TWI808510B - 抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料、薄膜及其應用 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料、薄膜及其應用，該抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料係為一包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料。特別地，上述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料及其所製成的薄膜在蒸汽滅菌後仍保有良好的生物惰性。

Description

抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料、薄膜及其應用
本發明揭示一種抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料、薄膜及其應用。特別地，該抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料係為一包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料。
生醫材料大致分為人工合成及由生物體萃取之材料，應用在人體植入物、代替人體部分器官系統及直接與人體組織進行接觸以進行醫療功能。常用的生醫材料是高分子材料，如聚乙二醇(PEG)，由於其具備抗生物分子沾黏的特性，所以廣泛的作為醫藥載體和生醫材料。PEG雖具備良好之抵抗蛋白質吸附特性，但其會因高溫及高氧下造成高分子鏈裂解之現象，長時間使用會有穩定性的問題；其次，PEG末端羥基可被醇脫氫酶氧化成醛，這種醛類也會與體內蛋白質及其它具有胺基團的發生反應造成人體傷害。
在產業需求上，由於許多醫療器材如手術刀、人工手臂、金屬支架及金屬植入物都必須經過滅菌消毒的程序，但是習知的高分子生醫材料因高溫時的結構穩定性差導致在應用上有其限制。據此，開發一可應用在滅菌程序且性質穩定的高分子生醫材料實為一亟待研究的課題和開發的領域。
根據先前技術所述的發明背景和產業需求，本發明第一目的在於提供一種抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料。
本發明所述的生物惰性是指當一材料與生物體接觸後不會造成該生物體有不良反應，或不會造成該材料有沾黏吸附生物分子的現象時，則稱此材料則具備生物惰性。據此，本發明所述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料是一不會在高溫、高濕、高壓或其組合等環境下喪失其生物惰性的一種雙離子型材料。
具體地，上述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料係為一包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料。該雙離子結構包含：磷酸甜菜鹼基團(phosphobetaine)、羧基甜菜鹼基團(carboxylbetaine)、磺基甜菜鹼基團(sulfobetaine)或其組合。
具體地，該包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料包含甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物。
本發明第二目的在於提供一種抗生物惰性效能衰變之薄膜，其包含一膜層和一基材，該膜層是由如本發明第一目的所述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料所構成且固定在該基材的表面。
具體地，該膜層是由甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水 膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物所構成。
具體地，所述的基材包含聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、聚乙烯或縲縈。
特別地，上述膜層的對水接觸角是約≦60度，較佳的，是20~60度。
上述抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料固定在該基材表面的方式包含塗佈程序、化學接枝或基材表面改質等方式。
本發明第三目的在於提供一種使材料表面在經滅菌程序後保持該材料原有生物惰性的方法，其步驟包含使如本發明第一目的所述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料在該材料表面上形成一抗生物惰性效能衰變之膜層，藉此使該材料表面在經滅菌程序後保持該材料原有之生物惰性。
具體地，該抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料包含甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物。
具體地，上述抗生物惰性效能衰變之膜層的對水接觸角是約≦60度，較佳的，是20~60度。
具體地，該滅菌程序是高壓溼熱滅菌或蒸氣滅菌。
特別地，上述抗生物惰性效能衰變之雙離子之膜層是以物理吸附或化學鍵結的作用方式固定在該材料表面。
綜上所述，本發明的技術特徵和功效包含：(1)設計和提供一包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料，藉此使該高分子材料具有抗生物惰性效能衰變的效果，在高溫、高濕或高壓的操作環境下不會喪失原有的生物惰性，本發明的技術特徵示意圖如圖1所示，其中PSBMA係作為本發明具有無法預期功效之實驗對照組；(2)設計和提供一種抗生物惰性效能衰變之薄膜，其包含由上述包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料所構成的膜層，能廣泛的應用在生物醫療產業；(3)提供一種使材料表面在經滅菌程序後保持該材料原有生物惰性的方法，藉此提高生物醫療材料的安定性，達到在濕熱滅菌程序後能夠重複使用之目的。
〔圖1〕本發明抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料之技術功效示意圖。
〔圖2〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA共聚物之合成示意圖。
〔圖3〕本發明之PSBAA水膠在滅菌程序前後的大腸桿菌覆蓋密度長條圖。
〔圖4〕本發明之PSBAA水膠在滅菌程序前後的纖維蛋白相對吸附率長條圖。
〔圖5〕本發明之PSBAA水膠在滅菌程序前後的顯微鏡影像圖。
〔圖6〕本發明之PSBAA水膠在滅菌程序前後的血液細胞覆蓋密度長條圖。
〔圖7〕本發明之SBAA和SBMA分子結構在蒸氣滅菌後的結構變化示意圖。
〔圖8〕本發明之SBAA和SBMA分子結構在蒸氣滅菌前後的質譜分析圖。
〔圖9〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA共聚物和PS-r-PEGMA-r-PSBMA共聚物在滅菌程序前後的質譜分析圖。
〔圖10〕本發明之PSBAA水膠-縲縈薄膜在滅菌程序前後的血液細胞覆蓋密度長條圖。
〔圖11〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後的表面結構顯微鏡影像圖(a)；塗層密度長條圖(b)；孔隙度長條圖(c)和平均孔洞流動大小長條圖(d)。
〔圖12〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後的水接觸角長條圖(a)和水合能力長條圖(b)。
〔圖13〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後的細菌貼附密度長條圖。
〔圖14〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後的血液細胞貼附密度長條圖。
〔圖15〕本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後的纖維蛋白相對吸附率長條圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中將可清楚的呈現。為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發明的施行並未限定於該領域之技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的組成或步驟並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。
本發明第一實施例在於提供一抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料，該抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料係為一包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料。該雙離子結構包含：磷酸甜菜鹼基團(phosphobetaine)、羧基甜菜鹼基團(carboxylbetaine)、磺基甜菜鹼基團(sulfobetaine)或其組合。
於一具體實施例，該包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料包含甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物。
於一具體實施例，該甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠的反應組成包含甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼和交聯劑，以該甲基丙 烯醯胺磺基甜菜鹼和交聯劑之莫耳總和計算，該交聯劑所佔的莫耳百分比約等於或大於25%。
於一具體實施例，該聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物的聚苯乙烯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼的組成莫耳比例是約10~40%：10~40%：10~30%，較佳的，是約30~40%：30~40%：20~30%。
本發明第二實施例在於提供一種抗生物惰性效能衰變之薄膜，其包含一膜層和一基材，該膜層是由如本發明第一實施例所述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料所構成且固定在該基材的表面。
於一具體實施例，該膜層是由甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物所構成。
於一具體實施例，所述的基材包含聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、聚乙烯或縲縈。
於一具體實施例，上述膜層的對水接觸角是約≦60度，較佳的，是20~60度。
於一具體實施例，該抗生物惰性效能衰變之薄膜的孔隙度是約≦50%，較佳的，是30~40%。
於一具體實施例，該抗生物惰性效能衰變之薄膜的 平均孔徑是約≦0.15μm，較佳的，是0.05~0.15μm。
於一具體實施例，該膜層的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料塗層密度是約≦8mg/cm2，較佳的是6~8mg/cm2。
於一具體實施例，上述抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料固定在該基材表面的方式包含塗佈程序、化學接枝或基材表面改質等方式。
本發明第三實施例在於提供一種使材料表面在經滅菌程序後保持該材料原有生物惰性的方法，其步驟包含使如本發明第一實施例所述的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料在該材料表面上形成-抗生物惰性效能衰變之膜層，藉此使該材料表面在經滅菌程序後保持該材料原有之生物惰性。
於一具體實施例，該抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料含甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物。
於一具體實施例，上述抗生物惰性效能衰變之膜層的對水接觸角是約≦60度，較佳的，是20~60度。
於一具體實施例，該膜層的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料塗層密度是約≦8mg/cm2，較佳的，是6~8mg/cm2。
於一具體實施例，該滅菌程序是高壓溼熱滅菌程序。
於另一具體實施例，上述抗生物惰性效能衰變之雙 離子之膜層是以物理吸附或化學鍵結的作用方式固定在該材料表面。
以下範例和實驗例係依據上述之發明內容和實施例所述之內容所進行的實驗，並據此做為本發明的效果驗證和說明。
範例一：甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠(PSBAA)的合成和分析
單體[3-(甲基丙烯醯氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨(SBAA)溶解於去離子水中，再分別與不同比例(3、10、25mol%)之交聯劑(亞甲基雙丙烯醯胺；NMAB)溶液(0.2wt%)均勻混合攪拌三十分鐘，待其混合均勻後，加入起始劑(過硫酸銨；APS)攪拌十分鐘後，加入催化劑(四甲基乙二胺；TEMED)，使用針筒將液體注入水膠模具中，於室溫下進行自由基交聯聚合反應一小時形成水膠，以直徑為10公釐之模具裁切水膠，並浸於去離子水與甲醇混合液中，保存於4℃冰箱。將水膠分別置於去離子水中，反覆更換去離子水六次，以確保甲醇被置換及清除未反應完成之單體及寡聚物。將上述的水膠浸入去離子水載具中，取4μl二碘甲烷垂直滴在該水膠之表面並使用表面接觸角分析儀測量紀錄即時接觸角角度，其約在110°~120°之間。
範例二：聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物(PS-r-PEGMA-r-PSBAA)的合成和分析
反應方程式如圖2所示，將單體苯乙烯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼(SBAA)或[2-(甲基丙烯醯 基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氫氧化銨(SBMA)以莫耳比例35：43.3：21.7加入甲苯和甲醇(1：1)的混合溶液中並攪拌至完全溶解，其固含量控制在約30wt.%，然後加入AIBN起始劑，該AIBN的用量是上述單體莫耳數總和的1/150，升溫到65℃進行自由基聚合反應藉此得到目標共聚物(PS-r-PEGMA-r-PSBAA)或(PS-r-PEGMA-r-PSBMA)，反應結束後降溫以正己烷清洗共聚物的粗成品，然後用冷凍乾燥凍乾後得到最後成品(PS-r-PEGMA-r-PSBAA)或(PS-r-PEGMA-r-PSBMA)。藉由H-NMR分析，其中PS-r-PEGMA-r-PSBAA在化學位移約7.29、3.73和3.25ppm的位置具有特徵峰；PS-r-PEGMA-r-PSBMA在化學位移約7.17、3.59和3.17ppm的位置具有特徵峰。經由NMR計算得到的共聚物組成分析和以GPC量測的分子量如表1所示。
Figure 110138635-A0305-02-0012-1
範例三：抗生物惰性效能衰變之薄膜的製備
將範例一或範例二製成的水膠或共聚物分別和縲縈或具偏二氟乙烯(PVDF)等基材利用旋轉塗佈法(spin-coating)或浸 塗法(dip-coating)分別製成PSBAA-縲縈薄膜、PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜和PS-r-PEGMA-r-PSBMA-PVDF薄膜。
薄膜特性分析
本發明揭示的各式抗生物惰性效能衰變之薄膜以掃描式電子顯微鏡(SEM)分析其表面結構特徵；以表面接觸角分析儀測量其膜層的接觸角；以毛細管穿透孔徑分析儀(capillary flow porometer)分析其平均孔洞流動大小；藉由浸入溶劑前後的薄膜重量變化進行分析，以算式(1)計算其孔隙度，其中ε表示孔隙度，W W 表示薄膜浸入溶劑後的取出秤重的重量，W D 表示薄膜的乾重，ρ P 表示基材的比重，如PVDF是1.78g/cm3，和ρ b 表示該溶劑的比重，此例是正丁醇，比重是0.81g/cm3。
Figure 110138635-A0305-02-0013-2
生物惰性效能分析
本發明揭示的各式抗生物惰性效能衰變之雙離子材料、薄膜和本發明之實驗對照組所進行的相關生物惰性效能分析包括細菌/大腸桿菌貼附測試、蛋白質/纖維蛋白吸附測試、人類全血血球細胞貼附測試和細胞存活率測試等，其通用的實驗步驟如下所述。
細菌貼附測試
將待分析樣品置於去離子水中，反覆更換去離子水六次，以確保甲醇被置換及清除未反應完成之單體及寡聚物；進行測試前，先將樣品浸於PBS緩衝溶液24小時，之後以PBS緩衝溶液清洗三次後進行實驗。然後將培養完成之菌液，分別以1ml加入在待測樣品中，置入37℃轉速100rpm之烘箱中，進行3小時及24小時細菌貼附。待貼附時間結束之後移除菌液，使用PBS緩衝液清洗6次以移除殘餘細菌，加入戊二醛(體積1ml，濃度2.5%)固定已貼附之細菌。
蛋白質吸附測試
將樣品置於盛滿去離子水之24孔TCPS盤中，反覆更換去離子水六次，以確保甲醇被置換及清除未反應完成之單體及寡聚物；再將樣品浸於PBS緩衝液中浸泡24小時，之後以PBS緩衝液清洗樣品三次。配置每1mg/ml之牛血清白蛋白(BSA)及人類纖維蛋白原(FN)，並放置37℃烘箱中，待其自然溶解。先加入預測試之目標蛋白質-人類纖維蛋白原(FN)1ml至樣品中，樣品靜置於37℃烘箱30分鐘，經30分鐘後，移除蛋白質溶液，並以PBS緩衝溶液清洗，以去除多餘蛋白質。將1mg/ml之BSA分別以1ml加入樣品中，樣品靜置於37℃烘箱30分鐘；其目的於填補材料上未吸附目標蛋白質之缺陷，30分鐘後移除蛋白質溶液，再以PBS緩衝液清洗樣品三次。將每個樣品加入1ml對目標蛋白質具有專一性之1st Antibody，再將樣品靜置於37℃烘箱30分鐘，再以PBS緩衝液清洗三次。再將每個樣品加入 1ml BSA(1mg/ml)，樣品靜置於37℃烘箱30分鐘，再以PBS緩衝液清洗三次。將每個樣品加入1ml之2ndAntibody，其對1st Antibody具有專一性，樣品靜置於37℃烘箱30分鐘，再以PBS緩衝液清洗三次。將樣品移置全新的24孔TCPS盤中，並加入0.5ml之顯色劑(TMB)，等待6鐘待顯色劑作用；隨後再於每個樣品中加入濃度1M、0.5ml之硫酸進行終止反應。於每個樣品中(包括TCPS空孔位置)吸取0.2ml之溶液至96孔盤中，進行微量盤式分析儀(Microplate reader)，並將波長設定為450nm，由儀器分析檢視其讀值，經由計算後可算出其蛋白質相對吸附百分比。
人類全血血球細胞貼附測試
分別將樣品置於去離子水中，反覆更換去離子水六次，以確保甲醇被置換及清除未反應完成之單體及寡聚物；再將樣品浸於PBS緩衝液中浸泡24小時後，以PBS緩衝液清洗三次。移除PBS溶液後，分別加入1ml全血於樣品中，靜置於37℃烘箱30分鐘，待貼附時間結束後移除血液樣品，使用PBS緩衝液清洗6次以移除殘餘血液樣品，加入戊二醛(體積1ml，濃度2.5%)固定已貼附之血球細胞。並以共軛顯微鏡進行影像分析和以軟體(Image J)進行運算分析程序。
細胞存活率測試
將待測樣品分別置於去離子水中，反覆更換去離子水六次，以確保甲醇被置換及清除未反應完成之樣品，清洗完成後置於冷凍乾燥機凍乾。將培養完成之濃度為(10000cells/ml) 細胞液(L929)加入至96孔TCPS well盤中，放入37℃培養烘箱培養細胞24小時。參考ISO10993-5準備毒性測試樣品，以細胞培養液進行材料萃取；陽性控制組為含鋅化合物(ZDEC，0.1g/ml)；陰性控制組為高密度聚乙烯(HDPE，0.2g/ml)；秤完乾燥樣品0.6g，並以萃取濃度0.2g/ml進行配置。萃取環境條件設置，37℃，150rpm，24小時。經24小時後，將孔盤中之細胞液體移除，並加入以萃取完成之樣品及標準品之萃取液，再放入37℃培養烘箱，培養細胞24小時。細胞培養24小時候(細胞覆蓋率，明視野觀察約80%即可)，移除培養盤中細胞培養液，分別添加陽性、陰性以及測試樣品的萃取液，繼續培養細胞24小時。當以樣品萃取液培養L929細胞24小時之後，每個孔位加入51μl之XTT試劑，等待反應3小時後吸取每個孔位100μl至新96孔盤中，以微量盤式分析儀設定波長450nm收集讀值，經過計算可相對細胞存活率。
滅菌程序的通用步驟
本發明所揭示的各式抗生物惰性效能衰變之雙離子材料、薄膜和本發明之實驗對照組所進行的滅菌程序條件為將待測樣品放入濕式滅菌釜中進行滅菌，滅菌時間為20分鐘，溫度為121℃。
PSBAA水膠在滅菌程序前後之生物惰性效能分析
本發明之PSBAA水膠在滅菌程序前後的生物惰性效能分析包括大腸桿菌貼附測試、蛋白質吸附測試、人類全血血球 貼附測試和細胞存活率測試。實驗對照組是PSBMA水膠。
本發明之PSBAA水膠的大腸桿菌貼附測試結果顯示當交聯劑含量為3(SBAA3)、10mol%(SBAA25)製成的水膠都會有較多的細菌貼附在上面；但是當交聯劑含量達25mol%製成的水膠(SBAA25)，在去離子水和PBS緩衝液中經濕熱滅菌處理後的水膠都能保持良好的抗細菌沾黏特性。因此，含有丙醯烯胺結構之PSBAA水膠能抵抗濕熱滅菌處理的環境並保持原有的抗生物分子沾黏的性質。測試樣品代號末尾的英文字母D和P分別表示測試環境是去離子水和PBS緩衝液。具體的實驗結果如圖3所示，明顯地，以25mol%交聯劑製成的PSBAA水膠具有良好的抗生物惰性效能衰變效果，在經滅菌程序後仍保有良好的生物惰性效能，不會貼附大腸桿菌。相較之下，作為實驗對照組的PSBMA水膠在經滅菌程序後的大腸桿菌貼附量大幅上升，顯微鏡影像圖也清晰可見到其表面佈滿亮點，此表示PSBMA水膠不具有本發明所述的抗生物惰性效能衰變效果。
本發明之PSBAA水膠的蛋白質貼附測試結果顯示經滅菌處理後SBAA3D及SBAA3P樣品的蛋白質吸附量又增加10%至20%。但當交聯劑達25mol%，可以看到經滅菌後之SBAA25D及SBAA25P仍維持其原有的抗沾黏的性質。具體的實驗結果如圖4所示，明顯地，當以25mol%交聯劑製成的PSBAA水膠具有良好的抗生物惰性效能衰變效果，在經滅菌程序後不會吸附纖維蛋白，仍保有良好的生物惰性效能。相較之下，作為實驗對照組的PSBMA 水膠在經滅菌程序後的纖維蛋白吸附量大幅上升，證明PSBMA水膠不具有本發明所述的抗生物惰性效能衰變效果。
本發明之PSBAA水膠的人類全血血球貼附測試結果顯示經滅菌處理後之SBAA25D及SBAA25P仍維持其抗沾黏的性質。具體的實驗結果如圖5和圖6所示。明顯地，以25mol%交聯劑製成的PSBAA水膠具有良好的抗生物惰性效能衰變效果，在經滅菌程序後仍具有接近於0的血球細胞覆蓋密度，表示不會吸附血球細胞，仍保有非常好的生物惰性效能。相較之下，作為實驗對照組的PSBMA水膠在經滅菌程序後的血球細胞覆蓋密度大幅上升。據此再次證明PSBAA水膠具有本發明所述的抗生物惰性效能衰變效果，但是對照組的PSBMA水膠不具有抗生物惰性效能衰變效果。
本發明之PSBAA水膠的細胞存活率測試結果
本實驗利用XTT試驗計算細胞存活率，當細胞存活率愈低，表示該材料毒性愈強。使用細胞為L929纖維母細胞，HDPE為正控制組，ZDEC為副控制組，目的為觀察滅菌後之雙離子材料水膠是否仍保持其生物相容性，結果顯示本發明之含有丙醯烯胺結構之PSBAA水膠(SBAA25D及SBAA25P)在滅菌後的細胞存活密度仍高於95%，表示具備細胞相容性質，仍維持原有的生物惰性的效能。
PSBAA水膠在滅菌程序前後之萃取物分析
本實驗主要利用液相質譜法(LC-MS)對本發明的含有丙醯烯胺結構之PSBAA水膠進行滅菌程序後的萃取物分析，其 目的為驗證含有丙醯烯胺結構之SBAA耐水解且具有熱穩定性質並以不具有丙醯烯胺結構之PSBMA水膠作為本實驗之對照組。PSBAA水膠在滅菌後之萃取物的分析結果如表2所示，PSBMA水膠在滅菌後之萃取物的分析結果如表3所示。
Figure 110138635-A0305-02-0019-3
Figure 110138635-A0305-02-0019-4
根據表2、表3、圖7和圖8，在蒸氣滅菌的條件下，具有SBMA結構的水膠在滅菌程序後之萃取物有分子量211的偵測訊號，但具有SBAA結構的水膠在滅菌程序後之萃取物則不會產生分子量211的偵測訊號，依據圖7所揭示的分子斷鍵之分析結果， 據此證明本發明之含有丙醯烯胺結構之PSBAA水膠經蒸氣滅菌後不會產生造成斷鍵，具有濕熱安定性。另根據圖9，其係為本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA共聚物和PS-r-PEGMA-r-PSBMA共聚物在滅菌程序前後的LC分析，明顯地，PS-r-PEGMA-r-PSBAA共聚物之LC圖譜在滅菌程序前後沒有變化，此表示PS-r-PEGMA-r-PSBAA共聚物的結構穩定。相較之下，PS-r-PEGMA-r-PSBMA共聚物之LC圖譜在滅菌程序後有偵測到新的波峰，經比對確認此波峰是SBMA斷鍵所產生的波峰訊號，此表示PS-r-PEGMA-r-PSBMA共聚物的結構在蒸氣滅菌的條件下不穩定會導致裂解，據此證明含有PSBAA嵌段結構具有濕熱穩定性。
PSBAA-縲縈薄膜在滅菌程序前後之生物惰性效能分析
本實驗使用PSBAA水膠作為膜材，塗布披覆在縲縈上製成PSBAA-縲縈薄膜，並且以PSBMA-縲縈薄膜作為實驗對照組。滅菌程序前後之生物惰性效能分析顯示本發明之PSBAA-縲縈薄膜的血球細胞貼附密度沒有變化，在經過滅菌程序後仍舊維持不沾黏血球細胞的狀態。但是PSBMA-縲縈薄膜在經過滅菌程序後顯示其血球細胞貼附密度大幅上升，實驗結果如圖10所示，據此證明應用本發明之PSBAA水膠作為膜材所製成的薄膜具有抗生物惰性效能衰變的技術功效。
PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後之結構分析
PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後之結構分析包括電子顯微鏡表面分析、塗層密度分析、孔隙度、平均孔洞流動大小、水接觸角和水合能力分析，英文字母後的數字表示在進行塗布程序製作薄膜時所使用的共聚物濃度，例如SBAA-1表示PS-r-PEGMA-r-PSBAA的濃度是1mg/ml，依此類推。實驗結果如圖11和圖12所示，顯示本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜結構在經過滅菌程序後的表面分析、塗層密度、孔隙度、平均孔洞流動大小、水接觸角和水合能力都沒有明顯變化，據此證明其結構在濕熱滅菌程序操作下是穩定且不會裂解。
PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在滅菌程序前後之生物惰性效能分析
本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在蒸氣滅菌程序前後的生物惰性效能分析包括大腸桿菌貼附測試、人類全血血液細胞貼附測試和蛋白質吸附測試。實驗對照組是PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜。
本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜的細菌貼附測試結果顯示分別以1mg/ml、5mg/ml和10mg/ml的PS-r-PEGMA-r-PSBAA塗佈濃度所製成的PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜(SBAA-1、SBAA-5和SBAA-10)在蒸氣滅菌程序前後的細菌貼附率都沒有顯著增加，且顯微鏡影像圖也沒有亮點，此表示本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄 膜在蒸氣滅菌程序後仍然具有良好的生物惰性效能。但是作為對照組的PS-r-PEGMA-r-PSBMA-PVDF薄膜經蒸氣滅菌程序後的細菌貼附率卻大幅度的增加，且顯微鏡影像圖也出現亮點，具體的實驗結果如圖13所示。據此，本發明之具有醯胺結構和雙離子結構塗層設計的薄膜確實具有抗生物惰性效能衰變的技術功效，適合應用在生醫產業，特別是需經過滅菌消毒程序的手術器具領域。
本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜的人類全血血液細胞貼附測試結果顯示以10mg/ml的PS-r-PEGMA-r-PSBAA塗佈濃度所製成的PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜(SBAA-10)在蒸氣滅菌程序前後的血液細胞貼附率都沒有顯著增加，且顯微鏡影像圖也沒有亮點，此證明本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在蒸氣滅菌程序後仍然具有良好的生物惰性效能。但是作為對照組的PS-r-PEGMA-r-PSBMA-PVDF薄膜經蒸氣滅菌程序後的血液細胞貼附率卻大幅度的增加，且顯微鏡影像圖也出現亮點，具體的實驗結果如圖14所示。據此，再次證明本發明之具有醯胺結構和雙離子結構塗層設計的薄膜確實具有抗生物惰性效能衰變的技術功效，適合應用在生醫產業，特別是需經過滅菌消毒程序的輸血用醫材領域。
本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜的纖維蛋白吸附測試結果顯示分別以1mg/ml、5mg/ml和10mg/ml的PS-r-PEGMA-r-PSBAA塗佈濃度所製成的 PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜(SBAA-1、SBAA-5和SBAA-10)在蒸氣滅菌程序前後的纖維蛋白相對吸附率都沒有顯著增加，此表示本發明之PS-r-PEGMA-r-PSBAA-PVDF薄膜在蒸氣滅菌程序後仍然具有良好的生物惰性效能。但是作為對照組的PS-r-PEGMA-r-PSBMA-PVDF薄膜經蒸氣滅菌程序後的纖維蛋白相對吸附率卻大幅度的增加，具體的實驗結果如圖15所示。據此，本發明之具有醯胺結構和雙離子結構塗層設計的薄膜確實具有抗生物惰性效能衰變的技術功效，適合應用在生技產業，特別是需經過滅菌消毒程序的蛋白質疫苗製造領域。
以上雖以特定範例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，熟悉本技藝者瞭解在不脫離本發明的意圖及範圍下可進行各種變形或變更。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

Claims (9)

  1. 一種抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料，係為一包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料，該包含醯胺結構和雙離子結構之高分子材料是聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物，該聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物的聚苯乙烯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼的組成莫耳比例是約10~40%：10~40%：10~30%。
  2. 一種抗生物惰性效能衰變之薄膜，包含一膜層和一基材，該膜層是由聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料所構成且固定在該基材的表面，該聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物的聚苯乙烯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼的組成莫耳比例是約10~40%：10~40%：10~30%，和該膜層的水接觸角是約≦60度。
  3. 如請求項2所述的抗生物惰性效能衰變之薄膜，該基材包含聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯或縲縈。
  4. 如請求項2所述的抗生物惰性效能衰變之薄膜，該抗生物惰性效能衰變之薄膜的孔隙度是約≦50%。
  5. 如請求項2所述的抗生物惰性效能衰變之薄膜，該抗生物惰性效能衰變之薄膜的平均孔洞流動大小是約≦0.15μm。
  6. 如請求項2所述的抗生物惰性效能衰變之薄膜，該膜層的抗生物惰性效能衰變之雙離子型材料塗層密度是約≦8mg/cm2。
  7. 一種使材料表面在經高壓溼熱滅菌程序後保持該材料原有生物惰性的方法，其步驟包含使甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼水膠、聚苯乙烯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜共聚物、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物或聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物在該材料表面上形成一抗生物惰性效能衰變之膜層，藉此使該材料表面在經高壓溼熱滅菌程序後保持該材料原有之生物惰性，和該聚苯乙烯-聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼共聚物的聚苯乙烯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯醯胺磺基甜菜鹼的組成莫耳比例是約10~40%：10~40%：10~30%。
  8. 如請求項7所述的使材料表面在經高壓溼熱滅菌程序後保持該材料原有生物惰性的方法，該抗生物惰性效能衰變之膜層的雙離子型材料塗層密度是≦8mg/cm2。
  9. 如請求項7所述的使材料表面在經高壓溼熱滅菌程序後保持該材料原有生物惰性的方法，該抗生物惰性效能衰變之 膜層的水接觸角是約≦60度。
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TW201817492A (zh) * 2016-11-09 2018-05-16 普瑞博生技股份有限公司 捕捉或分離白血球的聚合物、裝置、其製造方法及其應用
CN112237853A (zh) * 2020-09-15 2021-01-19 浙江大学 一种抗菌抗污染微孔膜及其制备方法

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