工作已经指向于防止微生物在医疗设备上的移生，例如通过使用诸如抗生素之类的抗菌剂。
然而，微生物不断地适应新的化学物质，由此产生对所述化学物质的抗性。因此，寻找新的解决方案来抑制或停止在诸如医疗设备之类的设备上的微生物移生变得越来越具有挑战性。
WO 2015/049267 A1涉及能够具有抑菌活性、杀菌活性和抗菌活性的修改表面。表面包括被配置成锚定支持局部表面等离子体共振的热纳米颗粒和支持结合到形成热涂层的基底的表面的局部表面等离子体共振的热纳米颗粒的基底。热纳米颗粒能够通过在与纳米颗粒的局部表面等离子体共振的波长匹配的波长范围内的光照射来增加其温度，由此热涂层升高其温度，从而允许热涂层的温度升高以避免微生物附着到基底的表面，以抑制基底的表面上的生物膜的形成和/或以破坏基底的表面上已经形成的生物膜。
虽然从WO 2015/049267 A1已知的修改表面体现了抑制或停止在诸如医疗设备之类的设备上的微生物移生的有效解决方案，但是仍然需要提供一种感染预防和/或生物膜抑制和/或生物膜破坏的新颖的方式，其对于任何类型的设备而言将是足够的，并且其性质将被保持达长期。
发明内容
目的和解决方案
鉴于前述内容，引起本发明的目的因此是使展现抗菌活性、特别是与从现有技术已知的设备相比而言优化的或更有效的抗菌活性的设备可用。
该目的通过根据独立权利要求1所述的设备来实现。其优选实施例在从属权利要求和本说明书中限定。所有权利要求各自的主题和措辞通过明确的引用特此并入本说明书中。
根据第一方面，本发明涉及能够具有抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备。该设备可以是医疗设备或非医疗设备。如下文中所公开的，本发明的设备优选地是医疗设备。
所述设备包括具有表面的设备主体，其中所述设备主体被配置成将支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒锚定或结合在其表面处，即在所述设备主体的表面处，其中所述设备主体包括
-热纳米颗粒，所述热纳米颗粒支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振，并且所述热纳米颗粒结合或锚定到所述设备主体的表面，其中所述热纳米颗粒能够通过在与所述热纳米颗粒的光学共振、特别是局部化表面等离子体共振（LSPR）的波长匹配的波长范围内的光照射来增加其温度，以及
-抗菌物质，其中所述抗菌物质能够从所述设备主体释放，即释出（liberate）或移除。
设备主体的表面优选地充当等离子体超表面，其支承光耦合到的表面等离子体。
此外，热纳米颗粒优选地在设备主体的表面上形成热涂层，其中热涂层在热纳米颗粒以其光学波长、特别是LSPR波长的光照射时升高其温度，其中热涂层的温度升高允许避免微生物附着到设备主体的表面和/或抑制或停止在设备主体的表面上形成生物膜和/或破坏设备主体的表面上已经形成的生物膜。
由光照射驱动的热纳米颗粒的电子的相干振荡导致纳米颗粒的温度升高，由此热纳米颗粒、特别是包括热纳米颗粒的热涂层通过热扩散被额外加热。
热纳米颗粒、特别是包括热纳米颗粒的热涂层的温度升高诱导由微生物用于粘附到设备主体的表面的细胞外聚合物质的破坏或改变，因此防止其附着到设备主体的表面。此外，设备主体的表面的这种温度升高也破坏已经粘附到设备主体的表面的微生物，因此抑制生物膜的创建。
如根据本发明所使用的术语“能够具有抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备”是指抗菌设备、特别是抑菌设备或杀菌设备。
如根据本发明所使用的术语“抗菌设备”是指能够杀死微生物或停止其生长、特别是在设备表面上的生长的设备。
如根据本发明所使用的术语“抑菌设备”是指能够停止细菌繁殖、特别是在设备表面上繁殖的设备。
如根据本发明所使用的术语“杀菌设备”是指能够杀死细菌、特别是在设备表面上的细菌的设备。
因此，如根据本发明所使用的术语“抗菌物质”是指能够杀死微生物或停止其生长的物质或试剂，如根据本发明所使用的术语“抑菌物质”是指能够停止细菌繁殖的物质或试剂，并且如根据本发明所使用的术语“杀菌物质”是指能够杀死细菌的物质或试剂。
因此，根据前一段落，如根据本发明所使用的术语“抗菌物质”也可以表示为“抗菌剂”。因此，如根据本发明所使用的术语“抑菌物质”也可以表示为“抑菌剂”。此外，如根据本发明所使用的术语“杀菌物质”也可以表示为“杀菌剂”。
如根据本发明所使用的术语“微生物”是指任何类型的单细胞生物体，包括细菌和/或真菌和/或还指病毒。优选地，如根据本发明所使用的术语“微生物”是指致病微生物或病原体，特别是细菌和/或真菌和/或病毒和/或其组分。
如根据本发明所使用的术语“纳米颗粒”是指具有从10 nm至1 μm、特别是10 nm至≤100 nm、优选地是10 nm至<100 nm的平均颗粒直径的颗粒。平均颗粒直径可借助于诸如动态光散射、透射电子显微镜（TEM）或扫描电子显微镜（SEM）之类的常规方法确定。
术语“表面等离子体共振”（SPR）是指由入射光（光照射）激发的材料的电子的集体共振振荡。当光的频率（波长范围）与违背（against）正核的恢复力振荡的准自由电子的自然频率（波长带）匹配或耦合时，建立共振状态。以纳米尺寸的纳米颗粒中的SPR也称为局部化表面等离子体共振（LSPR）。
如根据本发明所使用的术语“光照射”或“照射的光”是指用于升高热纳米颗粒的温度的光学波长的范围。该光的波长应当与热纳米颗粒的波长光学共振、特别是波长等离子体共振重叠。对于被适配或提供以用于永久或临时插入患者的体内的医疗设备而言，特别是对于外科移植物而言，照射的波长范围优选地在750 nm至1200 nm内。
如根据本发明所使用的术语“热纳米颗粒”是指纳米颗粒，特别是等离子体纳米颗粒，其被设计以在光照射时在纳米颗粒内部生成电场。特别地，热纳米颗粒可以是等离子体纳米颗粒，其被设计以在光照射时将入射光吸收到纳米颗粒中，并且主要将被纳米颗粒拦截的光和存储在电子云中的对应能量消散到离子网络中，从而在纳米颗粒上生成加热。
因此，本发明的热纳米颗粒被配置成当其被光照射时在热纳米颗粒的内部生成电场。因此，热纳米颗粒内部的生成的电场负责热纳米颗粒的热生成，并且热纳米颗粒内部的热生成的功率与吸收横截面成正比。
如根据本发明所使用的术语“生物膜”是指嵌入在细胞外物质中、优选地嵌入在多聚糖基质中、并且粘附到固体生物和/或非生物表面（诸如医疗设备的表面）、特别是外科移植物的表面的微生物的积累。
本发明基于出人意料的发现，即两个抗菌概念（即锚定或结合到设备主体的表面的支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒和能够从设备主体释放的抗菌物质）的组合导致与仅实现两个概念之一的设备（特别是医疗设备）相比，设备的抗菌活性大幅改进并因此优化。
更具体地，通过组合以上两个概念，发明人可以确认以下想不到的效果：
- 支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒和能够从设备主体释放的抗菌物质的组合导致设备主体的表面在光照射下的相当大的温度增加。这种相当大的温度升高在改进的生物膜预防和/或改进的生物膜破坏方面是特别有利的。这种想不到的改进在医疗应用中尤其相关，在医疗应用中所应用的光的强度受皮肤疼痛或损伤限制，并且到达设备的强度受组织中的光的衰减限制。该方面中的任何改进在抗菌、特别是抑菌和/或杀菌、功效和患者依从性方面则是重要的。
- 此外，发明人能够确认，在设备的光照射期间发生抗菌物质的瞬时且增强的释放。抗菌物质的这种增加的释放在优化的生物膜预防和/或优化的生物膜破坏方面也是有利的。
以上效果可以在期望的情况下有利地以非侵入性方式和/或重复地实现，和/或在必要的情况下在必要时的任何时间和/或在长时间段内和/或局部受限地实现。
由发明人使用外科网状物（surgical mesh）作为设备主体成功地证明了以上效果。
抗菌物质可以是抑菌物质或杀菌物质。
在本发明的实施例中，抗菌物质能够以离子状态、优选地以阳离子状态、特别是与水或含水液体（特别是诸如血液、尿液、组织液等之类的体液）接触的状态下从设备主体释放。
原则上，抗菌物质可以以中性或非离子状态存在于设备主体中，并且可以在其从设备主体释放之前和/或之后转换到离子状态、优选地转换到阳离子状态。优选地，与水或含水液体（特别是诸如血液、尿液、组织液等之类的体液）接触的抗菌物质可以转换到离子状态、优选地转换到阳离子状态。
在本发明的另外的实施例中，抗菌物质以离子状态、优选地以阳离子状态存在于设备主体中。
如根据本发明所使用的术语“离子状态”或“阳离子状态”优选地包括或限定抗菌物质的金属阳离子，特别是单价或二价金属阳离子，或合金阳离子，特别是单价或二价合金阳离子。
如根据本发明所使用的术语“金属阳离子”是指包括金属或由金属组成的阳离子，特别是单价或二价阳离子。关于可能的金属，参考以下描述。
因此，如根据本发明所使用的术语“合金阳离子”是指包括合金或由合金组成的阳离子，特别是单价或二价阳离子。关于可能的合金，还参考以下描述。
在本发明的另外的实施例中，抗菌物质包括金属或合金或由金属或合金组成。
如根据本发明所使用的术语“合金”是指金属的组合，即至少两种不同金属的组合，或是指至少一种金属和至少一种诸如硅之类的非金属的组合。
优选地，金属或合金选自由银、金、铜、锌、钛及其合金组成的分组。
更优选地，金属是银。在这点上，本发明的优点尤其明显。
可替代地或组合地，抗菌物质可以包括金属氧化物或由金属氧化物组成。金属氧化物可以选自由氧化银、氧化金、氧化铜、氧化锌、氧化钛及其组合组成的分组。
此外，抗菌物质可以包括与热纳米颗粒不同的材料或由与热纳米颗粒不同的材料组成。
在本发明的另外的实施例中，抗菌物质体现或限定为金属阳离子，特别是可离子交换的金属阳离子。金属阳离子可以是单价或二价金属阳离子。优选地，金属阳离子选自由银离子、金离子、铜离子、锌离子、钛离子及其组合组成的分组。
在本发明的另外的实施例中，设备主体还包括载体，优选地为用于抗菌物质的载体。换句话说，抗菌物质优选地由载体支承。
如根据本发明所使用的术语“载体”是指适配成携带或支承抗菌物质的材料或结构。
由于载体的存在，可以有利地诱导设备主体的一些表面粗糙度，特别是在设备主体的表面上，由此优选地引入与热纳米颗粒的光相互作用的增强。此外，由于载体的存在，可以有利地修改设备主体朝向光的光学行为（透射和/或色散和/或反射），由此通过热纳米颗粒诱导更好的光转化成热的效率（yield）。
优选地，载体不能够从设备主体释放，即释出或移除。特别地，载体可以牢固地结合到设备主体，特别是结合到设备主体的材料。关于用于设备主体的合适的材料，参考以下描述。
更优选地，载体是颗粒载体，即被限定或体现为颗粒的载体，特别是被限定或体现为微粒的载体。在这点上，另外出人意料的是，设备主体中的抗菌物质的比例越高，设备主体的表面在光照射期间的温度升高越高。颗粒可以具有从100 nm至20 μm、特别是500 nm至10 μm、优选地是1 μm至5 μm的平均直径。平均颗粒直径可以借助于诸如动态光散射、透射电子显微镜（TEM）或扫描电子显微镜（SEM）之类的常规方法确定。
在本发明的另外的实施例中，载体是多孔的，优选地是开孔的。特别地，载体可以包括具有从1 Å至500 Å、特别是1 Å至100 Å、优选地是1 Å至20 Å的平均直径的孔。平均孔直径也可以借助于诸如动态光散射、透射电子显微镜（TEM）或扫描电子显微镜（SEM）之类的常规方法确定。
此外，抗菌物质优选地被吸附到或位于载体的表面上和/或优选地包含在载体的孔和/或空隙中或其内。
更优选地，抗菌物质与载体非共价地结合，特别是与载体的外部和/或多孔表面非共价地结合。特别优选地，抗菌物质借助于离子相互作用结合到载体，特别是结合到载体的外部和/或多孔表面。因此，可以在延长的时间段内有利地促进和/或维持抗菌物质在设备的光照射期间的增强的释放。
原则上，载体可以包括变化的或不同比例的抗菌物质，其可以从设备主体释放，特别是与水或诸如体液之类的含水液体接触。
在本发明的另外的实施例中，抗菌物质具有与载体的总重量（即包括抗菌物质的载体的总重量）有关的从按重量计算的0.01%至按重量计算的15%、特别是按重量计算的1%至按重量计算的5%、优选地是按重量计算的0.5%至按重量计算的3%、更优选地是按重量计算的0.5%至按重量计算的2.5%的比例。
此外，抗菌物质和载体一起可以具有与设备或设备主体的总重量有关的从按重量计算的0.01%至按重量计算的20%、特别是按重量计算的1%至按重量计算的10%、优选地是按重量计算的2%至按重量计算的5%的比例。
此外，载体可以具有选自由以下各项组成的分组的形状：杆形形状、圆柱形状、三角形形状、锥体形状、立方体形状、球形形状、星形形状及其组合。
在本发明的另外的实施例中，载体是沸石。沸石可以是天然沸石或合成沸石。
如根据本发明所使用的术语“沸石”是指具有由下式表示的三维骨骼结构的铝硅酸盐：XM2/nO·Al2O3·YSiO2·ZH2O，其中M表示可离子交换的离子，通常为一价或二价金属离子，n表示（金属）离子的原子价，X和Y分别表示金属氧化物和二氧化硅的系数，并且Z表示结晶的水的数量。
特别地，如根据本发明所使用的沸石可以选自由以下各项组成的分组：A型沸石、X型沸石、Y型沸石、T型沸石、高二氧化硅沸石、方钠石、发光沸石、方沸石、斜发沸石、菱沸石和毛沸石。
特别优选地，载体是多微孔结晶化铝硅酸盐。这种类型的沸石有利地在待使用的非常高的温度下（例如在与聚合材料的共挤压过程期间）是稳定的。
例如，沸石可以是按照符号“AW10D”市售（commercially available）的沸石，其是来自Agion的AW沸石类型，其包括与沸石的总重量（即包括银离子的沸石的总重量）有关的按重量计算的0.5%至按重量计算的0.6%的银离子比例。可替代地，沸石可以是来自Agion的AJ沸石类型，其包括与沸石的总重量（即包含银离子的沸石的总重量）有关的按重量计算的2.5%或近似按重量计算的2.5%的银离子比例。
此外，沸石可以通过利用银离子和/或铜离子和/或锌离子来替换沸石中的可离子交换的离子中的一些或全部（例如，钠离子和/或钙离子和/或钾离子和/或铁离子）来制备。更具体地，如根据本发明所使用的沸石可以如US 4,911,898中公开的那样制备，其公开内容通过引用特此并入。
此外，抗菌物质、特别是连同载体一起的抗菌物质优选地分散或分布在设备主体内或整个设备主体中。
更具体地，抗菌物质、特别是连同载体一起的抗菌物质可以均匀地分散或分布在设备主体内或整个设备主体中。
可替代地，抗菌物质、特别是连同载体一起的抗菌物质可以不均匀地分散或分布在设备主体内或整个设备主体中。例如，抗菌物质、特别是连同载体一起的抗菌物质在设备主体的靠近设备主体的表面的区或层中可以具有比在设备主体的远离设备主体的表面的区或层中更高的比例。因此，可以另外增强在设备的光照射期间的抗菌物质的释放。
此外，抗菌物质可以被限定或体现为颗粒，特别是纳米颗粒和/或微粒。颗粒可以具有从1 nm至1000 nm、特别是10 nm至300 nm、优选地是5 nm至20 nm的平均直径。平均直径可借助于诸如动态光散射、透射电子显微镜（TEM）或扫描电子显微镜（SEM）之类的常规方法确定。
此外，抗菌物质可以具有选自由以下各项组成的分组的形状：杆形形状、圆柱形状、三角形形状、锥体形状、立方体形状、球形形状、星形形状、不规则形状及其组合。
此外，抗菌物质可以具有与热纳米颗粒不同的形状。热纳米颗粒的可能形状将在以下描述中公开。
原则上，热纳米颗粒可以通过不同的方式结合或锚定到设备主体的表面。例如，热纳米颗粒可以经由共价键、特别是使用官能分子、或经由静电相互作用、或经由配位反应来进行锚定或结合。也可以在本发明的范围内设想将热纳米颗粒锚定或结合在设备主体的表面上的这些不同方式的组合。官能分子得当地是双官能分子或具有至少两个反应性末端的分子。
在本发明的另外的实施例中，热纳米颗粒牢固地或不可释放地、特别是共价地、结合或锚定到设备主体的表面。
有利地，热纳米颗粒是非细胞毒素的。例如，在将设备移植在体内之后，热纳米颗粒可能能够吸收通过组织的可见光而不损坏它。光能转换成热，并且由此能够破坏与热纳米颗粒接触的微生物。这种通过光照射的温度增加是非侵入性方法，并且将设备转变成具有抗菌表面、特别是抑菌或杀菌表面的设备。这种非侵入性治疗可以在移植后的任何时间容易地且重复地执行达长的时间段。
当抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性涉及用于人类应用的外科移植物时，优选地在红外光谱中进行光照射，以便减少周围健康组织中的损伤。仅作为参考，波长与光子能量的对应关系在下面的表1中示出。
表1：波长与光子能量的对应关系
此外，热纳米颗粒可以具有从10 nm至1 μm、特别是10 nm至≤100 nm、优选地是10nm至<100 nm的平均直径。
此外，热纳米颗粒可以具有选自由以下各项组成的分组的形状：杆形形状、圆柱形状、三角形形状、锥体形状、立方体形状、球形形状、星形形状及其组合。
优选地，热纳米颗粒具有杆形形状。
此外，热纳米颗粒可以呈现纵向表面等离子体共振（LSR），在从500 nm至1200 nm、优选地在750 nm至1200 nm、更优选地在750 nm至900 nm的波长范围内具有最大吸光度。LSR最大值的波长取决于热纳米颗粒的尺寸、形状和材料。在杆形形状的情况下，LSR的强度特别高，并且位置可以通过杆形的纵横比容易地可调。例如，杆形形状可以具有从1至10、特别是2至7、优选地是3至5的纵横比。
在本发明的另外的实施例中，热纳米颗粒包括选自由以下各项组成的分组的材料或由选自由以下各项组成的分组的材料组成：金、银、铜、锌、钛、半导体、氧化物、金属氧化物、诸如硅树脂之类的非金属材料或其组合。
优选地，材料是金。换句话说，热纳米颗粒优选地是包括金或由金组成的热纳米颗粒。
此外，热纳米颗粒可以以从10个热纳米颗粒/μm2至1000个热纳米颗粒/μm2的密度锚定或结合到设备主体的表面。热纳米颗粒的密度可以取决于热纳米颗粒的形状和/或几何形状和/或横截面。
此外，能够生成在热纳米颗粒的期望波长光谱内的光学波长的任何光源可以用于照射设备。例如，在本发明的范围内，荧光灯或卤素灯、激光器、强脉冲光、发光二极管、白炽灯或化学发光灯或其组合可以用作光源。
对于医疗应用而言，照射的光优选地在红外光谱内，因为人体组织对低至几厘米深的红外光是透明的。因此，有可能通过例如来自身体外部的光照射来升高设备主体的表面的温度。
设备可以包括能够锚定或结合光可以耦合到的热纳米颗粒的任何类型的设备主体。为此目的，可以使用本领域已知的任何表面修改方法预先激活设备主体。仅作为纯粹示例，本文中描述了物理化学方法（诸如利用活性气体和蒸气或照射（等离子体）处理、从活性气体和蒸气沉积聚合物（化学气相沉积）、活性气体或加速离子处理（利用臭氧和/或离子束进行气相氧化）、表面分子的交联）、机械方法（诸如粗糙化）、化学方法（诸如物理吸收、与表面基团的化学共轭、表面的化学修改、利用照射引发或化学引发的接枝聚合、利用活性组分或者包含活性组分的涂层基质来涂覆表面）。
设备主体或热纳米颗粒还可以包含官能化基团或可以通过激活过程利用反应性基团进行官能化。反应性基团可以选自由以下各项组成的分组：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、甲醛、酮类、羧酸酯、氰基、硝基、酰胺、羟基、胺、硫酸盐、硫化物、磷酸盐、亚磷酸盐、氧、巯基和硫。
其它有用的基团可以选自由以下各项组成的分组：络合物形成基团、能够形成氢键的基团、包含用于离子吸附的离子基团的分子及其组合。
替代方案的示例是常见的交联剂，像亚氨酸酯交联剂二甲基辛二亚酰胺化物、N-羟基琥珀酰亚胺-酯、甲醛、戊二醛等。其它有用的双官能交联剂可以是包含BOC-氨基的化合物、乙硫醇、巯基-1-丁醇等。
此外，热纳米颗粒的表面也可以被修改，以便结合到如本文中所述的设备主体的表面。这种修改可以通过使用能够在一侧上结合到热纳米颗粒的表面并且在另一侧上结合到设备主体的异官能分子或同官能分子来执行，例如利用含硫醇的试剂对包括金或由金组成的热纳米颗粒的表面进行修改，所述含硫醇的试剂在另一侧上具有能够共价地或通过离子相互作用结合到设备主体的期望的官能团。这些异官能分子或同官能分子优选地包括所有HS-R-官能团，其中-R涉及任何烷基或聚乙二醇链，并且官能团涉及能够激活并联接到设备主体的表面的任何化学基团。特别是HS-R-COOH、HS-R-NH2、HS-R-SH、HS-R-SO3H和HS-R-N（CH2）3 +适合于将热纳米颗粒锚定或结合到设备主体的表面的目的。热纳米颗粒的表面也可以通过聚乙烯吡咯烷酮和大量聚合物进行修改。
可替代地，设备主体可以不要求被激活，也可以不要求使用官能分子。在这种情况下，通过示例的方式，设备主体可以由在其表面中和/或表面上具有活性基团（诸如游离氨基）的聚合物或共聚物制成。这些活性基团可以直接锚定或结合热纳米颗粒，而不需要预先制备设备主体。优选地，锚定方法是不可逆的。
此外，设备主体的表面可以通过冷等离子体聚合来激活，例如通过沉积像PFM（五氟苯基甲基丙烯酸酯）和/或乙二胺的分子来激活。
此外，设备主体或热纳米颗粒可以利用官能分子官能化，官能分子优选地是二胺衍生物。
关于支持局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒以及用于将这样的纳米颗粒锚定或结合在合适的基底的表面上的方法的另外的特征和优点，参考WO 2015/049267 A1。
在本发明的另外的实施例中，设备主体还包括材料，优选地为不可降解或不可吸收的材料。所述材料也可表示为设备主体的基础材料或基质材料。
材料可以特别地选自由以下各项组成的分组：聚合物、塑料、树脂、金属、金属氧化物、诸如钢之类的合金、玻璃、陶瓷材料及其组合。
聚合物可以特别地选自由以下各项组成的分组：聚丙烯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚四氟乙烯及其组合。
此外，设备主体可包括可降解或可吸收聚合物或者由可降解或可吸收聚合物组成，所述可降解或可吸收聚合物特别地选自由以下各项组成的分组：聚交酯、聚乙交酯、聚已酸内酯、聚（三亚甲基碳酸酯）、聚二恶烷酮、聚-3-羟基丁酸盐、聚-4-羟基丁酸盐及其组合。
在本发明的另外的实施例中，设备主体包括纺织结构或者是纺织结构。纺织结构优选地包括纱线、织造织物、网状物、编织织物、诸如经纱编织织物之类的编制织物（交织的纱线）或非织造织物或者是纱线、织造织物、网状物、编织织物、诸如经纱编织织物之类的编制织物（交织的纱线）或非织造织物。
纱线可以是单丝、伪单丝或多丝。
优选地，该纺织结构包括网状物或者是网状物，特别是编织网状物。例如，网状物可以是根据符号“Optilene®网状物”市售的网状物，即由包括聚丙烯作为基础材料的单丝制成或由聚丙烯组成的网状物，其中网状物具有60 g/m2的平方重量和1.5 mm的孔直径。可替代地，网状物可以是根据符号“Optilene®网状物LP”市售的网状物，即由包括聚丙烯作为基础材料的单丝制成或由聚丙烯组成的网状物，其中网状物具有36 g/m2的平方重量和1.0mm的孔直径。可替代地，网状物可以是根据符号“Optilene®网状物松紧带”市售的网状物，即由包括聚丙烯作为基础材料的单丝制成或由聚丙烯组成的网状物，其中网状物具有48g/m2的平方重量和3.6×2.8 mm的孔尺寸。
在本发明的另外的实施例中，设备是医疗设备，特别是用于人类或兽医应用的医疗设备。优选地，医疗设备是外科移植物。
特别地，医疗设备可以是外科网状物、伤口包扎用品、缝线、血管假体、支架、支架移植物、血管通路、导管、医疗工具、直钳、连接器、医疗管、袋、医疗针、探针或医疗器械。
外科网状物可选自由以下各项组成的分组：用于疝修复的外科网状物、用于脱垂修复的外科网状物和失禁带。
导管可以是血管内导管，特别是动脉导管或静脉导管，或导尿管。
医疗管可以是气管内管或引流管，诸如腹腔引流管。
可替代地，设备可以是非医疗设备。
根据第二方面，本发明涉及一种用于制造特别是根据本发明的第一方面的能够具有抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性的设备的方法，所述方法包括以下步骤：
- 制备用于锚定支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒的设备主体，其中所述设备主体包括抗菌物质，其中所述抗菌物质能够从所述设备主体释放，即释出或移除，
- 选择支持光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒，以及
- 将选择的热纳米颗粒结合到设备主体，优选地由此形成热涂层，
其中所述热纳米颗粒能够通过在与所述热纳米颗粒的光学共振、特别是局部化表面等离子体共振的波长匹配的波长范围内的光照射来增加其温度，优选地由此所述热涂层在所述热纳米颗粒的光照射时升高其温度，其中所述热涂层的温度升高允许避免微生物附着到所述设备主体的表面和/或抑制或停止在所述设备主体的表面上形成生物膜和/或破坏在所述设备主体的表面上已经形成的生物膜。
设备主体可以通过混合材料（特别是基础材料或基质材料）和抗菌物质（特别是由载体支承的抗菌物质）并且随后通过将混合物形成到设备主体来制备。通过示例的方式，混合物可以借助于注射模具等形成到设备主体。关于材料，特别是如本段中所提及的基础材料或基质材料，以其整体参考在先前的描述中已经在设备主体方面公开的材料。
可替代地，抗菌物质可以例如借助于浸泡或浸渍技术添加到已经制造的设备主体。
此外，所述设备主体可以通过以下方法制备：
- 通过表面修改方法激活所述设备主体的表面，和/或
- 利用具有至少两个反应性末端的官能分子官能化所述设备主体的表面，和/或
- 利用具有至少两个反应性末端的官能分子官能化所述热纳米颗粒的表面。
对于该方法的另外的特征和优点，以其整体参考第一发明方面的描述。在此提及的特别是在设备、设备主体、热纳米颗粒和抗菌物质方面的特征和优点加上必要的修正而适用于根据本发明的第二方面的方法。
根据以下以附图、附图描述和结合从属权利要求的主题的示例形式的优选实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚。在本发明的一个实施例中，各个特征可以单独地（singularly）实现或分别组合地实现。优选实施例仅用于对本发明进行说明和更好的理解，而不应被理解为以任何方式限制本发明。
附图说明
为了对已经公开的内容的更好的理解，附上了一些附图，所述附图示意性地或通过图形并且仅仅通过非限制性示例的方式示出了实施例的实际情况。
图1通过图形示出了根据以NR/µm2为单位的金纳米颗粒含量变化的以℃/W为单位的网状物的温度增加的演变。
具有符号“网状物”的网状物是Optilene®网状物LP，其包括结合到其表面但缺乏可释放银离子的杆形形状的金纳米颗粒。
具有符号“网状物-Ag 1”的网状物是Optilene®网状物LP，其包括结合到其表面的杆形形状的金纳米颗粒，并且包括包含可释放银离子的沸石（AW10D）。
具有符号“网状物-Ag 2”的网状物是Optilene®网状物LP，其包括结合到其表面的杆形形状的金纳米颗粒，并且包括包含可释放银离子的沸石（AW10D），其中可释放银离子的含量高于“网状物-Ag 1”的可释放银离子的含量。
图1中所示的结果清楚地证实，与“网状物”相比，在“网状物-Ag 1”和“网状物-Ag2”的情况下，在光下温度显著升高。此外，图1中所示的结果证实，在“网状物-Ag 2”的情况下的温度升高高于在“网状物-Ag 1”的情况下的温度升高。
因此，图1中所示的结果支持，在存在包含可从设备中释放的银离子的沸石载体情况下，在光照射下的热纳米颗粒修改的设备的温度升高可另外增强。此外，图1的结果支持，在光照射下的温度升高越高，包含可释放银离子的载体的含量或比例越高。
图2示意性地示出了根据本发明的医疗设备在光照射下的横截面或纵向切割的截面以及在这种情况下可能在设备的表面处发生的可能的过程。
设备10包括设备主体20。设备主体20包括支持局部化表面等离子体共振的热金纳米颗粒30，其锚定或结合到设备主体20的表面22。优选地，热金纳米颗粒30具有杆形形状。
此外，设备主体20包括支承可释放银离子的沸石颗粒40，其中银离子可以吸附到沸石颗粒40的表面上和/或可以包含在沸石颗粒40的孔和/或空隙内。在与水或体液接触时，银离子从设备主体20释放。
在光照射1时，诱导热金纳米颗粒30、特别是形成或包括热金纳米颗粒30的热涂层的温度升高，并且因此诱导设备主体20的表面22的温度升高。与缺乏可释放银离子的医疗设备相比，温度升高有利地显著更高。
此外，与缺乏热金纳米颗粒的医疗设备相比，在光照射1下诱导银离子的增强的释放。
有利地，沸石颗粒40诱导设备主体20的一些表面粗糙度，由此引入与热金纳米颗粒30的光相互作用的增强，例如以漫射光3和/或反射光5的形式，其支持温度升高并且特别是银离子的增强的释放。
优选地，设备10是医疗设备，特别是外科移植物，优选地为外科网状物，例如用于疝修复或脱垂修复的外科网状物。
图3示意性地示出了根据外科网状物的时间（h）变化的、在光照射（激光、810 nm、16 W/cm2-3 x秒）下银离子在ng/mg网状物中的释放。具有符号“组合的Au-Ag网状物”的网状物利用锚定到网状物的表面并且进一步具有可释放银离子的金纳米颗粒修改。具有符号“组合的Ag网状物”的网状物利用锚定到网状物的表面但缺乏可释放银离子的金纳米颗粒修改。
银离子的释放在pH 7的10 mM醋酸盐缓冲液中利用3个激光照明（810 nm）循环执行，每个激光照明具有三个以16 W/cm2的1s的脉冲。
示出了释放的银离子的累积量，并且结果清楚地示出在光照射时的“组合的Au-Ag网状物”的加热诱导银离子向外部培养基的增强的释放。
图4示出了Optilene®网状物LP表面的表面的SEM（扫描电子显微镜）显微镜，其中所述表面利用锚定到网状物表面但缺乏可释放银离子的金纳米颗粒修改。
图5示出了Optilene®网状物LP的表面的SEM（扫描电子显微镜）显微镜，其中所述网状物表面利用锚定到网状物表面的金纳米颗粒修改，并且其中网状物进一步利用包含可释放银离子的沸石载体修改。
示例1：具有或不具有抗菌剂的网状物的修改表面的制备
通过冷等离子体聚合执行三种不同的聚丙烯Optilene®银网状物的官能化，以在聚合网状物表面上获得反应性氨基，并且将具有杆形形状的柠檬酸盐稳定的金纳米颗粒锚定到网状物的表面。已经采用了以下三种不同的网状物：
1. Optilene®网状物LP（不具有银离子）
2. 具有125 ppm银离子（总计）的Optilene®银网状物LP和
3. 具有250 ppm银离子（总计）的Optilene®银网状物LP
根据2.和3.所记述的网状物的银离子由沸石载体支承。
出于再现性目的，在相同的杆形形状的金纳米颗粒的浴剂（bath）中在柠檬酸盐缓冲液20 mM pH 6.5中培育三种网状物类型。使用过量的杆形形状的金纳米颗粒，以便不受杆形形状的金纳米颗粒的量的限制。利用ICP-OES（电感耦合等离子体-光学发射光谱测定法）测量执行金纳米颗粒的含量的确定，并对每µm2的杆形形状的金纳米颗粒的数量完成对应的计算：
表2：网状物表面修改的实验结果
在SEM中，在关于包含银离子的网状物的数量和/或组织方面，关于杆形形状的金纳米颗粒的固定没有发现显著差异。杆形形状的金纳米颗粒到网状物表面的固定不受在聚丙烯基质中包含银离子的沸石颗粒影响（参见图4和5）。
示例2：外科网状物在光照射时的温度增加，加热增强
两个Optilene®网状物，每个Optilene®网状物包括锚定到网状物表面的金纳米颗粒，并且另外包括可释放银离子，但是在经受30秒期间的激光照明（810 nm）的情况下，在可释放银离子的含量方面不同（分别为125 ppm和250 ppm）。将相同的照明程序应用于利用结合到其表面但缺乏可释放银离子的金纳米颗粒修改的Optilene®网状物。
用于不具有可释放银离子的网状物（在下文中缩写为“Au网状物”）的功率为0,435W/cm2。用于包括金纳米颗粒和可释放银离子两者的网状物（在下文中缩写为“Au-Ag网状物”）的功率为0,355 W/cm2以避免熔化。在不同表面上的数量和/或组织方面，在网状物表面上可检测的金纳米颗粒（杆形形状）上没有显著差异。
出人意料地，对于“Au-Ag网状物”的温度增加较高。这些发现在下面的表3中示出：（也参见图1和2）
表3：温度增加的概述结果（针对每个网状物的20次测量结果的平均值）
示例3：在照明实验下比较“Au-Ag网状物”与“Ag网状物”的增强的银离子释放：
Ag网状物：聚丙烯中的125 ppm Ag，Au-Ag网状物：结合锚定到网状物表面的杆形形状的金纳米颗粒的125 ppm Ag。
将每个网状物的四部分置于包含40 ml的具有pH 7的10 mM醋酸盐缓冲液的培养皿中。以1.8、3.8和5.8小时照明网状物样品，并以2、4和6小时通过ICP-MS（电感耦合等离子体-质光谱测定法）分析培养基。使用在810 nm下的激光以16 W/cm2以每次1 s的三次发射（shot）执行照射（参见图3）。
4.概述
上述示例证实了在光照射下对外科网状物的加热的显著增加，其中所述网状物包括支持锚定到所述网状物表面的局部化表面等离子体共振的热金纳米颗粒，并且其中与具有结合到所述网状物表面但缺乏可释放银离子的热金纳米颗粒的网状物相比，所述网状物另外包括可释放银离子（作为抗菌物质）。另外，与仅利用锚定到网状物表面（即，缺乏可释放银离子）的热金纳米颗粒修改的外科网状物相比，对于包括锚定到网状物表面的热金纳米颗粒和可释放银离子两者的外科网状物，可以在光照射下检测增强的银离子释放。这有利地导致外科网状物的优化的、特别是增强的抗菌活性、特别是抑菌活性或杀菌活性。此外，照射过程准许控制组合的抗菌概念（由热金纳米颗粒诱导的物理抗菌概念和由可释放银离子诱导的化学抗菌概念）。换句话说，热金纳米颗粒和可释放银离子的组合导致在光照射期间的增强的加热和来自相应的装备的网状物的增加的银离子释放，当必要时以非侵入性方式，以期望的尽可能多的次数，每当必要时并且在期望的情况下，局部受限地组合。

Claims (45)

1.一种能够具有抗菌活性的设备，所述设备包括具有表面的设备主体，其中所述设备主体被配置成将支持光学共振的热纳米颗粒锚定在其表面处，其中所述设备主体包括：
结合到所述设备主体表面的支持局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒，其中所述热纳米颗粒能够通过在与局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒的波长匹配的波长范围内的光照射来提高其温度，以及
抗菌物质，其中所述抗菌物质能够在与水或体液接触时以阳离子状态从所述设备主体释放，并且所述抗菌物质包含金属或合金，所述金属或合金选自由银、金、铜、锌、钛及其合金组成的分组，以及
其中所述热纳米颗粒包含金。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质是抑菌物质，并且所述设备主体被配置成将支持局部化表面等离子体共振的热纳米颗粒锚定。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质是杀菌物质。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质以阳离子状态存在。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质体现为金属阳离子，所述金属阳离子选自由银离子、金离子、铜离子、锌离子、钛离子及其组合组成的分组。
6.根据前述权利要求5所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质体现为可离子交换的金属阳离子。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质由载体支承。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质由颗粒载体支承。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述载体被体现为具有从100 nm至20 μm的平均直径的颗粒。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述载体被体现为具有从500 nm至10μm的平均直径的颗粒。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述载体被体现为具有从1 μm至5 μm的平均直径的颗粒。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述载体是包括具有从1 Å至500 Å的平均直径的孔的开孔载体。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述开孔载体包括具有从1 Å至100 Å的平均直径的孔。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述开孔载体包括具有从1 Å至20 Å的平均直径的孔。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质具有与所述载体的总重量有关的从按重量计算的0.01%至按重量计算的15%的比例。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质具有与所述载体的总重量有关的从按重量计算的1%至按重量计算的5%的比例。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质具有与所述载体的总重量有关的从按重量计算的0.5%至按重量计算的3%的比例。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质和所述载体总共具有与所述设备主体的总重量有关的从按重量计算的0.01%至按重量计算的20%的比例。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质和所述载体总共具有与所述设备主体的总重量有关的从按重量计算的1%至按重量计算的10%的比例。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述抗菌物质和所述载体总共具有与所述设备主体的总重量有关的从按重量计算的2%至按重量计算的5%的比例。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述载体是沸石。
22.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备主体还包括不可降解或不可吸收的材料。
23.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备主体还包括选自由以下各项组成的分组的材料：金属氧化物、合金、玻璃、陶瓷材料及其组合。
24.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述不可降解或不可吸收的材料包括聚合物。
25.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述不可降解或不可吸收的材料包括金属。
26.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述聚合物包括树脂。
27.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述聚合物包括塑料。
28.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述合金是钢。
29.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备主体包括纺织结构。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述纺织结构包括纱线。
31.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述纺织结构包括机织品。
32.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述纺织结构包括网眼。
33.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述纺织结构包括针织品。
34.根据权利要求33所述的设备，其特征在于，所述针织品是编织针织物。
35.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述纺织结构包括无纺布。
36.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备是选自由以下各项组成的分组的医疗设备：失禁带、伤口敷料、缝合线、血管假体、支架移植物。
37.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括外科移植物。
38.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括外科网状物，其中，所述外科网状物用于疝修复或脱垂修复。
39.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括支架。
40.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括导管，其中所述导管是血管内导管。
41.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括医疗工具。
42.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备是选自由以下各项组成的分组的医疗设备：直钳、袋、医疗针。
43.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括探针。
44.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括医疗管，其中所述医疗管是气管内管。
45.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括医疗器械。
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