專利名稱：生物相容性聚合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于物品的生物相容性聚合物組合物，所述的物品具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面。
本發(fā)明還涉及其制備方法、包含該生物相容性聚合物組合物的物品及其用途。
背景技術(shù)：
多種用于與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的醫(yī)療裝置由生物不相容性材料制成。因此，在多種系統(tǒng)中，當(dāng)應(yīng)用于各自的生物體系中時這些材料引起了不利的副作用。不同類型的應(yīng)用例如是用于經(jīng)皮、在腹膜腔中、進入血管系統(tǒng)的通路或制備透析液的路線。
缺乏生物相容性可能導(dǎo)致血液凝固以及炎癥和組織激活，此外微生物感染可出現(xiàn)在裝置表面。在表面上細菌定植和形成生物被膜是基本的醫(yī)療問題。旨在用于長期接觸的裝置，例如被植入的支架、體液排出系統(tǒng)或留置導(dǎo)管，可作為宿主細胞吸附的表面，使宿主細胞變?yōu)榧せ顟B(tài)，增殖，或改變其正常生理功能和使裝置的功能或預(yù)期用途受到限制。在醫(yī)療裝置表面上形成生物被膜或細菌定植導(dǎo)致慢性炎性狀態(tài)(該狀態(tài)最終使裝置失靈)以及嚴(yán)重的醫(yī)療干擾或甚至是危及生命的處境。
抗微生物活性和預(yù)防凝塊形成的重要性，例如在導(dǎo)管中的重要性，已經(jīng)在Wang等人的“用血小板對葡萄球菌與疏水性生物醫(yī)學(xué)聚合物的表皮粘附進行藥物治療”(Staphylococcus Epidermis Adhesion to HydrophobicBiomedical Polymer is Medicated by Platelets，J.of Infectious Diseases，1993，167329-36)一文中公開，其中記載了血小板沉積與促進細菌生長之間的密切聯(lián)系。
GB-1 041 058公開了用于保護材料免受真菌或細菌侵襲的組合物及方法，其中將鉍化合物應(yīng)用于表面，例如通過噴射或翻動來應(yīng)用，或者在生產(chǎn)過程中將其摻入意欲受到保護的材料中。該鉍化合物應(yīng)用于織品、涂料和殺菌劑中，或者用于保護植物免受真菌和其它微生物的侵襲。
在US-A-5 928 671中，公開了一系列具有用于藥理用途的殺菌和抑菌活性的鉍鹽，用于預(yù)防感染及用于表面消毒和清潔的防腐劑、抗微生物劑和抗菌劑，用于殺生物被膜生物體和預(yù)防生物被膜形成的防腐劑。該組合物還用于治療胃腸道的細菌感染。
Domenico等人在“鉍-硫醇類用于治療和預(yù)防感染的可能性”(Thepotential of bismuth-thiols for treatment and prevention of infection，Infect.Med.，17(2)123-127，2000)一文中已經(jīng)記載了一系列鉍復(fù)合物，例如具有抗微生物和生物被膜抑制性質(zhì)的鉍-丙二硫醇或鉍-pyrridione。所述復(fù)合物旨在用于涂布例如留置導(dǎo)管。此外，Domenico等人已經(jīng)討論了“鉍-硫醇類對抗葡萄球菌和葡萄球菌生物被膜的活性”(Activities of bismuth thiolsagainst Staphylococci and Staphylococcal biofilms，Antimicrobial Agentsand Cemotherapy，2001年5月，第1417-1421頁)。
WO 00/21585公開了作為聚合膜的一部分的聚己酸內(nèi)酯PDMS，通過加入其它發(fā)揮抗微生物活性并保持涂層的高生物相容特性(無細胞毒性、血栓形成性改善和對細菌生長的促進作用降低)的組分。
US-A-6,267,782涉及金屬組合物和生物相容性材料在溶液中的混合物，用于制備包含抗微生物金屬的醫(yī)療物品。該生物相容性材料可包含生物聚合物，金屬可以是鉍組合物。然而，金屬組合物在物品表面沉積，從而導(dǎo)致鉍從物品中釋放出。
預(yù)防源自血液出入口、例如留置導(dǎo)管的感染在公共衛(wèi)生方面(即增加細菌對抗生素策略的抵抗性以及與血液感染和敗血并發(fā)癥后的后繼醫(yī)學(xué)治療相關(guān)的費用)具有極大的重要性。例如，與血管內(nèi)導(dǎo)管相關(guān)的血液感染是疾病和過高醫(yī)療費用的重要原因。多種與導(dǎo)管相關(guān)的血液感染以高死亡率和高費用出現(xiàn)在重癥監(jiān)護病房中。
因此，已開發(fā)了大量策略來預(yù)防這些并發(fā)癥。如Donlan等人在“與生物被膜和裝置有關(guān)的感染”(Biofilms and Device-associated Infections，Emerging Infectious Diseases，89，第7卷，第2期，2001，3-4月)一文中所描述的，這些策略中的大多數(shù)例如將銀或其它添加劑或甚至是抗生素加入聚合材料中，結(jié)果導(dǎo)致了對細菌生長和生物被膜形成的無效控制。
Mermel等人在“預(yù)防與血管內(nèi)導(dǎo)管有關(guān)的血液感染的新技術(shù)”(“NewTechnologies to Prevent Intravascular Catheter Related BloodstreamInfections”，Emerging Infectious Diseases，第7卷，第2期，2001年3-4月)中指出通過使導(dǎo)管材料含有不同種類的細菌劑的技術(shù)介入是無效的。體外研究已經(jīng)表明當(dāng)這些導(dǎo)管更廣泛地用于臨床后，有可能產(chǎn)生對抗用于加入導(dǎo)管的抗微生物劑的細菌耐藥性。除了這些以外，常見的非技術(shù)介入，如護理培訓(xùn)和利用通過無菌口罩和無菌服的無菌環(huán)境等，有助于降低與導(dǎo)管相關(guān)的感染。
然而，目前還沒有可利用的技術(shù)解決方案，以預(yù)防導(dǎo)管處由細菌粘附和增殖形成的生物被膜。由藥學(xué)教科書的知識可知，多種鉍化合物被用于醫(yī)療和/或藥學(xué)實踐中，例如堿式碳酸鉍、硝酸鉍、檸檬酸鉍或堿式水楊酸鉍。相關(guān)的藥物制劑有Angass-S-Ulcowics、Bismoflk-V、Jadrox-600、Ulcolind等。鉍鹽和鉍硫醇具有廣譜抗菌的活性。其抑制濃度為3-300μmol鉍-3+。大多數(shù)已知的菌株對鉍化合物敏感，特別需要指出的是，它們對于包括甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌(MRSA)在內(nèi)的金黃色葡萄球菌非常有效(Dominico等)。
主要問題在于鉍化合物、尤其是鉍硫醇可能具有毒性。鉍如何工作以防止細菌增殖的機制還不完全清楚。最近證明Bis-BAL可增強中性白細胞對細菌的吞噬攝取。此外，還已經(jīng)證明該化合物可顯著增強補體與細胞的結(jié)合并由此加速調(diào)理和吞噬作用。然而，該機制不能用于預(yù)防細菌在水溶液中的生長。因此，鉍的特殊效應(yīng)必須作用于細菌增殖。已經(jīng)提出鉍使細胞質(zhì)中的呼吸酶失活，并由此使細菌中莢膜多糖的表達被抑制。這些多糖對于形成包圍細菌并預(yù)防抗生素作用的凝膠樣自發(fā)層來說是必要的。此外有利的是，鉍不破壞細菌的細胞膜并由此防止內(nèi)毒素的釋放，內(nèi)毒素是已知的免疫系統(tǒng)的重要刺激物，尤其在透析患者或重癥監(jiān)護治療期間依賴體外治療的患者中如此。
基于這些發(fā)現(xiàn)，顯然有設(shè)計在醫(yī)療裝置、尤其是導(dǎo)管、出入裝置或通路系統(tǒng)中的材料或表面的醫(yī)療需要，它們防止細菌生長及隨后的生物被膜的形成，防止生物不相容性反應(yīng)，尤其是形成凝塊和纖維蛋白或血小板沉積。為了生產(chǎn)抗感染的醫(yī)療裝置，需要有隨時間推移仍有效的抗微生物效應(yīng)和極好的生物相容性。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供用于物品的生物相容性聚合物組合物，所述的物品具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面，其中上述缺陷和問題被消除或至少是減輕。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供能夠預(yù)防細菌粘附和增殖、包括形成生物被膜的生物相容性聚合物組合物。
該目的已通過用于物品的生物相容性聚合物組合物而得以實現(xiàn)，所述的物品具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面，其特征在于該聚合物組合物包含以相當(dāng)于聚合物組合物的0.001-0.5重量％鉍、更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍、最優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍的量摻入該聚合物組合物中的鉍復(fù)合物。
本發(fā)明的另一目的是提供制備該生物相容性聚合物組合物的方法。
該目的已通過制備生物相容性共聚物組合物的方法而得以實現(xiàn)，該方法的特征在于鉍復(fù)合物以相當(dāng)于聚合物組合物的0.001-0.50重量％鉍、優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍的量摻入該聚合物組合物中。
本發(fā)明的另一目的還是提供如下定義的物品該物品具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面。
該目的已經(jīng)通過特征在于下述的物品達到所述物品具有聚合物組合物膜包覆在所述表面，其中所述的組合物包含相當(dāng)于占聚合物組合物的0.001-0.5重量％鉍、更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍和最優(yōu)選0.002至0.08重量％鉍的鉍復(fù)合物。
本發(fā)明的又一目的是提供生物相容性聚合物組合物的用途。
該目的已通過使用用于意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的醫(yī)療裝置的生物相容性聚合物組合物以增加生物相容性和防止細菌生長來達到，其中所述的組合物包含摻入聚合物組合物中的鉍復(fù)合物。本發(fā)明的生物相容性聚合物可例如用于與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面。
本發(fā)明證明了通過聚合物體系中的鉍組分來產(chǎn)生用于任何醫(yī)療裝置的抗微生物的生物相容性聚合物組合物的可能性。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是加入Bi可例如通過催化聚合物形成反應(yīng)并由此產(chǎn)生不同功能來影響聚合物膜組合物和其表面的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)域的取向。
本發(fā)明的其它顯著的特征和優(yōu)點將從隨后的說明和所附的權(quán)利要求中得出。
從在醫(yī)療裝置上涂層/形成反應(yīng)活性聚合物膜的過程中產(chǎn)生了特定的優(yōu)點，其中所述的醫(yī)療裝置在交聯(lián)聚合物薄層中含有活性化合物?；|(zhì)聚合物基底與聚合膜涂層厚度的比例決定了醫(yī)療裝置的與通用功能、生物相容性和抗微生物活性相關(guān)的重要性質(zhì)。
附圖簡述本發(fā)明將通過附圖更詳細地加以描述，其中

圖1是涂有其中加有0.03％Bi的PUR/SMA的物品對比未涂層物品的細菌增殖圖。
圖2是其中加有0.06％Bi的硅物品對比未涂層硅物品、涂有其中加有0.03％Bi的PUR/SMA的物品和未涂層物品的細菌增殖圖。
優(yōu)選實施方案詳述本發(fā)明包括聚合物組合物，它可作為膜用于物品表面，以形成比未經(jīng)處理的物品更好的生物相容性和更光滑的表面形態(tài)的連續(xù)表面。這種聚合物膜可通過提供疏水性聚合物嵌段來形成，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，它帶有兩個或多個-OH端基官能團并使-OH端與能與-OH基團反應(yīng)的成膜聚合物的常規(guī)單體或預(yù)聚物反應(yīng)。該反應(yīng)采用聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯(PL-PDMS-PL)型三嵌段共聚物或硅氧烷聚酯作為反應(yīng)活性PDMS來舉例說明。該聚內(nèi)酯嵌段的-OH基團可在適宜溶劑中與任何一種異氰酸酯反應(yīng)，從而形成摻有PDMS結(jié)構(gòu)的聚合物?？赏ㄟ^任何在溶劑中用反應(yīng)混合物涂布物品并使溶劑揮發(fā)的常規(guī)方法將膜涂布于物品表面。
共聚物膜可通過疏水性聚合物嵌段、例如具有反應(yīng)活性-OH基團的含PDMS嵌段共聚物與成膜聚合物的單體或預(yù)聚物、例如異氰酸酯-多元醇混合物反應(yīng)來制備。適宜的疏水性聚合物嵌段包括各種硅氧烷聚合物、硅氧烷低聚物、含氟聚合物、聚乙烯二醇、聚乙烯二醇聚二甲基硅氧烷共聚物、硅氧烷聚酯、聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯三嵌段共聚物、聚酰胺、聚砜、聚芳醚砜、聚碳酸酯以及包括環(huán)烯-共聚物在內(nèi)的聚烯烴等?；旧纤蟹N類的嵌段共聚物都可用于本發(fā)明的涂層膜。疏水性聚合物嵌段上的反應(yīng)活性端基與成膜聚合物的單體或預(yù)聚物單元反應(yīng)?；蛘?，可使用偶聯(lián)劑與疏水性嵌段反應(yīng)，然后與成膜聚合物的單體或預(yù)聚物單元反應(yīng)。
成膜聚合物的實例包括聚氨酯、聚烯烴、高彈體、聚乙烯二醇、聚碳酸酯、聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚酰胺、聚砜、聚芳醚砜、纖維素類聚合物、環(huán)烯-共聚物、硅氧烷聚合物和硅氧烷低聚物等。優(yōu)選為聚氨酯(PUR)，它可通過異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)來形成。PL-PDMS-PL具有-OH基團，這允許使其通過與游離異氰酸酯基團反應(yīng)而向內(nèi)摻入聚氨酯中。為了產(chǎn)生PUR系統(tǒng)的更多或多維交聯(lián)，可應(yīng)用帶有兩個以上-OH基團的PDMS-聚合物或共聚物。這種類型的低聚物的一個實例在EP 0 294525中公開，該文獻在本文引入作為參考。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，該聚合物組合物含有NCO-含量為1-60％的聚異氰酸酯-預(yù)聚物，它與含有疏水性結(jié)構(gòu)域的聚合物、如分子量為100-100,000的聚己酸內(nèi)酯-聚二甲基硅氧烷-聚己酸內(nèi)酯三嵌段共聚物的OH-基團反應(yīng)。
中間為聚二甲基硅氧烷(PDMS)嵌段且兩側(cè)為聚內(nèi)酯(PL)嵌段的三嵌段共聚物已由Lovinger，J等人(1993)在J.Polymer Sci.Part B.(PolymerPhysics)31115-123中進行描述。這種三嵌段共聚物已被用于原料配制中，并且還用作表面涂層，從而降低血栓生成性，如US-A-5 702 823中所述。PL-PDMS-PL三嵌段共聚物可自商業(yè)購得，例如來自Thoratec實驗室(伯克利，加利福尼亞)，它提供了一系列標(biāo)為SMA的這類聚合物，其中的硅氧烷為二甲基硅氧烷且內(nèi)酯為己酸內(nèi)酯，以及來自Th.Goldsmith AG(埃森市，德國)，名為TEGOMER(商標(biāo)，Goldsmith AG)。適用于本文的聚硅氧烷嵌段的標(biāo)稱分子量(數(shù)均)為約1000-5000，而己酸內(nèi)酯嵌段的標(biāo)稱分子量為約1000至約10,000。Tsai，C-C.等人(1994)在ASAIO Journal 40M619-M824中報道了將PL-PDMS-PL混入聚氯乙稀和其它基質(zhì)聚合物或作為涂層涂布于其上的比較研究。
在該反應(yīng)活性混合物中，加入含鉍的鹽、硫醇或其它鉍-復(fù)合物以形成機械穩(wěn)定的膜，它們可在潮濕空氣的存在下反應(yīng)，從而加速聚合物形成反應(yīng)。鉍復(fù)合物的濃度應(yīng)當(dāng)相當(dāng)于聚合物組合物的0.001-0.5重量％鉍，更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍，最優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍。
鉍復(fù)合物可在膜外層蓄積。不受任何理論的局限，為了使鉍復(fù)合物的濃度在整個膜中相等，建議鉍復(fù)合物在遠離膜表面的方向遷移。為了防止上述情形，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，將包括鉍復(fù)合物的納米粒作為補充物進一步加入聚合物組合物中，從而使鉍復(fù)合物緩釋。通過含有鉍復(fù)合物的納米粒的存在，有可能延遲鉍復(fù)合物從聚合物膜表面上耗竭。納米?？捎删廴樗嶂苽?。通過控制聚乳酸的聚合度，有可能控制鉍從納米粒中的釋放速率。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案中，提供了具有第一層膜的導(dǎo)管，該膜中摻入了含有緩釋鉍復(fù)合物的納米粒。隨后提供了含有游離鉍復(fù)合物的第二層膜。這樣，鉍復(fù)合物從第一層膜的緩慢釋放阻止了游離鉍復(fù)合物在遠離膜表面的方向向聚合物膜內(nèi)遷移。
本發(fā)明還提供了用聚合物膜涂布物品的方法，該方法通過將成膜聚合物組合物與含有疏水性聚合物嵌段的鉍復(fù)合物在使所有組分溶于溶劑的溶劑存在下合并來進行，其中所述的聚合物嵌段具有對成膜聚合物組分而言是反應(yīng)活性的端基。接著，在允許組分在溶液中相互反應(yīng)的條件下使溶于溶劑的組分溫育。最后，在允許劑蒸發(fā)的條件下將溶液鋪展在欲涂層的表面上來形成膜。
在欲涂層的表面上可形成一層以上的膜。對于不同的膜層還可能具有不同的厚度。此外，鉍在不同層中的濃度也可不同。通過這種方法，可能獲得鉍復(fù)合物的預(yù)期分布特征。膜的厚度可為約1-100μm，優(yōu)選約5-50μm。
本發(fā)明如下進行使用商購的PL-PDMS-PL(聚己酸內(nèi)酯-聚二甲基硅氧烷-聚己酸內(nèi)酯的三嵌段共聚物)如TEGOMER H-Si 6440(商標(biāo)，Th.Goldsmith A.G.，埃森市，德國)并向其中加入含鉍的鹽或硫醇或者其它鉍復(fù)合物。
在一個可選的實施方案中，本發(fā)明通過采用硅氧烷聚合物和/或硅氧烷低聚物加入鉍復(fù)合物而實施。
適宜的鉍復(fù)合物的實例選自檸檬酸鉍銨、氧化鉍(III)、桔酸鉍(III)水合物、檸檬酸鉍、氯氧化鉍(III)、四甲基庚二酸鉍(III)、六氟丙酮酸鉍(III)、次水楊酸鉍(III)、三苯鉍、環(huán)丙沙星鉍(III)、三氯化鉍(III)、二氯三苯鉍、碳酸三苯鉍、三苯鉍二氫氧化物、二硝酸三苯鉍、二水楊酸三苯鉍、三苯、 雙(2-氯乙酸)三苯鉍、雙(4-氨基苯甲酸)三苯鉍、雙(乙酸離子-O)三苯鉍、二溴三苯鉍和二氟三苯鉍。還可使用鉍硫醇，例如鉍丙二硫醇、巰基吡啶氧化物鉍鹽和二巰基甲苯鉍等。鉍復(fù)合物的濃度應(yīng)當(dāng)相當(dāng)于0.001-0.5重量％鉍，更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍，最優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，鉍復(fù)合物為三苯鉍或二氯三苯鉍。
接著，含Bi的PL-PDMS-PL三嵌段共聚物與聚氨酯(PUR)預(yù)聚物(DESDOMUR E23，商標(biāo)，Bayer Co.)反應(yīng)，其中PL-PDMS-PL嵌段作為向內(nèi)摻入PUR聚合物鏈的雙功能單元起反應(yīng)。
-NCO含量應(yīng)當(dāng)為1-60重量％，更優(yōu)選為5-20重量％，最優(yōu)選為7-16重量％。
該制劑可用于制備例如膜或涂層或表面，其中膜或涂層是化學(xué)交聯(lián)的，在機械上穩(wěn)定，有彈性，無毒，與不含鉍復(fù)合物的膜或涂層相比對細菌生長起抑制作用，并且與未涂層表面相比血栓形成性降低。
或者，可將Bi-復(fù)合物作為添加劑加入注射模制部分中。其它技術(shù)方法，如膜、板或多層管狀材料的鑄造或擠出，適用于在表面上產(chǎn)生所述的聚合物膜。其它的可能性是通過噴霧等制備聚合物膜。
本發(fā)明的生物相容性聚合物組合物可理想地用于意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的醫(yī)療裝置，以增強生物相容性和防止細菌生長，優(yōu)選是經(jīng)皮進入患者身體的導(dǎo)管，包括含患者延伸線、經(jīng)皮通道如套囊的腹膜導(dǎo)管，但它還可用于透析監(jiān)測中，其中該組合物可用于涂布產(chǎn)生透析液的管線。其它的應(yīng)用領(lǐng)域為輸注治療、植入技術(shù)、靜脈內(nèi)營養(yǎng)或?qū)蚬艿取?br> 此外，還可能在任何技術(shù)系統(tǒng)中有利地利用所公開的發(fā)明，例如應(yīng)當(dāng)防止生物被膜形成且生物相容性和無毒性至為重要的水處理系統(tǒng)、水管系統(tǒng)、空氣過濾器、用于防止污垢產(chǎn)生的基于膜的分離體系、生物傳感器、創(chuàng)傷敷料或創(chuàng)傷覆蓋物介質(zhì)、生物反應(yīng)器、食品加工系統(tǒng)。其中所用性質(zhì)具有多種益處的其它應(yīng)用領(lǐng)域是衛(wèi)生產(chǎn)品、包括創(chuàng)傷敷料在內(nèi)的皮膚或食品護理產(chǎn)品、外科器械、內(nèi)窺鏡、織物、衛(wèi)生物品如牙刷、創(chuàng)傷護理產(chǎn)品、膏藥、塞料(tamponates)、孔袋(stoma bags)、存儲容器、冰箱(例如用于貯存藥物、醫(yī)療產(chǎn)品或食品)等。
本發(fā)明將通過優(yōu)選實施方案的非限制性實施例加以解釋說明，以有助于進一步理解本發(fā)明。
實施例實施例1膜的制備第1步60g甲基異丁基酮5g TEGOMER H-Si 6440(Goldschmidt A.G.)
輕微攪拌下于50℃溫?zé)峒s5分鐘。
TEGOMER H-Si 6440是標(biāo)稱分子量分別為2000、2000和2000的聚己酸內(nèi)酯-聚二甲基硅氧烷-聚己酸內(nèi)酯嵌段的三嵌段共聚物。
第2步加入0.01-0.32g二氯三苯鉍(511.21g/mol)(Aldrich)，相當(dāng)于0.004-0.13g鉍。在室溫下輕微攪拌約5分鐘。
第3步加入35g DESDOMUR E23(Bayer Co.)。
輕微攪拌以避免產(chǎn)生氣泡。
需要進行脫氣以除掉氣泡。
DESMODUR E23是基于二異氰酸二苯甲基酯的聚異氰酸酯預(yù)聚物。-NCO含量為15.4重量％。當(dāng)量為273。
第4步a)在帶有或不帶有支撐襯如PE(聚乙烯板或由聚氨酯制備的注射模制板)的玻璃板上涂布不同厚度的膜；或者b)通過將溶液轉(zhuǎn)運在導(dǎo)管外和穿過導(dǎo)管(ID 1-3mm或任何其它幾何形狀)，形成膜。
然后通過掃描電子顯微鏡檢術(shù)檢測該聚合膜。
實施例2血栓形成性檢測/評價使用新近捐獻的人血，檢測含有或不含有二氯三苯鉍的PUR板和膜(含有二氯三苯鉍的板和膜與實施例1中所述相同)，以評價血栓形成性。在血液組分與材料接觸期間，分析凝血酶-抗凝血酶III復(fù)合物(TAT)的動態(tài)生成，作為凝血酶形成的指標(biāo)。凝血酶是凝血循環(huán)中的一個主要成分，因為凝血酶是有效的血小板激活劑并將人纖維蛋白原裂解為纖維蛋白，所述的纖維蛋白最終產(chǎn)生聚合纖維蛋白網(wǎng)，即凝塊。通過商購的ELISA試劑盒，根據(jù)制造商(Behring Co.，德國)的指導(dǎo)測量TAT。在修飾和未經(jīng)修飾的聚合物體系之間的直接對比中，進行材料/表面的比較。TAT的反應(yīng)動力學(xué)加速表明是生物相容性更低和血栓形成性更高的材料。
血栓形成性評定的方法細節(jié)Deppisch R.等人，(1993)Nephrol.Dial.Transplant Supp.3(1994)17-23和Tsai等人，(1994)ASAIO J.40M619-M624。
用新近捐獻的人全血進行體外分析。根據(jù)實施例1制備的TEGOMER-PUR-Bi膜與血液接觸40分鐘后的TAT數(shù)據(jù)見表1。
表1用人全血激活40分鐘后的TAT值

表1中記錄的數(shù)據(jù)表明與未經(jīng)處理的標(biāo)準(zhǔn)PUR表面(Thermedics Co.的聚氨酯制劑，Tecoflex，為血液透析導(dǎo)管的標(biāo)準(zhǔn)聚合物材料)相比，表面上的膜使全血中凝血酶形成減少。與不含鉍復(fù)合物的膜相比，加入鉍復(fù)合物二氯三苯鉍沒有產(chǎn)生負作用。進行這些實驗，陽性對照是導(dǎo)致TAT形成＞2000μg/l的聚苯乙烯(如Greiner組織培養(yǎng)板中所用)。
實施例3細胞毒性研究通過測量對細胞生長的抑制作用(ICG)，評價根據(jù)實施例1制備的膜涂層的不同組合的毒性。ICG如下測定制備各測試材料的含水洗脫液，然后在含該洗脫液的培養(yǎng)基中培養(yǎng)生長的哺乳動物細胞，接著通過中性紅攝取評價細胞成活力。
ICG測試如下開始用1500-2000個鼠成纖維細胞(菌株L-929)接種96-孔組織培養(yǎng)板，所述的成纖維細胞在全Eagles MEM(如教科書中所述的用于細胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)必須培養(yǎng)基)中生長48-72小時至亞匯合。將板于37℃培養(yǎng)24小時。然后除去培養(yǎng)基，加入測試洗脫液并進行培養(yǎng)。通過將測試板或膜在70℃蒸餾水(1ml/10cm2測試材料)中溫育24小時，制備測試洗脫液。
對于每塊板，將250μl 0.4％中性紅溶液與20ml全Eagle’s MEM混合。除去洗脫液培養(yǎng)基并加入200μl/孔的含中性紅的培養(yǎng)基。然后在37℃下將板培養(yǎng)3小時。然后棄去溶液，用200μl PBS/孔沖洗板。之后，加入200μl/孔在蒸餾水中的50％(v/v)乙醇和1％(v/v)乙酸。等待10分鐘后，于540nm測定每孔的吸收度。以(AK-AT)/AK×100計算ICG％，其中AT＝測試溶液的平均吸收度-空白的平均吸收度。如Wieslander等人(1991)在KidneyInternational 4977-79中所記載的，若ICG＜30％則認(rèn)為材料無毒。
使用以下材料完全Eagles MEM500ml Eagles MEM50ml胎牛血清5ml 200m ML-谷氨酰胺5ml非必需氨基酸溶液0.5ml慶大霉素50mg/mlPBS(10×儲備液)NaCl 80gKCl 2gKH2PO*2gNa2HPO4·H2O 11g溶于H2O中至終體積為1000ml。
將儲備液稀釋10倍，調(diào)節(jié)pH為7.2。
50％乙醇，1％乙酸溶液500ml乙醇(96％)490ml水10ml冰醋酸4％中性紅儲備液4g中性紅(Merck No.1376)100ml蒸餾水臨用前用水稀釋10倍。所研究的膜(根據(jù)實施例1制備)的結(jié)果見表2。
表2PUR膜(實施例1)的ICG水平

在ICG測定中，二氯三苯鉍濃度高達0.2重量％、即相當(dāng)于0.08重量％鉍的膜(5-20μm厚)是無毒的。含有0.6重量％的二氯三苯鉍、即相當(dāng)于0.24重量％鉍以及更高含量的膜有毒。
如表中所示，僅在鉍濃度＞0.2％時觀察到對細胞生長的抑制作用。這些結(jié)果以及血栓形成性證明鉍作為聚氨酯PL-PDMS-PL制劑的添加組分對降低凝血酶的形成有效，并且在低濃度(＜0.08％)下是無毒的。這降低了臨床環(huán)境中血栓形成和凝塊沉積的危險性，并由此有利地解決(address)或限制了細菌生長后的相關(guān)凝塊事件，或者反之亦然，并且正如所知的那樣，凝塊層——即捕獲血小板或其它血細胞的纖維蛋白網(wǎng)——為細菌粘附和生物被膜生成提供了良好的基底物質(zhì)。
實施例4細菌粘附通過兩種不同方法——對細菌生長的MTT分析和掃描電子顯微鏡檢術(shù)，測試細菌粘附。MTT測試是一種基于形成有色不溶性甲鹽的快速敏感的比色測定。所產(chǎn)生的甲的量與細胞數(shù)量成正比，因此可用于測定細胞成活力和增殖。該測定法基于線粒體脫氫酶通過還原反應(yīng)將黃色水溶性四唑鹽(＝MTT)轉(zhuǎn)化為紫色不溶性甲產(chǎn)物的能力。將這些不溶性結(jié)晶溶于DMSO中，吸收度用分光光度計在550-570nm下讀取。
如下開始MTT測試將在胰酶大豆(trypcase-soja)肉湯中濃度為105/ml的表皮葡萄球菌(ATCC 12228)接種到帶有不同膜的24-孔板上，然后在37℃下培養(yǎng)4小時、8小時、24小時和48小時。培養(yǎng)后除去肉湯，用PBS-緩沖液洗滌板。然后加入500μl/孔的MTT溶液(在PBS中0.5mg/ml)，于37℃另外培養(yǎng)30分鐘。除去溶液并加入500μl/孔的溶菌溶液(99.4ml DMSO；0.6ml 100％冰醋酸；10g SDS)。在微量滴定振搖器上培養(yǎng)10分鐘后，將溶液吸取至96-孔板中，在550nm(參照為620nm)處測定吸收值。
使用以下物質(zhì)表皮葡萄球菌ATCC 12228板-計數(shù)-瓊脂胰酶大豆肉湯PBS緩沖液8.0g NaCl0.2g KCl1.44g Na2HPO4×2H2O0.2g KH2PO4溶于1000ml蒸餾水中；pH7.2MTT溶液(在PBS中0.5mg/ml)溶菌溶液(99.4ml DMSO；0.6ml冰醋酸；10g SDS)可以清楚看出，如MTT所測定的，在聚合物制劑中加入鉍復(fù)合物使細菌增殖被完全抑制(表3)。最重要的是，以低濃度、例如無毒的濃度、例如0.03％加入鉍時，對細菌增殖的抑制作用與提取物的細胞毒性不相關(guān)。
表3MTT測試的結(jié)果(兩組實驗的均值)


通過另一種方法，對含鉍的PL-PDMS-PL PUR-聚合膜上的細菌生長進行電鏡檢查法。通過這些實驗，可清楚地證實在Bi修飾的表面上經(jīng)過32小時沒有檢測出細菌生長。沒有發(fā)生細菌定植或形成生物被膜。
實施例5鉍表面濃度(XPS)為了評價表面上鉍的存在，使用x-射線熒光光譜法(XPS)。由不同的離源角(take-off angles，TOA)——10°和90°——得到如實施例1中制備的膜的結(jié)果。離源角越大，則該項分析的穿透深度越深。數(shù)據(jù)表明，在含有二氯三苯鉍的膜的表面上可測出鉍。其濃度與采用XPS檢測Bi時的檢出限接近。
表4通過XPS測量的鉍表面濃度/原子(％)

為了進一步表征本發(fā)明的材料，在聚合膜上進行鉍表面濃度分析。在含有0.08％鉍的膜中，在表面上檢測到0.006原子％。這應(yīng)當(dāng)是防止細菌生長和生物被膜形成的最大活性濃度。該鉍濃度極低，但盡管如此仍然驚人地有效。
實施例7在含水洗脫液中的鉍這些膜進一步以它們釋放鉍的能力來表征，見下表?？梢钥闯觯@些膜在水性環(huán)境中得到0.02mg/l提取液，這比用于得到600cm2含鉍聚合物膜而加入聚合物制劑中的鉍的總量低0.05％。
表5在含水洗脫液中的鉍濃度

實施例8用人全血提取后的鉍通過涂層導(dǎo)管在人血中釋放鉍的能力對其進行測定。因此，使用50ml枸櫞酸鹽化/肝素化全血來提取每個導(dǎo)管。通過6小時再循環(huán)和在培養(yǎng)器中24小時進行提取，以模擬治療周期和治療間的血管內(nèi)狀況。為了進行測定，用硝酸處理樣品，以使Bi從血組分基質(zhì)中釋放出，并用AAS在分析儀器的精密度范圍內(nèi)對其進行測定。全血中鉍可測定的量幾乎與作為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管(未經(jīng)涂層)的鉍-SMA涂層導(dǎo)管相同(3個導(dǎo)管的均值)。在血液中沒有測定到富含鉍。
表6提取后的全血鉍濃度

實施例9膜的制備第1步80g甲基異丁基酮20g硅MED 1011(Nusil，Polytec GmbH)于室溫輕微攪拌混合約20分鐘。MED-1011為一個組分，自流平型(selfleveling)硅氧烷。
第2步加入0.03g二氯三苯鉍(511.21g/mol)(Aldrich)，相當(dāng)于0.01g鉍。于室溫輕微攪拌約10分鐘。
a.在具有支撐襯、例如聚乙烯的玻璃板上澆鑄膜；b.通過將溶液轉(zhuǎn)運在硅導(dǎo)管外和穿過導(dǎo)管，形成膜。
通過掃描電子顯微鏡檢術(shù)檢測該膜。
實施例10細菌粘附用BacTrac體系(Sy-Lab GmbH，奧地利)測量細菌粘附和增殖。在這一阻抗方法中，采用由微生物代謝引起的營養(yǎng)培養(yǎng)基的離子組合物的變化作為參數(shù)，其中連續(xù)檢測所有代謝產(chǎn)物的總和。阻抗的變化與樣品上增殖細菌的數(shù)量相關(guān)。
這一方法由Futschik等人(1995)在“電極和培養(yǎng)基對檢測的阻抗和微生物的特征”(Electrode and Media Impedance for the Detection andCharacterisation of Microorganisms，Proceedings RC IEEEEMBS & 14thBMESI，1.75-1.76)一文中記載。
為了測量細菌粘附和增殖，將按照實施例9制備的膜于37℃用30×106濃度的表皮葡萄球菌在胰酶大豆肉湯中培養(yǎng)24小時。
接著，將預(yù)培養(yǎng)的膜轉(zhuǎn)移至充有新鮮肉湯的BacTrac體系的測量細胞中。在20小時內(nèi)用BacTrac測量阻抗。
可以證明如PUR/SMA-鉍制劑所證明的，在硅聚合物制劑中添加鉍導(dǎo)致增殖抑制/延遲。
實施例11硅-鉍膜的ICG水平按照實施例3，在實施例9中制備的硅-鉍膜上進行實施例11。
所研究的膜(根據(jù)實施例9制備)的結(jié)果顯示在表7中。
表7硅-鉍膜(實施例9)的ICG水平

在ICG檢測中，含有濃度為0.5重量％的二氯三苯鉍、相當(dāng)于0.2重量％鉍的膜(5-20μm厚度)是有毒的。不含鉍的硅膜和含有0.15重量％的二氯三苯鉍、相當(dāng)于0.06％鉍的膜沒有顯示出細胞生長的抑制作用。
權(quán)利要求
1.用于物品的生物相容性聚合物組合物，所述的物品具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面，其特征在于該聚合物組合物包含以相當(dāng)于聚合物組合物的0.001-0.5重量％鉍、更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍、最優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍的量摻入該聚合物組合物中的鉍復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的聚合物組合物還包含含有鉍復(fù)合物的納米粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的鉍復(fù)合物選自檸檬酸鉍銨、氧化鉍(III)、桔酸鉍(III)水合物、檸檬酸鉍、氯氧化鉍(III)、四甲基庚二酸鉍(III)、六氟丙酮酸鉍(III)、次水楊酸鉍(III)、三苯鉍、環(huán)丙沙星鉍(III)、三氯化鉍(III)、二氯三苯鉍、碳酸三苯鉍、三苯鉍二氫氧化物、二硝酸三苯鉍、二水楊酸三苯鉍、三苯 雙(2-氯乙酸)三苯鉍、雙(4-氨基苯甲酸)三苯鉍、雙(乙酸離子-O)三苯鉍、二溴三苯鉍和二氟三苯鉍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的鉍復(fù)合物為三苯鉍或二氯三苯鉍，優(yōu)選為二氯三苯鉍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的聚合物組合物包含成膜聚合物組分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的成膜聚合物為硅氧烷聚合物和/或硅氧烷低聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的聚合物組合物還包含具有反應(yīng)活性端基的疏水性聚合物嵌段。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的成膜聚合物選自聚氨酯、聚烯烴、高彈體、聚乙烯二醇、聚碳酸酯、聚醚砜、聚砜、聚乙烯吡咯烷酮和聚氯乙烯，所述的疏水性嵌段選自硅氧烷聚合物、硅氧烷低聚物、氟聚合物、聚乙烯二醇、聚乙烯二醇-聚二甲基硅氧烷共聚物、硅氧烷聚酯和聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯三嵌段共聚物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的生物相容性聚合物組合物，其特征在于所述的成膜聚合物為聚氨酯，且所述的疏水性聚合物嵌段為含有單、雙或多重反應(yīng)活性端基的聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯三嵌段共聚物。
10.制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于鉍復(fù)合物以相當(dāng)于聚合物組合物的0.001-0.5重量％鉍、更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍、最優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍的量摻入該聚合物組合物中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于將含有鉍復(fù)合物的納米粒摻入聚合物組合物中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于所述的鉍復(fù)合物選自檸檬酸鉍銨、氧化鉍(1II)、桔酸鉍(III)水合物、檸檬酸鉍、氯氧化鉍(III)、四甲基庚二酸鉍(III)、六氟丙酮酸鉍(III)、次水楊酸鉍(III)、三苯鉍、環(huán)丙沙星鉍(III)、三氯化鉍(III)、二氯三苯鉍、碳酸三苯鉍、三苯鉍二氫氧化物、二硝酸三苯鉍、二水楊酸三苯鉍、三苯 雙(2-氯乙酸)三苯鉍、雙(4-氨基苯甲酸)三苯鉍、雙(乙酸離子-O)三苯鉍、二溴三苯鉍和二氟三苯鉍。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于所述的鉍復(fù)合物為三苯鉍或二氯三苯鉍，優(yōu)選為二氯三苯鉍。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于以下步驟將成膜聚合物組合物和鉍復(fù)合物在使所有組分溶于溶劑的溶劑存在下合并；在允許組分在溶液中相互反應(yīng)的條件下使溶于溶劑的組分溫育，和在允許劑蒸發(fā)的條件下將溶液鋪展在欲涂層的表面上來形成膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于所述的成膜聚合物為硅氧烷聚合物和/或硅氧烷低聚物，且所述的鉍復(fù)合物為二氯三苯鉍。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于以下步驟將成膜聚合物組合物與含有疏水性聚合物嵌段的鉍復(fù)合物在使所有組分溶于溶劑的溶劑存在下合并，其中所述的聚合物嵌段具有對成膜聚合物組分而言是反應(yīng)活性的端基；在允許組分在溶液中相互反應(yīng)的條件下使溶于溶劑的組分溫育，和在允許劑蒸發(fā)的條件下將溶液鋪展在欲涂層的表面上來形成膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求10-13和16中任一項的制備生物相容性共聚物組合物的方法，其特征在于所述的成膜聚合物為聚氨酯，所述的鉍復(fù)合物為二氯三苯鉍，且所述的疏水性聚合物嵌段為含有單、雙或多重反應(yīng)活性端基的聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯三嵌段共聚物。
18.具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面的物品，其特征在于所述的物品具有至少一層聚合物組合物膜覆蓋在所述表面，其中所述的聚合物組合物包含相當(dāng)于聚合物組合物的0.001-0.5重量％鉍、更優(yōu)選0.001-0.1重量％鉍、最優(yōu)選0.002-0.08重量％鉍的鉍復(fù)合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的物品，其特征在于所述的物品具有多層所述聚合物組合物的涂層。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的物品，其特征在于所述物品具有所述聚合物組合物的涂層，并且所述的聚合物組合物還包含含有鉍復(fù)合物的納米粒。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的物品，其特征在于所述的聚合物組合物包含成膜聚合物組分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的物品，其特征在于所述的成膜聚合物為硅氧烷聚合物和/或硅氧烷低聚物。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的物品，其特征在于所述的聚合物組合物還包含具有一個或多個反應(yīng)活性端基的疏水性聚合物嵌段。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的物品，其特征在于所述的成膜聚合物選自聚氨酯、聚烯烴、高彈體、聚乙烯二醇、聚碳酸酯、聚醚砜、聚砜、聚乙烯吡咯烷酮和聚氯乙烯，所述的疏水性嵌段選自硅氧烷聚合物、硅氧烷低聚物、氟聚合物、聚乙烯二醇、聚乙烯二醇-聚二甲基硅氧烷共聚物、硅氧烷聚酯和聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯三嵌段共聚物。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的物品，其特征在于所述的成膜聚合物為聚氨酯，且所述的疏水性聚合物嵌段為含有單、雙或多重反應(yīng)活性端基的聚內(nèi)酯-聚硅氧烷-聚內(nèi)酯三嵌段共聚物。
26.包含摻入該聚合物組合物中的鉍復(fù)合物的生物相容性聚合物組合物的用途，用于意欲與血液、組織、創(chuàng)傷組織以及在培養(yǎng)液、體液、透析液或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的醫(yī)療裝置，以增強生物相容性和防止細菌生長。
27.包含摻入該聚合物組合物中的鉍復(fù)合物的生物相容性聚合物組合物的用途，用于與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于物品的生物相容性聚合物組合物，其中所述的物品具有意欲與血液、組織、皮膚、上皮層、創(chuàng)傷以及在培養(yǎng)液、體液、透析液和/或用于除去或輸注的治療液中的細胞接觸的表面。本發(fā)明還涉及其制備方法、包含該生物相容性聚合物組合物的物品及其用途。
文檔編號A61L31/10GK1777451SQ200480010534
公開日2006年5月24日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者R·德皮施, R·迪特里希, W·貝克, A·施內(nèi)爾, B·維特納 申請人:甘布羅倫迪亞股份有限公司