CN115605238A

CN115605238A - 用于装置的涂层

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Publication number: CN115605238A
Application number: CN202180028366.8A
Authority: CN
Inventors: R·特西多巴特斯; J·吉拉伯特波雷斯; S·博罗斯戈麦斯
Original assignee: Trax Tevez Co ltd
Current assignee: Trax Tevez Co ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2023-01-13
Also published as: AR121739A1; BR112022019984A2; JP2023520554A; IL297011A; CL2022002717A1; WO2021198495A1; CA3174403A1; AU2021249480A1; MX2022012445A; EP4126092A1; TW202203989A; EP3888716A1; US20230119445A1

Abstract

本发明涉及一种用于装置的涂层，其中所述涂层包括：聚合物膜，其中所述聚合物膜包括由包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的聚合溶液形成的聚合产物；以及金属层，所述金属层形成于所述聚合物膜上。

Description

用于装置的涂层

技术领域

本发明涉及一种用于可具有定制性质的装置的涂层。本发明还提供一种包括所述涂层的经涂布装置和用于在装置上形成涂层的方法。

背景技术

医院获得性感染(HAI)表示全球主要死因。全部患者容易感染HAI，但是潜在疾病、植入的医疗装置、注射剂、传染病或近期手术增加HAI的机会。当前，全部住院的约5到10％导致一类HAI。这在美国和欧盟每年影响约5百万患者。这在美国是第四主要死因，每年有210,000个患者。估计在美国HAI的治疗费用每年为280到450亿美元。

估计约70％的HAI直接由可植入医疗装置的定植引起，包括中线相关联的血流感染(11％)、导管相关联的UTI(36％)、呼吸机相关联的肺炎(11％)和手术位点感染(20％)。

特别地，导尿管、例如中心静脉导管的静脉导管、气管支架、蒙哥马利管和气管内插管易于定植。全部这些类型的装置包括植入到患者中的圆柱管。

这些装置的植入可导致抗生素抗药性细菌、真菌、病毒和其他病原体在管的内表面上引起细菌感染。这可引起，例如，血流感染、肺炎、尿路感染、脑膜炎或肠胃炎。

发明内容

本发明可通过提供具有可具有定制性质的表面的涂层来解决这些问题，一个实例是对细菌的定制抗性。本发明的涂层的这些定制性质可为本发明的涂层的金属层的表面结构的结果。本发明的涂层的金属层的表面结构可能受聚合物膜中的组分的影响。所述组分还可受形成金属层的条件的影响。

本发明提供一种用于装置的涂层，其中所述涂层包括：聚合物膜，其中所述聚合物膜包括由包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的溶液形成的聚合产物；以及金属层，所述金属层形成于所述聚合物膜上。

本发明还提供一种经涂布装置，所述经涂布装置包括：装置；以及如本文中描述的涂层，所述涂层在所述装置的表面的至少部分上。

已发现，含多巴胺的聚合溶液中存在至少一种氨基酸或其盐影响形成于聚合物膜上的金属层的性质。举例来说，已发现，存在至少一种氨基酸或其盐可辅助产生适合于挠性衬底(例如适合于弹性装置)的稳定且连续的金属层，并且还影响金属层对细菌的抗性。特别地，已发现本发明的连续金属层具有良好抗细菌性。

此外，在形成聚合物膜期间改变聚合溶液中的至少一种氨基酸或其盐的量可导致形成于聚合物膜上的金属层的不同性质，从而提供定制涂层的性质的进一步能力。特别地，已发现在形成聚合物膜期间以介于0.001mg/mL与10mg/mL之间的浓度在聚合溶液中提供至少一种氨基酸或其盐导致具有特别理想的抗细菌性质的金属层。在浓度超过10mg/mL时，这些有益效果可能不会如此明显。

如上所述，聚合物膜由包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的溶液形成。由于此所致，聚合物膜可为包括至少一种氨基酸或其盐的聚多巴胺。

不特别限制可搭配本发明使用的装置的几何形状。然而，已发现本发明对于具有例如圆柱形状的内部区域的装置(例如管)特别有用。本发明的方法可用于向这些难以到达的区域提供定制涂层。

本发明的装置可为医疗装置。在本文中，医疗装置可为意欲用于医疗目的的任何装置。举例来说，医疗装置可为可植入医疗装置，即意欲永久地或暂时地放置在患者体内的装置。可植入医疗装置可为支架、导管、或呈管的形式的另一装置。特别地，可植入医疗装置可为导尿管、例如中心静脉导管的静脉导管、气管支架、蒙哥马利管或气管内插管。一般地，本发明的可植入医疗装置可为包括实质上内表面的可植入医疗装置，所述内表面与医疗装置外部的环境流体(特别地，液体)连通。这些内表面将特别受益于由本发明提供的可能性质定制。

涂层存在于装置的表面的至少一部分上。涂层可存在于与装置外部的环境流体连通的装置的全部表面上。用这种方法，在曝露于外部环境的全部表面上达成涂层的益处。

涂层形成所在的表面可由任何材料制成。举例来说，表面可为金属表面或聚合物表面。聚合物表面包含硅酮、聚氨酯和乳胶。举例来说，聚合物表面可为聚二甲基硅氧烷。

经涂布的表面可为挠性的。本发明的涂层特别适合于挠性衬底。如本文中使用，术语挠性可指代具有如下的杨氏模量的材料：小于5GPa，或小于3GPa，或小于2GPa，优选地小于1GPa并且最优选地小于0.5GPa。

聚合物膜包括由包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的聚合溶液形成的聚合产物。聚合产物是在聚合溶液曝露于适合于多巴胺聚合的条件时由聚合溶液形成的产物。聚合溶液可包括大于或等于0.001mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括大于或等于0.01mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括大于或等于0.1mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括大于或等于1mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。在不希望受理论束缚的情况下，据信聚合溶液中的至少一种氨基酸或其盐的浓度越大，其对所得聚合物膜和金属层的性质的影响越大。

聚合溶液可包括小于或等于50mg/ml的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于20mg/ml的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于10mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于8mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于6mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于4mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于2mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括小于或等于1mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。至少一种氨基酸或其盐的较低浓度限制用于其对所得涂层的性质具有最有效影响的区域的至少一种氨基酸或其盐的量。

聚合溶液可包括小于或等于10mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括大于或等于0.001mg/mL且小于或等于10mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。聚合溶液可包括大于或等于0.2mg/mL且小于或等于10mg/mL的至少一种氨基酸或其盐。在不希望受理论束缚的情况下，发现在聚合期间在聚合溶液中存在浓度大于或等于0.001mg/mL且小于或等于10mg/mL且特别地大于或等于0.2mg/mL的至少一种氨基酸或其盐影响所得聚合物膜的性质，同时限制所使用的至少一种氨基酸的总量。

聚合溶液可包括小于或等于10mg/mL的多巴胺或其盐。聚合溶液可包括大于或等于0.7mg/mL的多巴胺或其盐。聚合溶液可包括大于或等于0.7mg/mL且小于或等于10mg/mL的多巴胺或其盐。

关于多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的量，多巴胺与至少一种氨基酸的摩尔比是或可在50:1到1:50、优选地10:1到1:10的范围中，优选地在5:1到1:5的范围中，最优选地在2:1到1:2的范围中。多巴胺与至少一种氨基酸的摩尔比在50:1到1:10或50:1到1:5或50:1到1:2的范围中可为优选的。多巴胺与至少一种氨基酸的摩尔比在50:1至2:1或50:1到10:1的范围中可为特别优选的。

在提及至少一种氨基酸的量时，这可指代存在的氨基酸的总量，或可仅指代一种特定氨基酸(例如，赖氨酸)。

聚合溶液还可包括缓冲溶液。聚合溶液可基本上由多巴胺或其盐、至少一种氨基酸或其盐和溶剂中的缓冲剂组成或由前述各者组成。缓冲剂可为三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、[三(羟甲基)甲氨基]丙磺酸(TAPS)、2-(双(2-羟乙基)氨基)乙酸(Bicine)、N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸(Tricine)、3-[N-三(羟甲基)甲氨基]-2-羟基丙磺酸(TAPSO)、4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸(HEPES)、2-[[1,3-二羟基-2-(羟甲基)丙烷-2-基]氨基]乙磺酸(TES)或3-(N-吗啉代)丙磺酸(MOPS)。特别地，缓冲剂可为Tris。聚合溶液可包括浓度大于或等于1毫摩尔/L且小于或等于100毫摩尔/L的缓冲剂。

聚合溶液可包括多巴胺的盐或游离碱。多巴胺盐可为多巴胺盐酸盐。

多巴胺或其盐的聚合可通过此项技术中已知的任何聚合过程进行。举例来说，多巴胺的聚合可为氧化聚合。多巴胺的氧化聚合可通过使聚合溶液呈碱性来达成。多巴胺的氧化聚合可通过将聚合溶液的pH值调整到介于7与12之间、优选地介于8与9之间来达成。当在氧化聚合期间在溶液中存在装置的表面的一部分时，膜将在所述表面的所述部分上形成。可允许聚合进行历时介于4小时与36小时之间。聚合可在任何合适的温度(特别地大于或等于15℃和/或小于或等于80℃，例如25℃)下进行。为了容易起见，聚合可在室温下发生。如本文中所描述，室温可为20℃。

所得聚合物膜可具有小于或等于2,000nm的厚度。聚合物膜可具有小于或等于1,000nm的厚度。聚合物膜可具有小于或等于800nm的厚度。聚合物膜可具有小于或等于500nm的厚度。聚合物膜可具有小于或等于250nm的厚度。相较于较厚的聚合物膜，较薄的聚合物膜可更快地形成并且需要更少的材料。聚合物膜可具有大于1nm的厚度。

至少一种氨基酸或其盐可为至少一种类型的蛋白氨基酸或其盐。实际上，本发明的至少一种氨基酸或其盐可由贻贝足丝蛋白-5(Mefp-5)中存在的至少一种蛋白氨基酸或其盐组成，其中Mefp-5包括丝氨酸、谷氨酸、赖氨酸、甘氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、丙氨酸、组氨酸和精氨酸。优选地，至少一种氨基酸或其盐包括赖氨酸或其盐、或甘氨酸或其盐。当至少一种氨基酸或其盐包括赖氨酸或其盐时，本发明可为特别有效的。至少一种氨基酸或其盐可由赖氨酸或其盐组成。

多巴胺或至少一种氨基酸的盐可独立地为任何盐。举例来说，多巴胺或至少一种氨基酸的盐可为无机酸盐(例如，盐酸盐、氢溴酸盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐)、磺酸盐(例如，甲磺酸盐、乙磺酸盐、羟乙基磺酸盐、甲苯磺酸盐、萘磺酸盐)或羧酸盐(例如，乙酸盐、丙酸盐、马来酸盐、苯甲酸盐、水杨酸盐、延胡索酸盐)。至少一种氨基酸或其盐可包括至少一种氨基酸的盐酸盐。举例来说，至少一种氨基酸或其盐可由赖氨酸盐酸盐组成。

贻贝蛋白Mefp-5具有由于其高3,4-二羟苯丙氨酸含量所致的显著黏着性质。在不希望受理论束缚的情况下，本发明的发明者相信，在结构上类似于氨基酸3,4-二羟苯丙氨酸的多巴胺或其盐的聚合产物的性质还可能受聚合溶液中的Mefp-5蛋白包括至少一种氨基酸或其盐的影响。

如上所述，赖氨酸是特别优选的。已惊讶地发现，在形成聚合物膜的聚合溶液中包括赖氨酸或甘氨酸使随后可形成于聚合物膜上的金属涂层的量增加。也已发现，包括赖氨酸和甘氨酸可影响随后金属涂层的表面形态。因此，已发现，聚合溶液中存在例如赖氨酸和甘氨酸的氨基酸影响所得聚合物膜上的随后金属涂层的最终性质。

已进一步发现，并入赖氨酸可用于影响金属涂层与细菌的相互作用。特别地，赖氨酸的增加量与对金属层上的细菌定植的较大抵抗力相关联。

在不希望受理论束缚的情况下，据信归因于细菌粘附到经处理表面并定植于其上的能力的变化，发生抗细菌性质的变化。抗细菌性质的变化可相对于参考表面来测量。参考表面可为在聚合期间缺少至少一种氨基酸或其盐的情况下形成的等效表面。具有对细菌粘附的足够抵抗力的表面可被称为憎菌的。

本发明的憎菌表面可相对于参考表面来评估，例如在细菌粘附的体外测定之后，本发明的表面可具有比参考表面更少的菌落形成单位(CFU)。此参考表面可为本发明的金属层，惟聚合溶液不包括至少一种氨基酸或其盐除外。替代地，参考表面可为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

与本发明相关联的定制抗细菌性质可用于医疗领域中利用的装置，在本文中被称为医疗装置。利用本发明的医疗装置可帮助促进减少HAI的发生数目。

如上所述，聚合物膜可形成于装置的至少部分上。接着，装置的这个部分将受益于通过根据本发明的随后处理赋予的定制性质(例如抗细菌性质)。用这种方法，有可能将例如抗细菌性的性质定制到将从这些性质受益最大的装置的区域。举例来说，在导管的情况下，导管的管的内表面特别易于细菌定植并且因此特别受益于本发明的聚合物膜和金属层可能具有的抗细菌性质。聚合物膜可形成于装置的至少部分上，其中所述部分是与装置的外部环境连通的实质上内表面，例如管(例如，支架和导管的管)的内表面。医疗装置的实质上内表面通常用于输送流体并且因此处于细菌定植的特定风险中。

聚合物膜可形成于装置的表面的至少部分上，其中所述部分是衬底的外表面。装置的外表面可为管、支架或导管的外表面。管、支架或导管的外部与将装置植入其中的组织直接实体接触。因此，存在由于与组织直接实体接触的表面上的细菌定植所致的HAI的风险。因此，本发明可能具有的抗细菌性质可特别适合于这些表面。

聚合物膜可形成于装置的全部表面上。这提供在整个装置上形成例如抗细菌性质的定制性质的能力，其可帮助促进减少HAI。

金属层可在全部聚合物膜上或仅在膜的部分上。在金属层形成于膜的部分上的情况下，膜的这个部分将受益于本发明可能具有的定制性质，例如抗细菌性质。用这种方法，有可能将性质定制到将从这些性质受益最大的装置的区域。举例来说，在导管的情况下，导管的管的内表面特别易于细菌定植并且因此特别受益于本发明可能具有的金属层的抗细菌性质。金属层可形成于聚合物膜的至少部分上，其中所述部分在与衬底的外表面连通的衬底的实质上内表面上。举例来说，实质上内表面可为管的内表面(例如，导管的内表面、支架管的内表面、蒙哥马利管的内表面或气管内插管的内表面)。

金属层可形成于聚合物膜的至少部分上，其中聚合物膜形成于装置的外表面上。装置的外表面可为管、支架或导管的外表面。管、支架或导管的外表面与将装置植入其中的组织直接接触。存在由于这些表面的细菌定植所致的HAI的风险。因此，本发明可能具有的抗细菌性质可特别适合于这些表面。

本发明的金属层可形成于全部聚合物膜上。这提供在被聚合物膜覆盖的装置的整个区域上形成例如抗细菌性质的定制性质的能力，其可帮助促进减少HAI。特别地，在聚合物膜形成于装置的全部表面上的情况下，金属层也将存在于装置的全部表面上。

本发明的金属层可为连续膜，即膜中不存在破裂，使得不存在未连接至金属层的其余部分的金属层的区域。连续膜可为跨至少1μm²的面积连续的膜。连续膜可为跨至少10μm²、优选地至少100μm²、较优选地至少1mm²并且最优选地至少1cm²的面积连续的膜。已发现本发明在产生连续金属层而非将金属离子并入到聚合物膜中上是有效的。在本发明的金属层是连续膜的情况下，金属层的抗细菌性质可能不存在中断。因此，其中金属层是连续膜的本发明的金属层具有经改良的抗细菌性。特别地，金属层中的微结构和纳米结构可促进疏水和憎菌性质。已发现，其中金属为银的金属层可具有特别的抗细菌性质。

金属层包括金属。优选地，金属层可包括第11族金属(例如，铜、银或金)。如上所述，金属层包括银金属或由其组成是特别优选的。

关于本发明可尤其通过赖氨酸的存在证明的抗细菌性，在不希望受理论束缚的情况下，据信调整金属层的表面粗糙度和疏水性的能力允许定制这些性质。

本发明的聚合物膜提供经由还原金属离子以形成金属层来固定金属的平台。

金属层可以0.05mg/cm²或更大的量存在。金属层可以0.1mg/cm²或更大的量存在。金属层可以0.2mg/cm²或更大的量存在。在本文中，金属层的量指代金属层的外表面的每单位面积的金属层的质量。

本发明的涂层具有表面粗糙度，其中涂层的表面粗糙度指代金属层的表面粗糙度。金属层的表面可具有大于或等于20nm的表面粗糙度Ra(算术平均值)和/或大于或等于25nm的表面粗糙度Rq(均方根)。金属层的表面可具有大于或等于50nm的表面粗糙度Ra。优选地，金属层的表面具有大于或等于100nm的表面粗糙度Ra。在一些实施方案中，金属层的表面具有大于或等于50nm的表面粗糙度Rq。优选地，金属层的表面具有大于或等于100nm的表面粗糙度Rq。在不希望受理论束缚的情况下，据信较大的表面粗糙度可导致较大程度的抗细菌性质。

在本发明的上下文中，表面粗糙度可由算术平均值粗糙度(Ra)和/或均方根粗糙度(Rq)定义。这些参数可根据ISO 4287和ISO 4288标准来解释。

装置还可包括覆盖层，其中所述覆盖层形成于金属层上。覆盖层可形成于金属层的一部分上或全部金属层上。覆盖层可仅形成于金属层的一部分上。特别地，覆盖层可形成于支架、导管或管的外表面上的金属层上。支架、导管或管的外表面上的金属层可特别易受实体损坏并且可特别受益于由覆盖层提供的实体保护。覆盖层可为可移除的。用这种方法，覆盖层可在使用之前为下伏金属层提供保护，但接着被移除以曝露金属层。

覆盖层可为水溶性的。用这种方法，当覆盖层与含水环境接触时，覆盖层可被移除。覆盖层可包括选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸酯类聚合物或硅酮聚合物的聚合物。

本发明还提供一种在装置上形成涂层的方法，其中所述方法包括：将装置的表面的至少部分曝露于包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的聚合溶液；使所述聚合溶液聚合以便在所述装置的所述表面的所述至少一部分上形成聚合物膜；以及将所述聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液以便在所述聚合物膜上形成金属层。

本文中关于本发明的涂层描述的任何特征类似地应用于形成涂层的方法，反之亦然。

本发明还提供一种在装置上形成涂层的方法，其中所述方法包括：(a)将所述装置的表面的至少一部分曝露于包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的聚合溶液；(b)使所述聚合溶液聚合以便在所述装置的所述表面的所述至少一部分上形成聚合物膜，其中所述聚合溶液的pH值可介于7与12之间；以及(c)将所述聚合物膜曝露于包括例如银离子的金属离子的溶液以便在所述聚合物膜上形成金属层。

包括金属离子的溶液可包括可经还原以便将金属层沉积在聚合物膜上的任何金属离子。溶液中的金属离子可处于+1氧化态。处于+1氧化态的金属离子可为处于+1氧化态的第11族金属离子(例如，Cu(I)、Ag(I)或Au(I))。在一优选实施方案中，包括金属离子的溶液包括银离子。举例来说，包括金属离子的溶液可为托伦斯试剂。托伦斯试剂是包括二氨银(I)的溶液。导致金属离子还原的条件可为存在还原基团。还原基团可由本发明的聚合物膜中存在的还原基团组成。在还原基团由聚合物膜中存在的还原基团组成的情况下，仅将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液可导致所述金属离子还原和金属层形成。还原基团可包括聚合物膜中存在的还原基团和添加到包括金属离子的溶液的额外还原基团。添加额外还原基团可允许金属层较快地形成。

金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液而在聚合物膜上形成，其中包括金属离子的溶液处于大于或等于40℃且小于或等于120℃下。金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液而在聚合物膜上形成，其中包括金属离子的溶液处于大于或等于45℃且小于或等于120℃下。金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液而在聚合物膜上形成，其中包括金属离子的溶液处于大于或等于60℃且小于或等于100℃下。举例来说，金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液而在聚合物膜上形成，其中包括金属离子的溶液处于80℃下。金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液历时大于或等于30分钟且小于或等于8小时而在聚合物膜上形成。金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液历时大于或等于1小时且小于或等于4小时而在聚合物膜上形成。在一优选实施方案中，金属层可通过将聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液历时2小时而在聚合物膜上形成。特别地，已发现将聚合物膜曝露于包括银离子的溶液(其中包括银离子的溶液处于大于或等于45℃且小于或等于120℃下历时大于或等于30分钟且小于或等于8小时的时段)可帮助形成本发明的连续银层。曝露的时间和温度两者可影响连续金属层的形成。

本发明的方法可包括：将装置的表面的至少部分曝露于含有最大值100毫摩尔/L的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris缓冲剂)、最大浓度10mg/mL的多巴胺盐酸盐和最大浓度100mg/mL的至少一种氨基酸盐酸盐的溶液，并且将溶液的pH值调整到介于7与12之间；在室温下处于介于7与12之间的pH值历时4到36小时之后，用蒸馏水洗涤装置以移除任何多巴胺/氨基酸聚集体，并且留下聚合物膜(其提供可将银沉积在其上的支架)；以及通过在托伦斯试剂中加热并培育聚合物膜而在聚合物膜上形成金属层。

托伦斯试剂可从硝酸银溶液开始制备，其中硝酸银以大于或等于0.01摩尔/L且小于或等于10摩尔/L的浓度存在。将氢氧化铵(15％v/v)以大于或等于1:100(氢氧化铵:硝酸银)且小于或等于1:10(氢氧化铵:硝酸银)的比例添加到硝酸银溶液。这导致金属银的沉积，其形成连续涂层。本发明的所得金属层具有通过金属层形成所在的聚合物层的性质而定制的表面形态和疏水性。

本发明的聚合物膜可通过将装置的表面的至少一部分浸入包括多巴胺和赖氨酸的聚合溶液中而形成。接着，可将溶液的pH值调整到介于7与12之间，从而导致多巴胺/赖氨酸的氧化聚合以形成聚合物膜。为形成本发明的涂层，接着可将聚合物膜浸入托伦斯试剂中。在浸入托伦斯试剂中的同时培育并加热之后，金属银已在聚合物膜上还原以形成金属层。这个实施方案在图1中概述。

所得金属层具有表面粗糙度，据信表面粗糙度促进超疏水性。表面可为超疏水的，其中表面具有大于或等于120°的水接触角。本发明者发现，本发明的金属层的定制疏水性和表面粗糙度的组合似乎促进抗细菌性。

表面的水接触角将根据形成于表面与水滴之间的角确定。将表面在压缩空气流下干燥并且将水滴沉积在干燥表面上。使用Krüss DSA100液滴形状分析器运用液滴法来进行水接触角测量。取决于接触角的不同润湿性水平在图14中表示。水接触角是在25℃下测量。

附图说明

通过附图来描述本发明。

图1。本发明的在装置上形成涂层的方法的实施方案。

图2。(A)随聚合溶液中的赖氨酸浓度变化的通过硅酮样本上的表面归一化的银量化，和(B)随聚合溶液中的赖氨酸浓度变化的硅酮样本上的银表面的水接触角。误差条指示标准偏差(SD)。

图3。针对不同赖氨酸浓度a)仅聚多巴胺(PDA)、b)赖氨酸0.2mg/mL、c)赖氨酸3mg/mL、d)赖氨酸10mg/mL的涂布有固定于PDA/赖氨酸涂层上的金属银表面的硅酮的表面粗糙度的FE-SEM显微图像和共焦3D重建。

图4。具有聚合溶液中的不同赖氨酸浓度的涂银样本的粗糙度值(Ra和Rq)。

图5。涂布有不同赖氨酸浓度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)样本上的粘附细菌的量化。用革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(MRSA)(A)和革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌(PAO1)(B)来执行粘附测试。将全部样本与未涂布PDMS进行比较以作为细菌定植的参考。误差条指示SD，*指示“明显”，其中P<0.005，**指示“非常明显”，其中P<0,001，而n.s.指示“不明显”。

图6。在细菌生长曲线的72小时之后的光密度的终点值。细菌(PAO1或MRSA)曝露于不同样本以便评估可能的抗菌效果。进行评估的样本是作为阴性对照的PDMS和具有不同赖氨酸浓度的本发明的金属层。误差条指示SD。

图7。针对聚合溶液中的甘氨酸/赖氨酸浓度的不同混合物的涂银样本的粗糙度值(Ra和Rq)。

图8。涂布有本发明的涂层的PDMS样本上的粘附细菌的量化，其中聚合物膜由具有不同甘氨酸浓度的聚合溶液形成。用革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(MRSA)(A)和革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌(PAO1)(B)来执行粘附测试。将全部样本与未涂布PDMS进行比较以作为细菌定植的参考。误差条指示SD，*指示“明显”，其中P<0.005，**指示“非常明显”，其中P<0.001，而n.s.指示“不明显”。

图9。在体内15天之后的尿液弗利导管上的细菌粘附量化。所研究的弗利导管是作为对照的

常规双通弗利导管，即具有内部憎菌金属层(Tractivus)的相同导管，和来自BARD的

弗利导管。

图10。对小型猪执行的体内气管支架的细菌量化(CFU)。通过15天的每个时段之后和研究结束时的支架的表面上的支气管洗涤对细菌进行量化。

图11。评估与本发明的金属层接触的红血球的行为的溶血测试。

图12。包括甘氨酸的本发明的金属层的水接触角(WCA)。

图13。未进行和进行厚度测量的情况下的硅酮衬底上的金属银层的共焦显微镜术图像(分别为A和B)。厚度测量显示具有接近1μm的厚度的金属层。

图14。取决于接触角的表面上的水滴的不同润湿性水平的表示。低润湿性：指示疏水性的不良相互作用衬底-水(θ>90°)、标准润湿性(θ<90°)和完全润湿(θ约0°)。

具体实施方式

实例1-PDMS衬底制备

通过以10:1(硅酮弹性体:固化剂)比例混合Sylgard^TM 184硅酮弹性体工具包(参考2085925)的两个组分并接着用涂料施用器铺展混合物以获得500μm厚膜来制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底。将膜在150℃下培育10分钟，此后，将膜切割成10mm直径的圆形。在70％v/v乙醇的水溶液中洗涤并存储衬底圆形。

实例2-PDA涂层

通过将0.121g多巴胺盐酸盐(参考H852，Sigma

)和对应量的赖氨酸和/或甘氨酸添加到100mL 50mM Tris缓冲溶液(参考Sigma

)中来制备PDA溶液。将溶液的pH值调整到碱性(pH值＞8，优选地，10)以允许PDA的优化自聚合。将来自实例1的PDMS膜在室温下浸入多巴胺溶液中历时6小时。用MilliQ冲洗新鲜涂布的薄膜以消除过量PDA。

实例3-银涂层

将来自实例2的PDA涂布样本浸入到托伦斯试剂中以执行金属涂布。通过将1.70g硝酸银(参考Sigma

)添加到100mL MilliQ水来制备托伦斯试剂。接着，在搅拌下添加足量的15％(v/v)氨水溶液以沉淀氧化银并重新溶解形成的银沉淀物。将PDMS膜在80℃温度下浸入托伦斯溶液中历时1.5小时。用MilliQ冲洗新鲜涂布的薄膜以移除过量PDA。

实例4-表面粗糙度和疏水性研究

本发明者发现，在多巴胺的氧化聚合期间在聚合溶液中存在至少一种氨基酸使银还原过程增加且因此允许更多银沉积在聚合物膜上(参见图2A)。此较高量的银使金属层的微-纳米结构更显著并且调整金属层的疏水性(参见图2B)。所沉积银的量和疏水性两者随着聚合溶液中的赖氨酸的浓度而增加。

在不限于理论的情况下，据信此疏水性增加由金属层的表面的微-纳米粗糙度的形态变化引起。图3示出聚合溶液中的赖氨酸的不同浓度下的涂布有本发明的金属层的硅酮的表面粗糙度的FE-SEM显微图像和共焦3D重建。

在未将赖氨酸添加到聚合介质时，样本具有粗糙度为Ra＝20nm(其被视为纳米级的粗糙度的低值)的平坦表面。在赖氨酸浓度增加到0.2mg/mL时，观察到在样本的表面上形成具有5μm高度的一些尖锐结构(图3B)。赖氨酸的较高浓度值导致新结构形成，从而显示银涂层上的正方形图案(图3C和图3D)。所构造的这个图案具有两个粗糙度区域：针对零和近零氨基酸浓度观察到的初始纳米粗糙度和归因于在较高氨基酸浓度下形成尖锐结构而观察到的微粗糙度。分别在图4A和图4B上呈现相对于赖氨酸的浓度的算术和二次平均粗糙度(Ra和Rq)的值。值Ra和Rq确认FESEM和共焦图像的结果(图3)，即增加聚合溶液中的氨基酸浓度使所获得金属层的粗糙度水平增大。认为存在两个数量级的粗糙度在增加衬底的疏水性和抗细菌性质方面起到关键作用。

还从包括甘氨酸的聚合溶液和包括甘氨酸和赖氨酸的聚合溶液制备本发明的金属层。在图12中提供所得金属层的表面的水接触角。

实例5-FESEM和共焦显微镜术

将实例3的涂银PDMS膜在压缩空气流下干燥并且运用场发射扫描电子显微镜(Zeiss Merlin，FESEM)来研究样本的表面形态。通过共焦显微镜术和干涉仪(Leica DCM3D 3.3.2)来评估表面粗糙度。使用样本区段的共焦图像来测量金属涂层厚度。为了进行此测量，使用手术刀从主样本切割几毫米(优选地，3mm)的薄层以获得试样。使用双面胶带将试样放置在样本架支撑件上并且使用共焦显微镜术来评估所述试样，如图13所示。接着，使用图像处理软件(LeicaMap 6.2)来获得膜厚度的不同测量，从而获得接近1μm的平均值。

可根据所研究表面的长度(mm)值和表面的深度(μm)值来确定算术表面粗糙度(Ra)和二次表面粗糙度(Rq)。通过以下方程式来确定Ra：

其中x是所研究区域的长度，Z(x)是所研究区域的深度，而lb是所执行测量的数目。结果以Z轴的长度单位来表示。

通过以下方程式来确定Rq：

其中x是所研究区域的长度，Z²(x)是所研究区域的深度的平方，而lb是所执行测量的数目。结果以Z轴的长度单位来表示。

用lb值15和约15μm的x值来确定本发明的样本的Ra和Rq值。

实例6-电感耦合等离子体

使用电感耦合等离子体质谱分析(ICP)来量化本发明的涂层中存在的金属银的量。将本发明的涂银PDMS膜浸入5mL MilliQ水中历时1天。在浸入之后，取出1mL水样并且在4℃下存储，直至水样在CP-OES Perkin Elmer Avio 500上运行以确定其中的银的量。可根据1mL样本中的银的量来确定涂银PDMS膜中的银的总量。ICP是使用电感耦合等离子体将样本离子化的一类质谱分析法。其将样本雾化并且产生原子和小的多原子离子，在此情况下是银离子，接着检测所述离子。

实例7-细菌粘附研究

在利用革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌-MRSA)和革兰氏阴性菌(铜绿假单胞菌-PAO1)两者的细菌粘附研究中测试本发明的金属层。在这两个研究中，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的硅酮基样本作为阴性对照。

关于革兰氏阳性菌，图5A和图8A表明聚合溶液中存在氨基酸导致细菌粘附减少多达两个数量级。关于革兰氏阴性菌，图5B和图8B表明聚合溶液中存在氨基酸导致细菌粘附减少。此外，图5B表明聚合溶液中的较高浓度的氨基酸可导致更憎菌的金属层。

实例8-抗菌效果研究

在细菌生长测定中测试本发明的金属层以确认细菌粘附研究中示出的CFU的减少可归因于较大的憎菌效果。图6示出在曝露于本发明的金属层的样本的细菌接种物生长72小时之后的细菌的光密度值。

在72小时之后，针对聚合溶液中的氨基酸的测试浓度中的任一者，革兰氏阳性菌(MRSA)或革兰氏阴性菌(PAO1)的光密度不存在观察差异。相对于阴性对照(PDMS)的本发明的金属层之间的光密度也不存在差异。这确认细菌粘附研究中示出的CFU的减少可归因于抗细菌定植的更憎菌涂层。

实例9-具有憎菌涂层的导尿管

作为本发明的概念的应用证明，购自Degania

的常规弗利导尿管在内部涂布有憎菌金属层。在作为动物模型的普通猪中执行的体内测试期间，评估经涂布导管的憎菌行为。在每组6只猪中植入经涂布导管(Tractivus)、常规导管(对照)和抗菌导管(BARD)保持15天以观察终点处的附接于装置中的细菌的量。图9中示出的结果显示，即使在与抗菌导管比较时，细菌粘附在测试期间也降低一个数量级。

实例10-具有憎菌涂层的气管支架

为评估本发明的有效性，将本发明的憎菌金属层施用在硅酮气管支架上以便在体内测试期间量化生物膜形成。使用小型猪作为动物模型来执行体内测试，其中将气管支架植入到小型猪气管保持30天。在第15天和在终点(30天)，使用挠性支气管镜来执行支架的支气管洗涤以从支气管洗涤收集流体。图10示出30天之后的支气管洗涤和固定在外植装置的表面上的细菌的细菌量化。在具有本发明的憎菌金属层的气管支架的表面上观察到小一个数量级的细菌并且未观察到生物膜。

实例11-中心静脉导管

为评估本发明在中心静脉导管(CVC)中实施的适合性，确切地说，如果金属涂层存在且对红血球产生影响，则实行溶血测试以确认本发明在与红血球接触时不会引起溶血(图11)。通过将血液从健康供体引入到涂布有本发明的金属涂层的CVC持续30分钟和24小时的时段来执行溶血测试。结果表明红血球中存在的溶血水平低于2％。这些低溶血值指示本发明可用于避免必须植入循环系统中的装置中的细菌感染。

实施方案的以下列表形成描述的部分

1.一种用于装置的涂层，其中所述涂层包括

聚合物膜，其中所述聚合物膜包括由包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的聚合溶液形成的聚合产物；以及

金属层，所述金属层形成于所述聚合物膜上。

2.一种经涂布装置，所述经涂布装置包括

装置，以及

根据实施方案1的涂层，所述涂层在所述装置的表面的至少一部分上。

3.一种在装置上形成涂层的方法，其中所述方法包括：

a.将所述装置的表面的至少一部分曝露于包括多巴胺或其盐和至少一种氨基酸或其盐的聚合溶液；

b.使所述聚合溶液聚合以便在所述装置的表面的所述至少一部分上形成聚合物膜；以及

c.将所述聚合物膜曝露于包括金属离子的溶液以便在所述聚合物膜上形成金属层。

4.根据实施方案1的涂层、根据实施方案2的经涂布装置或根据实施方案3的方法，其中所述至少一种氨基酸包括选自赖氨酸、组氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、亮氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、丙氨酸、酪氨酸和脯氨酸的列表的至少一种氨基酸。

5.根据实施方案1或实施方案4的涂层、根据实施方案2或实施方案4的经涂布装置或实施方案3或实施方案4的方法，其中所述至少一种氨基酸包括赖氨酸和甘氨酸中的至少一种。

6.根据实施方案1、4或5中任一项的涂层、根据实施方案2、4或5中任一项的经涂布装置或实施方案3到5中任一项的方法，其中所述至少一种氨基酸包括赖氨酸。

7.根据实施方案1或4到6中任一项的涂层、根据实施方案2或4到6中任一项的经涂布装置或实施方案3到6中任一项的方法，其中所述涂层还包括覆盖层，其中所述覆盖层形成于所述金属层上。

8.根据实施方案7的涂层、根据实施方案7的经涂布装置或根据实施方案7的方法，其中所述覆盖层包括选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸酯类聚合物或硅酮聚合物的聚合物。

9.根据实施方案7或实施方案8的涂层、根据实施方案7或实施方案8的经涂布装置或根据实施方案7或实施方案8的方法，其中所述覆盖层是水溶性的。

10.根据实施方案1或4到9中任一项的涂层、根据实施方案2或4到9中任一项的经涂布装置或实施方案3到9中任一项的方法，其中所述聚合物膜具有小于或等于1000nm的厚度。

11.根据实施方案1或4到10中任一项的涂层、根据实施方案2或4到10中任一项的经涂布装置或实施方案3到10中任一项的方法，其中所述金属层是连续的。

12.根据实施方案1或4到11中任一项的涂层、根据实施方案2或4到11中任一项的经涂布装置或实施方案3到11中任一项的方法，其中所述金属层以0.2mg/cm²或更大的量存在。

13.根据实施方案1或4到12中任一项的涂层、根据实施方案2或4到12中任一项的经涂布装置或实施方案3到12中任一项的方法，其中所述金属层包括银。

14.根据实施方案1或4到13中任一项的涂层、根据实施方案2或4到13中任一项的经涂布装置或实施方案3到13中任一项的方法，其中所述金属层具有大于或等于20nm的表面粗糙度Ra和/或大于或等于25nm的表面粗糙度Rq。

15.根据实施方案1或4到14中任一项的涂层、根据实施方案2或4到14中任一项的经涂布装置或实施方案3到14中任一项的方法，其中所述金属层具有大于或等于100°的水接触角。

16.根据实施方案1或4到15中任一项的涂层、根据实施方案2或4到15中任一项的经涂布装置或实施方案3到15中任一项的方法，其中所述金属层具有大于或等于50nm的表面粗糙度Ra。

17.根据实施方案1或4到16中任一项的涂层、根据实施方案2或4到16中任一项的经涂布装置或实施方案3到16中任一项的方法，其中所述金属层具有大于或等于50nm的表面粗糙度Rq。

18.根据实施方案1或4到17中任一项的涂层、根据实施方案2或4到17中任一项的经涂布装置或实施方案3到17中任一项的方法，其中所述金属层具有大于或等于100nm的表面粗糙度Ra。

19.根据实施方案1或4到18中任一项的涂层、根据实施方案2或4到18中任一项的经涂布装置或实施方案3到18中任一项的方法，其中所述金属层具有大于或等于100nm的表面粗糙度Rq。

20.根据实施方案1或4到19中任一项的涂层、根据实施方案2或4到19中任一项的经涂布装置或根据实施方案3到19中任一项的方法，其中所述聚合溶液的pH值介于7与12之间。

21.根据实施方案1或4到20中任一项的涂层、根据实施方案2或4到20中任一项的经涂布装置或根据实施方案3到20中任一项的方法，其中所述聚合溶液中的所述至少一种氨基酸或其盐的浓度大于或等于0.0001mg/mL且小于或等于10mg/mL，或其中所述聚合溶液中的所述至少一种氨基酸或其盐的所述浓度大于或等于0.001mg/mL且小于或等于10mg/mL。

22.根据实施方案1或4到21中任一项的涂层、根据实施方案2或4到21中任一项的经涂布装置或根据实施方案3到21中任一项的方法，其中所述聚合溶液中的所述至少一种氨基酸或其盐的所述浓度大于或等于0.001mg/mL。

23.根据实施方案2或4到22中任一项的经涂布装置或实施方案3到22中任一项的方法，其中所述装置的所述表面的所述至少部分是挠性的。

24.根据实施方案2或4到23中任一项的经涂布装置或实施方案3到23中任一项的方法，其中所述装置的所述表面的所述至少部分由聚合物形成。

25.根据实施方案24的经涂布装置或根据实施方案24的方法，其中所述装置的所述表面的所述至少部分由硅酮聚合物或聚氨酯形成。

26.实施方案25的经涂布装置或根据实施方案25的方法，其中所述装置的所述表面的所述至少部分由聚二甲基硅氧烷形成。

27.根据实施方案3到26中任一项的方法，其中包括金属离子的所述溶液是托伦斯试剂。

28.一种经涂布装置，所述经涂布装置可通过实施方案3到27中任一项的方法获得。

Claims

1.一种用于装置的涂层，其中所述涂层包括

金属层，所述金属层形成于所述聚合物膜上。

2.一种经涂布装置，所述经涂布装置包括

装置，以及

权利要求1所述的涂层，所述涂层在所述装置的表面的至少一部分上。

3.一种在装置上形成涂层的方法，其中所述方法包括：

4.如权利要求1所述的涂层、权利要求2所述的经涂布装置或权利要求3所述的方法，其中所述至少一种氨基酸包括选自赖氨酸、组氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、亮氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、丙氨酸、酪氨酸和脯氨酸的列表的至少一种氨基酸。

5.如权利要求1或权利要求4所述的涂层、权利要求2或权利要求4所述的经涂布装置或权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述至少一种氨基酸包括赖氨酸和甘氨酸中的至少一种。

6.如权利要求1、4或5中任一项所述的涂层、权利要求2、4或5中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到5中任一项所述的方法，其中所述至少一种氨基酸包括赖氨酸。

7.如权利要求1或4到6中任一项所述的涂层、权利要求2或4到6中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到6中任一项所述的方法，其中所述金属层是连续的。

8.如权利要求1或4到7中任一项所述的涂层、权利要求2或4到7中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到7中任一项所述的方法，其中所述金属层以0.2mg/cm²或更大的量存在。

9.如权利要求1或4到8中任一项所述的涂层、权利要求2或4到8中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到8中任一项所述的方法，其中所述金属层包括银。

10.如权利要求1或4到9中任一项所述的涂层、权利要求2或4到9中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到9中任一项所述的方法，其中所述金属层具有大于或等于20nm的表面粗糙度Ra和/或大于或等于25nm的表面粗糙度Rq。

11.如权利要求1或4到10中任一项所述的涂层、权利要求2或4到10中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到10中任一项所述的方法，其中所述金属层具有大于或等于100°的水接触角。

12.如权利要求1或4到11中任一项所述的涂层、权利要求2或4到11中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到11中任一项所述的方法，其中所述聚合溶液的pH值介于7与12之间。

13.如权利要求2或4到12中任一项所述的经涂布装置或权利要求3到12中任一项所述的方法，其中所述装置的所述表面的所述至少部分由聚合物形成。

14.如权利要求13所述的经涂布装置或权利要求13所述的方法，其中所述装置的所述表面的所述至少部分由硅酮聚合物或聚氨酯形成。

15.一种经涂布装置，所述经涂布装置可通过权利要求3到14中任一项所述的方法获得。