CN1228711A - 高级杀菌表面 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由固体基体构成的具有高密度的抗生性质或灭菌性质的表面,所述的基体采用一种或多种间隔基分子经共价固定改性,其特征在于一种或多种抗生素、杀菌剂、杀病毒剂或杀真菌剂分子以共价方式与所述的一种或多种所述间隔基的反应性末端连接。

Description

高级杀菌表面
本发明涉及具有持久抗生、杀菌、杀真菌或杀病毒性质之表面的制造方法,采用该制造方法能够得到的表面和这些表面在医学、化妆品、食品、卫生或工业流体中的应用。
在本文全文中,术语抗生、细胞毒性、杀菌分子或物质都应该理解不仅包括严格意义上的杀菌性质,而且包括杀病毒剂、杀真菌剂,更一般地,任何所要清除活细胞的细胞毒性生物活性物质。
已有一些杀菌表面,特别是用于例医疗领域的,如手套或织物。曾描述过表面与杀菌物质之间的非共价混合;特别可以提到在两层胶乳之间加入一种含有药理活性物质的液体介质的手套(法国专利8711753);还可以提及一种用嵌段共聚物稳定的微滴乳液(1993年12月23日的专利9315561)。
医疗植入物或导管也曾覆盖抗生素或抗生混合物;与载体的键是离子型的,抗生素简单地吸附在基体上(WO9317746)。
EP348462专利描述了由丙烯酸聚合物构成的隐形眼镜,其表面采用具有所要求性质(抗紫外、强度、选择性的细胞毒性等)的有机分子接枝改性。这种分子包含与丙烯酸聚合物链的羧基反应的硅烷基团。当透镜被改性而赋予它一些特定的性质时,这些透镜的改性表面包括多层不同厚度的选择化学基团:在某些情况下为50-100埃(表1,栏4),在其他情况下为2000-6000埃。
在“应用物理通信”(Appl.Phys.Lett.)62,2256(1993),“科学与未来”(Sciences et Avenir),567,87(1994)和“研究”(Recherche),275(26),460(1995)中描述了通过单分子层接枝将有机分子沉积在玻璃基体或二氧化硅基体上;这些改性的表面在自润滑表面、超薄电绝缘材料、抗污玻璃领域中都有它们的应用。
抗生表面的优点具体是防止在医院环境中院内感染的蔓延;事实上能够拥有其表面为细胞毒性的、可抑制将与这些材料接触的细菌生长的材料将是很有益的。这里可提出外科设备、导管,还有餐具、门窗、墙壁饰面、陶瓷制品等。另外,出现可耐受正常抗生剂量的细菌菌株,使得必需使用越来越高浓度细胞毒性产品。因此每单位表面的抗生素分子的数量应尽可能高。
本发明涉及具有抗生、杀菌、杀病毒或杀真菌性质的由无机或有机固体基体构成的表面,在该表面上已采用适当的化学方法覆盖了一层均匀、密实的单分子层,这些分子具有这些生物活性。所述的分子是通过共价键固定在基体上的,这样使该活性层具有持久不可逆的特性。
本发明改性的基体特征在于,这些抗生分子借助一个或多个“间隔基”通过共价键固定在该表面上。
这些间隔基分子一般是由2-18个碳原子和两个在端部的官能团组成的烷基链,该官能团使得其一方面与固体基体表面的位点,另一方面与生物活性分子生成不可逆共价键。
本发明的间隔基分子优选地满足化学式A1-(CH2)n-A2,式中:
-A1是X-OH,CO-Z,或Y3-Si,其X是卤素,Z=H,OH或Cl;Y=X或具有1-3个碳原子的烷氧基;
-构成烷基链的亚甲基的数目n是2-24;
-A2选自CH3、CH=CH2、OH、卤素或CO-Z残基,其中Z=H、OH或Cl。
在上述化学式中,n优选地是5-18。事实上,间隔基太短有可能使刚性太高,而如果间隔基太长,脂肪链本身有可能会折迭,这导致与抗生素的偶联效率比较差。
根据在如上所述的不同领域中所希望的应用,这些待改性的表面或者是无机表面,特别是二氧化硅(沙、玻璃珠、玻璃毛)的无机表面,或者是有机基体。在有机基体中,可以非限制性地列举聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),饱和或不饱和的聚酯,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、特氟隆(PTFE)、聚硅氧烷、多糖或任何能够用包含两个反应端的间隔基接枝的聚合物或共聚物。该基体还可以是金属或其氧化物,如铝(Al)、锡(Sn)或铟(In)。
在使用的基体中,特别是有机基体,某些基体或者在其侧链中,如PVC(Cl)、聚丙烯酸(-COOH)、聚酰胺(-CO-NH2)或聚羟甲基硅氧烷(Si-H),或者在它们的主链中,如聚氨酯(-NH-CO-O-)、聚碳酸酯(-O-CO-O-)、聚酯(-CO-O-),具有自然的反应官能团。
对于其他的基体,相反地,它们的反应官能团应该通过标准的活化方法就地生成,如根据L.Penn等人描述的技术(用于先进技术的聚合物(Polymers for Advanced Technologies)(1994)5:809-817)的化学氧化法或等离子体处理法;例如聚乙烯与许多其他聚合物或共聚物就是这种情况。
除了所述的聚合物外,在它们骨架上或在它们的表面上有反应基团的或具有能够转化成反应官能团的基团的任何聚合物,都可作为本发明表面基体的良好侯选者。该表面当然应根据所希望连接的抗生素或细胞毒素进行选择。
表面形状还可按照所希望的应用进行改变。
在生物或医学领域中,平面或假平面表面可以是瓶、袋、小瓶或其他容器,这可以是管状表面,如道管、注射器、针等或实心或空心微纤维;作为空心纤维的应用,可以列举肾透析滤芯或动物细胞培养用的空心纤维系统。
球形表面可以是珠或微珠,可具有适合所需的应用的任何直径,特别是几微米至几毫米。作为珠的应用实例,可以列举儿童玩的沙盘、牙膏中的磨料、与大比表面颗粒接触纯化水的系统,该系统能够通过简单搅拌净化溶液,而又不会在介质中释放抗生素。
在净化工业流体(机器-工具切削液等)的领域中,这些表面可以是汇集成滤芯的实心纤维。
在制造本发明表面时可使用的抗生素必需是优选地在细胞壁的水平上起作用的抗生素;在转录或翻译水平上起作用的抗生素在该情况下,在共价固定不能够使该抗生素在与它处于溶液中时的相同条件下渗透到该细菌中的情况下意义不大。
这些抗生素特别可以是包括β-内酰胺核的那些抗生素,如青霉素类、头孢菌素类、单环内酰胺类、硫霉素类,β-内酰胺酶抑制剂、肽聚糖合成抑制剂、碱性多肽,如杆菌肽或新生霉素。
特别选自下组的以季铵为主要成分的杀菌剂以及杀真菌剂也可以进入本发明活性表面的组成中:
-咪唑类,如制霉菌素和两性霉素B;
-脂族杀真菌剂,如十一碳烯酸锌、十一碳烯酸钙或十一碳烯酸钠;
-氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸酯与碘代氨基甲酸酯类,如3-碘-2-丁基氨基甲酸酯;
-有机汞衍生物,如甲氧基-乙基-汞硅酸盐;
-杂环杀真菌剂,如三嗪或1,3,5-六氢三嗪;
-异噻唑啉和乙硫磷吡啶的衍生物、氨基醇等。
杀菌剂或抗生素可能需要预先化学改性以便使其变成在一种表面上(例如玻璃表面)可接枝的。为此,将使用抗生素的反应基团,例如像在某些含有β-内酰胺核的抗生素化学结构中自然存在的胺官能,如氨基青霉烷酸。
在本发明改性的基体上,抗生素分子构成一个单分子层,其厚度小于4纳米。
为了使抗生、杀真菌或杀病毒的性质最佳,如果需要时使如此改性的表面的抗生作用谱增宽,该层的组成可以是均匀的或不均匀的;非均匀性可以是分子水平的或宏观水平的:例如,可以混合各自均匀的、带有不同性质分子的微珠。
本技术领域的技术人员根据希望使本发明的表面具有的抗生谱,将知道应该接枝唯一一种抗生素,或接一种以任何比例混合的多种抗生素的混合物。在第二种情况下,可以仅使用一类间隔基,而选择的抗生素与间隔基的同一反应端进行反应,或者使用多类间隔基,其中每类能够与特定的抗生素反应。还可能将具有不同生物活性特异性的分子混合。
由生物活性分子构成的单分子层是非常密实的,这些分子彼此直接接触,形成二维密实堆积。
本发明表面的单位表面的抗生素活性位点密度可以达到每平方厘米5×1014抗生素分子。这种密度导致局部浓度非常高,达到约每升1摩尔或400克/升,即比在溶液中的通常体积浓度高1万倍,这样使这种表面的细胞毒效率变得非常高,并且抗性菌株发生的危险性变得几乎为零。
如果希望的话,为了特定的应用,有可能通过加入不同浓度的被动间隔剂(即不能与生物活性分子形成共价键)降低材料表面存在的生物活性分子密度。因此很容易调整抗生素的密度,例如调整到1O11至5×1014分子/厘米2
细胞毒性分子从该表面向外部环境中偶然释放的危险是不存在的。这些单分子层不可逆地接枝在固体基体上。因此这些生物活性分子不可能从固定它们的基体上离开。与基体的共价键和在单分子层内这些分子本身之间的共价键是极强的,只有用非常特定的化学处理或光化学处理(在臭氧存在下接近210纳米的紫外辐照、电离辐射等)才能够破坏。此外,即使整个层脱落,生物危险性仍很有限:如果在1毫升(例如血液)液体体积中溶解1平方厘米的接枝层,抗生素的浓度最高为1微摩尔/升,即0.4毫克/升。因此有很大的稀释效果。与细胞毒性物质表面的局部浓度相比,稀释比是106。1微摩尔/升的浓度对机体不存在任何危险。
因此,在本发明中所描述的具有细胞毒性性质的物质可用于皮下、肌内或血管内应用。
该单分子层能够耐受水性溶剂或有机溶剂的长时间清洗,以及约120℃的温度。
该单分子层随时间推移还是持久不变的,不需要特定的储存与保存条件。
本发明还涉及借助上述化学式的间隔基分子在有机和无机表面上共价固定具有杀菌特性或抗生特性的分子的方法。这种方法随确切的载体性质与待接枝抗生素而不同。
在该表面是玻璃或二氧化硅的情况下,已经描述过在接枝分子是三氯烷基甲硅烷或三烷氧基烷基甲硅烷的这种特定情况下的表面制造方法,它们在游离端不含有可与抗生素分子生成共价键的官能团(自然(Nature),360,719(1992))。从近年来发表的多篇文章中(JB Brzoska等人,(1994)Langmuir 10:4367-4373;D.L.Allara等人(1995),Langmuir11:2357,2360)可以找到在水合二氧化硅表面上通过三氯甲硅烷基团沉积烃链单分子层的方法的详细描述。
为了能够固定生物活性分子,曾对这些文章中描述的方法进行了显著的修改。
因此,该表面制造方法包括:
-预先清洗所述的表面,其清洗的目的在于清除任何能够妨碍在该表面反应基团上固定间隔基的粒子或分子,
-如果必要的话,化学活化固体表面以便生成反应基团,
-沉积一层在外端位置具有反应功能团的联接层,
-在如此改性的表面的反应基团上化学接枝抗生素或杀菌剂。
当这些表面是无机表面时,进行如下清洗:
-或者浸渍在15%过氧化氢(H2O2)溶液中,通过添加几滴FeCl3使其分解,接着在50%H2SO4溶液中第二次浸渍;
-或者浸渍在15%过氧化氢和氢氧化钠(12克/升)浴液中。
将这些表面浸入3-10%HF溶液中几秒钟可以增加它们的反应性。
这样处理的表面再用大量蒸馏水冲洗,并在80℃烘箱中干燥10-15分钟。
在有机类型表面的情况下,根据产生反应基团的载体性质,可能需要:
a)如果基体是PVC,该表面预先采用下述处理进行活化:
.在20-45℃下与10-2摩尔/升叠氮化钠水溶液接触24小时;
.用水冲洗;
.在20-45℃下与10-2摩尔/升NaBH4水溶液接触24小时。
b)当基体是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)时,可以在氩气下让该表面与1-5%3-氨基丙基三乙氧基甲硅烷在甲苯中的溶液接触预先活化其表面。
一般地,如果该基体是自然反应性的或改性使其变成反应性的,本发明的方法在于让固体基体表面上的反应基团与“间隔基”分子进行反应,该分子包括在该载体上可接枝的顶端、包括2-18个亚甲基的烷基链和用于接枝生物活性分子的外端官能团。例如,可以使用11-(三氯代甲硅烷基)十一碳烯酰基氯(TCSUC)。预先清洗的并任选地活化的载体浸入含有“间隔基”分子的溶液中(约10-3M)。在室温下继续进行反应24小时。
使用的生物活性分子可以是季铵,如2-羟乙基二甲基十二烷基铵(HEDMDA),或者是抗生素,例如像6-氨基青霉烷酸三乙基铵盐(APATEA),或者是杀真菌剂。
一般地,这些分子应该具有能够与该基体上沉积的“间隔基”分子生成共价键的官能团。
将用“间隔基”分子改性的固体载体浸入含有抗生素的稀溶液(约10-3M)中进行反应。该反应在室温下进行24小时。
本发明还涉及采用上述方法得到的本发明表面的应用,这种应用在下述实施例中作了说明。
为净化目的的本发明表面的应用可能涉及许多工业领域,如健康、卫生和农业食品。作为实例,可以列举:
-该表面用于生产医用容器,如瓶、袋、插管,尤其是一次性使用的容器;
-该表面用于生产用于离外或体内器官处理的医疗设备,如肾渗透滤芯;
-该表面用于生产用于牙科或清洗牙的一种或多种材料;
-该表面用于生产骨或血管假体;
-该表面用于净化生活液体,特别是净化水和常规饮料(果汁、奶、酒等)或其他饮用流体;
-该表面用于净化工业流出物和流体,例如切削液、润滑剂、石油流体,如粗柴油、汽油、煤油。
下述无任何限制性的实施例用于说明根据本发明制造表面的方法,及其根据所使用的载体、接枝的抗生素和要杀死细菌的性质,说明这些表面的杀菌特性。
试验部分:
任何表面都用红外光谱(IR)、光谱(XPS)、椭圆光度法和C.Allain等人在“胶体与界面科学杂志”,107,5(1985)中描述的无柄滴法测量接触角来表征。
1、反应物的制备
作为实例,使用了带乙烯末端基团的甲硅烷、带酰氯末端基团的甲硅烷、青霉烷酸抗生素和两种杀菌剂。下面描述后三种化合物的制备。
1.a.11-(三氯代甲硅烷基)十一碳烯酰基氯(TCSUC)
在5毫升(50微摩尔)小瓶中加入三氯代甲硅烷、3.6毫升(17微摩尔)十一碳烯酰氯和220毫克预重结晶的AIBN(2,2’-偶氮-双-异丁腈)。在脱气后,在真空下密封该瓶,并将其加热到80℃达36小时。在真空下蒸馏该反应产物(在0.2毫米汞柱下Td=128℃)。产率:50%。
1.b.6-氨基青霉烷酸三乙铵盐(APATEA)
在60毫升EtOH/H2O(以体积计为5/1)混合物中将2克(10微摩尔)6-氨基青霉烷酸制成悬浮液,再添加1.4毫升(10微摩尔)三乙胺(TEA)。在完全溶解之后,蒸去溶剂,在真空下干燥该产物。产率:100%。
1.c.2-羟乙基-二甲基十二烷基铵溴化物(HEDMDA)
将10克(47微摩尔)N,N-二甲基十二烷基胺和10克(80微摩尔)2-溴代乙醇溶解于60毫升丙酮中。搅拌回流混合物达6小时。在冷却后,HEAMDA沉淀。该沉淀经过滤后用乙醚洗涤,再在真空下干燥。产率:81%。
根据同样的方法,使用1,5-二溴代戊烷代替2-溴代乙醇,制备5-溴代戊基-二甲基十二烷基铵溴化物。
Ⅱ.无机表面的制备
Ⅱ-a表面清洗:
采用两种清洗方法:
1、将这些表面浸入15%H2O2溶液达30-60分钟,通过添加几滴FeCl3使其分解。然后这些表面在50%H2SO4中浸5分钟,用大量蒸馏水冲洗,再在80℃烘箱中干燥10-15分钟。
2、将这些表面浸入15%H2O2溶液中。谨慎地加入氢氧化钠粉末(12克/升),将整个反应物搅拌1小时。在用水冲洗后,这些表面在80℃烘箱中干燥10-15分钟。
Ⅱ-b.具有酰氯或乙烯模端的联接层的沉积:
使用的技术在J.B.Brzoska等人,(1994)Langmuir 10:4367中已描述过。
制备TCSUC在己烷/CH2Cl2(以体积计70/30)混合物中的溶液(10- 3摩尔/升),在氢气下将该溶液冷却到0℃。让这些表面与这种溶液接触1小时30分钟。然后,将它们在有氯仿的超声波槽中冲洗5分钟,最后,在氮气流下进行干燥。
Ⅱ-c.任选改变联接层以得到羧基官能团(-COOH):
已硅烷化的表面在5%Na2CO3水溶液中浸渍2×24小时。在如前面那样中和之后,这些表面用蒸馏水冲洗,再在氮气下干燥。
Ⅱ-d.生物活性分子的接枝
-用羧基(-COOH)官能化的表面:
制备CHCl3或CH2Cl2溶液,该溶液含有10-2摩尔/升APATEA和10-2摩尔/升TEA。溶解之后,加入10-2摩尔/升二环己基碳化二亚胺和2×10-3摩尔/升N,N-二甲基氨基吡啶。将这些表面浸入这种溶液中,将混合物搅拌24小时。用氯仿冲洗如此处理的表面,再进行干燥。
-用酰氯(-COCl)官能化的表面:
将这些表面浸入含有10-2摩尔/升HEDMDA和10-2摩尔/升TEA的CHCl3溶液中。搅拌(24小时)后,用氯仿冲洗这些表面,再进行干燥。
Ⅲ.有机表面的制备
可以采用浸入乙醇溶液中经超声搅拌5分钟的方法清洗所有使用的有机材料。
Ⅲ-a.聚氯乙烯(PVC)
在聚氯乙烯的情况下,需要将氯基团转化成胺基团而活化其表面。
为此,将PVC浸入10-2摩尔/升叠氮化钠水溶液中。在40℃搅拌24小时后,用水洗涤PVC。再将它浸入40℃NaBH4(10-2M)水溶液中达24小时。
可以采用两种方式进行抗生素的接枝:
1)在用水冲洗后,将PVC浸入5%(体积/体积)戊二醛水溶液中。将混合物搅拌20小时,加入10-2摩尔/升NaBH4,继续搅拌4小时,再用水冲洗PVC。
然后将PVC浸在2-溴代乙胺(10-2M)和氢氧化钠(10-2M)的水溶液中。将整个混合物搅拌20小时,加入NaBH4(10-2M),继续搅拌4小时。
在用水冲洗之后,将PVC浸在含有N,N-二甲基十二烷基胺(10-2M)的甲醇/水(75/25,体积/体积)溶液中。将整个混合物搅拌24小时,用水冲洗PVC,再干燥。
2)在用水冲洗后,将PVC浸入BPDMDA水溶液(10-2M)中。整个混合物在40℃搅拌24小时,用水冲洗PVC,再干燥。
这第二种方法在处理成品时能够保持PVC的完整性(物理特性和化学组成)。
Ⅲ-b PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)
如同PVC的情况,需要在聚合物链中加入氨基烷基甲硅烷分子活化PET表面。为此,使用了L.N.Bui等人(1993)在分析家(Analyst),118:463中描述的方法。
在氩气下,将PET在2%(体积/体积)3-氨基丙基三乙氧基甲硅烷在甲苯中的溶液里浸24小时。在用氯仿和甲苯冲洗之后,活化的PET或者浸在3%(体积/体积)癸二酰氯在含有几滴吡啶的甲苯中的溶液里,或者浸在5%(体积/体积)戊二醛水溶液中,整个混合物在氩气下搅拌24小时。然后用甲苯(在酰氯的情况下)或用水(在醛的情况下)冲洗PET,然后用乙醇冲洗PET。这种方法能够将间隔基分子固定在PET表面上。
如无机表面一样,间隔基分子的酰氯末端官能团任选转化成羧基基团。
然后根据与无机表面同样的方法进行抗生素或杀菌剂的接枝。
细菌学试验
1、方案
首先制备含有约105-106细菌/毫升浓度的白葡萄球菌菌株(表皮葡萄球菌)(SB)的营养介质溶液。
将这些表面浸在SB溶液(不搅拌)以几乎静止的状态试验这些表面。培养时间一般是24小时,温度为37.5℃。
使用了不同类型的表面:
-粉末(直径小于1毫米的球形颗粒),
-珠(直径大于1毫米的球形颗粒),
-管、薄膜或厚板,
-纤维。
Ⅱ.结果
测定600纳米处的光密度,用培养皿和/或用激光计数器计数,测定了在有处理表面培养之后溶液中的细菌浓度。
所得到的不同材料的数据汇集于下表。
T代表以℃表示的培养温度。
t代表该溶液的培养时间,以小时表示。
[SB]o代表在起始时(t=0)每毫升溶液中的细菌数。
[SB]t代表在培养时间t后每毫升溶液中的细菌数。
Ⅱ-1.砂(99%二氧化硅SiO2)
类型  抗生素    T(℃) t(小时)    [SB]o     [SB]t     N°
粉末(直径:200微米)    无     37.5    24    106   250×106     A1
 APATEA     37.5    24    106   40×106     A2
 HEDMDA     37.5    24    106    <100     A3
Ⅱ-2.玻璃(含有60%二氧化硅的硼硅酸盐)
   类型  抗生素    T(℃) t(小时)   [SB]o   [SB]t     N°
    珠(直径:200微米)    无    37.5    24    106  350×106     B4
 APATEA    37.5    24    106  230×106     B5
 HEDMDA    106     B6
   纤维(直径:30微米)    无    37.5    48   2×104  250×106     B7
 APATEA     B8
 HEDMDA    37.5    48   2×104  40×106     B9
    管    无     B10
 APATEA     B11
 HEDMDA     B12
Ⅱ-3.PVC
  类型  抗生素    T(℃) t(小时)    [SB]o    [SB]t     N°
  粉末    无    37.5     24     105   8×107     D1
 APATEA     D2
 BPDMDA    37.5     24     105    <100     D3
  磨碎(直径:3毫米)    无     105   6×107     D4
 APATEA     D5
 BPDMDA     105    <100     D6
   管    无    37.5     24     105   7×108     D10
 APATEA     D11
 BPDMDA    37.5     24     105    <20     D12
Ⅱ-5.PET
    类型  抗生素   T(℃) t(小时)   [SB]o   [SB]t     N°
    粉末    无    37.5    24    104   4×107     E1
 APATEA     E2
 HEDMDA    37.5    24    104    102     E3
    纤维    无     E4
 APATEA     E5
 HEDMDA     E6
    薄膜(厚度:0.35毫米    无     E10
 APATEA     E11
 HEDMDA     E12
Ⅲ.结果分析
研究上述各个不同的表,可证明在已处理的表面的情况下有非常明显的杀菌或制菌效果。在与接枝抗生素接触的溶液中最后细菌浓度在使用的条件下是零或测不到,而没有抗生素时所测定的最后浓度比起始浓度高1000倍,另外所有的条件都是相同的。
所有类型的表面和所有研究的材料都具有这种效果。
观察到比表面越大(大量的抗生素或杀菌剂位点),其效果也就越好(例如对比A2与B5)。
被处理表面的杀菌效率似乎异常地高。在1毫升体积中,其中浸入2平方厘米已处理表面,观察到所有细菌在24小时内都被杀灭,而直接制成溶液的等量杀菌剂分子是无效的。此外,计算还表明在这种情况下达到的浓度(<1微克/毫升)低于抗生素的CMB。
测定在溶液中的这些抗生素的CMB值,APATEA和HEDMDA(或BPDMDA)的分别为64微克/毫升和4微克/毫升。
本发明表面的优点简述如下:
-化学接枝使表面的杀菌剂处理变得持久、不可逆;
-所使用有机分子偶然释放于环境介质的可能性由于与基体生成共价键而几乎为零;
-由于有机分子层是单分子厚度,所以非常少量的活性产物就足以充分覆盖所要处理的表面;
-生物活性分子的局部浓度非常高,典型地比通常溶液中的剂量高10000倍,这样使处理表面有异常高的杀菌效率;
-处理表面与待杀灭细菌之间的相互作用是基于非常一般的物理-化学原理,而不是基于特异的相互作用。同样的涂层因此对多类细菌和酵母都是活性的;
-所使用的分子不是抗生素,因此不存在微生物生态学问题;
-抗细菌分子“混合物”沉积在同一表面上,从而有可能扩宽作用谱;
-没有“消耗”,因此随着时间的推移也不会耗尽所沉积的抗细菌产物;
-抗细菌剂在这些表面上的定位可阻止形成生物薄膜和阻止细菌菌落发育;
-已处理的物体是自动无菌的,不需要特定的储存条件;
-这种表面处理是极耐久的。这些处理材料可以使用任何常用的溶剂洗涤,还可以在高温(120℃)下加热,或用过氧化氢灭菌。因此常规类型的灭菌或净化都是可能的;
-所选择的化学处理只是在原子厚度上使被处理聚合物改性,既不改变聚合物的结构性质,又不改变它们的外观;
-已处理物体可具有任何形状和尺寸。在空心管的情况下,可以在同一个步骤中覆盖管的内部和外部。同样,这些表面不需要是平的或光滑的。

Claims (26)

1、由固体基体构成的具有高密度的抗生性质或灭菌性质的表面,所述的基体采用一种或多种间隔基分子经共价固定而改性,其特征在于一种或多种抗生素、杀菌剂、杀病毒剂或杀真菌剂分子以共价方式与所述的一种或多种间隔基的反应性末端连接。
2、根据权利要求1所述的表面,其特征在于间隔基分子是满足化学式A1-(CH2)n-A2的硅烷,式中:
-A1是X-OH,CO-Z,或Y3-Si,其中X是卤素,Z=H,OH或Cl;Y=X或具有1-3个碳原子的烷氧基;
-n是2-24;
-A2选自CH3、CH=CH2、OH、卤素或CO-Z残基,其中Z=H、OH或Cl。
3、根据权利要求2所述的表面,其特征在于n是5-18。
4、根据权利要求1-3中任一权利要求所述的表面,其特征在于抗生素是在细胞壁的水平上起作用的抗生素,特别是包含β-内酰胺核的那些抗生素,如青霉素类、头孢菌素类、单环内酰胺类、硫霉素类,β-内酰胺酶抑制剂、肽聚糖合成抑制剂、碱性多肽,如杆菌肽或新生霉素。
5、根据权利要求1-3中任一权利要求所述的表面,其特征在于杀菌剂是季铵。
6、根据权利要求1-5中任一权利要求所述的表面,其特征在于该基体是无机基体,特别是玻璃或玻璃纤维无机基体。
7、根据权利要求1-5中任一权利要求所述的表面,其特征在于该基体是金属氧化物,如Al2O3、SnO2、InO3
8、根据权利要求1-5中任一权利要求所述的表面,其特征在于在该基体是有机塑料,特别是聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),饱和或不饱和的聚酯,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、特氟隆(PTFE)、聚硅氧烷、多糖或任何能够用包含两个反应性末端的间隔基分子接枝的聚合物或共聚物。
9、根据权利要求1-8中任一权利要求所述的表面,该表面构成医学、外科、化妆品、食品或卫生用途产品的容器。
10、根据权利要求1-8中任一权利要求所述的表面,该表面构成直径为几微米至几毫米的微粒。
11、根据权利要求10所述的表面,其特征在于这些微粒是沙子。
12、根据权利要求1-8中任一权利要求所述的表面,其特征在于它构成医用的假体。
13、根据权利要求12所述的表面,其特征在于该假体是隐形眼镜。
14、根据权利要求1-8中任一权利要求所述的抗生表面,其特征在于单位表面的抗生素活性位点密度是每平方厘米1011至5×1014抗生素分子。
15、根据权利要求1-14中任一权利要求所述具有抗生性质的表面,其特征在于一种或多种不同的抗生素被接枝在所述表面上,在该表面上它们生成一层厚度小于4纳米的单分子层。
16、根据权利要求1-8中任一权利要求所述表面的制造方法,该方法包括至少下述步骤:
-清洗所述的表面,
-如果必要的话,化学活化表面以便生成反应基团,
-沉积一层在外端位置具有反应官能团的联接层,
-在如此改性的表面的反应基团上化学接枝抗生素、杀菌剂或杀真菌剂。
17、根据权利要求16所述的方法,其特征在于这些表面用APATEA、HEDMDA或BPDMDA改性。
18、根据权利要求16所述的方法,其特征在于该基体是PVC,其表面预先采用下述处理进行活化:
-与NaN3水溶液接触,
-然后与NaBH4水溶液接触。
19、根据权利要求16所述的方法,其特征在于该基体是聚对二甲酸乙二醇酯(PET),该表面预先用1-5%3-氨基丙基三乙氧基甲硅烷在甲苯中的溶液在氩气下与该表面接触24小时进行活化。
20、根据权利要求1-15中任一权利要求所述表面在制造医用容器中的用途,如瓶、袋、导管,特别是一次性使用的容器。
21、根据权利要求1-15中任一权利要求所述表面在制造处理离体或体内器官的医用设备中的用途。
22、根据权利要求1-15中任一权利要求所述表面在制造牙科或清洗牙用的材料中的用途。
23、根据权利要求1-15中任一权利要求所述表面在制造假体如人造骨或血管中的用途。
24、根据权利要求10和11中任一权利要求所述表面在制备儿童用的沙袋中的用途。
25、根据权利要求10和11中任一权利要求所述表面在常用饮料和其他流体食品的灭菌中的用途。
26、根据权利要求10和11中任一权利要求所述表面在工业流体的灭菌中的用途。
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