專利名稱：一種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法。
背景技術：
細菌、真菌等病原微生物常常引發(fā)機體組織發(fā)生病變，嚴重威脅著人類的身心健康。據直接衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO) 1998年統(tǒng)計數字表明，1995年全世界死亡人口為5200萬，其中因細菌感染造成的死亡人數約占33%，如今這ー比例還在進ー步提高。因此抗菌材料和制品的開發(fā)受到越來越多的關注。如今臨床術后和醫(yī)療植入體抗感染的主要方式是使用抗生素，然而隨著抗生素的大量使用，細菌的耐藥性也大大提高，特別是一旦形成生物膜，細菌的抗藥性將極大提高，需要幾百甚至上千倍的抗生素殺死，處理效果并不理想。臨床處理的方式往往是再次手術取出植入體，清洗或者更換新的植入體，這樣的處理方式不但增加病人的痛苦，而且增加病人經濟負擔，因此尋求一種簡單有效的長效抗菌涂層具有重要的意義。通過對各種醫(yī)用裝置的表面修飾，在保持原有性能的條件下，改善生物醫(yī)用裝置生物相容性成為現代醫(yī)療裝置應用中的重要問題。感染發(fā)生的一般過程是細菌的黏附；定植和繁殖，形成菌落；分泌胞外基質，菌落通過胞外基質連接在一起，形成生物膜(biofilm)，生物膜釋放浮游菌體和毒素，引發(fā)感染。針對細菌感染的第一個步驟，制備ー種親水的凝膠涂層將增加涂層的溶脹能力和親水性，能夠實現涂層的抗細菌黏附性能。然而單純的親水涂層并不能實現長效抗菌的能力，也不能殺滅植入體周圍的病菌。殼聚糖是ー種天然的聚陽離子抗菌分子，并且具有良好的生物相容性和涂層形成能力，抗菌機理是接觸式殺菌。納米銀是ー種高效殺菌材料，相對分子狀態(tài)的銀能夠實現可控和長期釋放，以殼聚糖分子為模板，原位形成納米銀，并且由于氫鍵作用，殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮能夠穩(wěn)定的復合。聚合物共混技術具有簡單、易于操作的特點，并且使膜層具有其組分的復合功能，通過對基材的預處理解決了涂層溶脹帶來的穩(wěn)定性問題，有望得到兼具抗細菌黏附和殺菌的性能
發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法。廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法在pH值為4. O的醋酸緩沖溶液中依次加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，以旋涂、浸涂或噴涂的方式涂敷在基材表面上，經自然干燥處理12h和真空干燥處理12h，然后在90 180°C原位熱還原0. 5 6h,得到納米銀顆粒粒度為5 50nm的廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層,其中，殼聚糖質量濃度為5 20mg/ml，聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度為f 20mg/ml，硝酸銀的質量濃度為0. 01 0. I mg/ml。所述的基材為玻璃、石英、云母、不銹鋼、聚酯膜或聚乳酸膜。所述的以旋涂的方式涂敷在基材表面上的方法為開動旋涂儀，轉速為IOOOrad/min,用滴管吸取O. Iml涂膜液滴在基材上,旋涂IOs,然后在2500rad/min下旋涂2min,干燥，重復旋涂3-5次。所述的以浸涂的方式涂敷在基材表面上的方法為用鑷子夾住基材，浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液體均勻覆蓋，然后放置于玻璃平板上，干燥后用刀片剝離基材。所述的以噴涂的方式涂敷在基材表面上的方法為將噴涂液加入到霧化器中，噴涂在基材上ls,60°C烘箱干燥20min,此操作重復5次。本發(fā)明涂層溶液配制簡便，能實現無污染操作，可采用旋涂、浸涂、噴涂等可エ業(yè)實現的方式，適用范圍廣，能夠對具有復雜體型結構的生物醫(yī)用裝置進行涂層修飾；涂層可改善醫(yī)用裝置表面的多種抗菌性能，潤滑性，生物相容性，在人體環(huán)境下以水凝膠的形式存在，這種性質使生物材料表面潤滑，減少材料表面和粘膜組織之間的摩接阻力；涂層材料化學結構穩(wěn)定，耐疲勞、剪切，能適應人體的內環(huán)境；涂層能夠實現廣譜的多功能抗菌的能力。
具體實施例方式廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法在pH值為4. O的醋酸緩沖溶液中依次加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，以旋涂、浸涂或噴涂的方式涂敷在基材表面上，經自然干燥處理12h和真空干燥處理12h，然后在90 180°C原位熱還原O. 5 6h,得到納米銀顆粒粒度為5 50nm的廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層,其中，殼聚糖質量濃度為5 20mg/ml，聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度為f 20mg/ml，硝酸銀的質量濃度為O. 01 O. I mg/ml。所述的基材為玻璃、石英、云母、不銹鋼、聚酯膜或聚乳酸膜。所述的以旋涂的方式涂敷在基材表面上的方法為開動旋涂儀，轉速為1000rad/min，用滴管吸取O. Iml涂膜液滴在基材上，旋涂IOs,然后在2500rad/min下旋涂2min,干燥,重復旋涂3_5次。所述的以浸涂的方式涂敷在基材表面上的方法為用鑷子夾住基材，浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液體均勻覆蓋，然后放置于玻璃平板上，干燥后用刀片剝離基材。所述的以噴涂的方式涂敷在基材表面上的方法為將噴涂液加入到霧化器中，噴涂在基材上ls，60°C烘箱干燥20min，此操作重復5次。實施例I :
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為10mg/ml和lmg/ml，硝酸銀的濃度為O. I mg/ml O將噴涂液加入到霧化器中，噴涂在石英上ls，60°c烘箱干燥20min，此操作重復5次。涂層在110°C原位熱還原4h，獲得了ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。斷面場發(fā)射掃描電鏡測試涂層的厚度為3. 56±0. 45 μ m。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于5 12nm，平均8nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在IOmin殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌。采用MTT和FDA實驗結果發(fā)現對人臍靜脈內皮細胞細胞毒性較低，細胞活性超過TCPS的92%，因此具有良好的細胞相容性。實施例2:
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為5mg/ml和2mg/ml，硝酸銀的濃度為0.2 mg/ml。將噴涂液加入到霧化器中，噴涂在基材上ls，60°C烘箱干燥20min，此操作重復5次。涂層在90°C原位熱還原6h，獲得了ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為3. 72±0· 34 nm。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于7 15nm，平均10nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在IOmin殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌。采用MTT和FDA實驗結果發(fā)現對人臍靜脈內皮細胞細胞毒性較低，細胞活性超過TCPS的85%，因此具有良好的細胞相容性。實施例3:
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為7mg/ml和5mg/ml，硝酸銀的濃度為O. 3 mg/ml ο開動旋涂儀，轉速為1000rad/min,用滴管吸取O. Iml涂膜液滴在玻璃上,旋涂IOs,然后在2500rad/min下旋涂2min,干燥,重復旋涂3_5次。涂層在150°C原位熱還原O. 5h，獲得了 ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。
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斷面場發(fā)射掃描電鏡測試膜層的厚度為2.55±0.38μπι。靜態(tài)接觸角測試膜層顯示出一定的親水性，為66. 67±1. 62°，原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為2·44±0·26 nm。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于9 19nm，平均15nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在IOmin殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌?？辜毦じ綄嶒灠l(fā)現和未涂膜的基材相比，該共混膜降低了 100%的大腸桿菌黏附和98%的金黃色葡萄球菌的黏附。采用MTT和FDA實驗結果發(fā)現對人臍靜脈內皮細胞細胞毒性較低，細胞活性超過TCPS的82%，因此具有良好的細胞相容性。實施例4:
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為13mg/ml和10mg/ml，硝酸銀的濃度為O. 3 mg/ml。用鑷子夾住云母，浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液體均勻覆蓋，然后放置于玻璃平板上，干燥后用刀片剝離聚酯膜。涂層在180°C原位熱還原O. 5h，獲得了一種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。斷面場發(fā)射掃描電鏡測試膜層的厚度為4. 63±0. 63 μ m。靜態(tài)接觸角測試膜層顯示出一定的親水性，為54. 45±1. 44°，原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為2. 53±0· 34 nm。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于12 24nm，平均18nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在IOmin殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌。采用MTT和FDA實驗結果發(fā)現對人臍靜脈內皮細胞細胞毒性較低，細胞活性超過TCPS的75%，因此具有一定的細胞相容性。實施例5:
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為5mg/ml和15mg/ml，硝酸銀的濃度為0.5 mg/ml。用鑷子夾住云母，浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液體均勻覆蓋，然后放置于玻璃平板上，干燥后用刀片剝離聚酯膜。涂層在125°C原位熱還原3h，獲得了ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。
斷面場發(fā)射掃描電鏡測試膜層的厚度為2.93±0.34μπι。靜態(tài)接觸角測試膜層顯示出一定的親水性，為48. 34±1. 64°，原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為2. 14±0. 35 nm。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于15 27nm，平均20nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在IOmin殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌?？辜毦じ綄嶒灠l(fā)現和未涂膜的的基材相比，該共混膜降低了 95%的大腸桿菌黏附和98%的金黃色葡萄球菌的黏附。實施例6
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為20mg/ml和20mg/ml，硝酸銀的濃度為O. 6 mg/ml。將噴涂液加入到霧化器中，噴涂在聚乳酸膜上ls，60°C烘箱干燥20min，此操作重復5次。涂層在130°C原位熱還原3h，獲得了ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。 斷面場發(fā)射掃描電鏡測試膜層的厚度為5. 85±0. 56 μ m。靜態(tài)接觸角測試膜層顯示出一定的親水性，為63. 45±2. 44°，原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為3. 23±0· 44 nm。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于15 30nm，平均22nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在IOmin殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌?？辜毦じ綄嶒灠l(fā)現和未涂膜的的基材相比，該共混膜降低了 96%的大腸桿菌黏附和95%的金黃色葡萄球菌的黏附。實施例7
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為12mg/ml和9mg/ml，硝酸銀的濃度為
O.8mg/ml。開動旋涂儀，轉速為1000rad/min，用滴管吸取O. Iml涂膜液滴在聚酯膜上，旋涂IOs,然后在2500rad/min下旋涂2min,干燥,重復旋涂3_5次。涂層在135°C原位熱還原
2.5h，獲得了 ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。斷面場發(fā)射掃描電鏡測試膜層的厚度為4. 54±0. 43 μ m。靜態(tài)接觸角測試膜層顯示出一定的親水性，為52. 45±2. 54°，原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為2. 33±0· 36 nm。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于16 35nm，平均25nm。把該涂層浸泡在PBS中釋放35d，搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在30min殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃色葡萄球菌。實施例8
依次在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，涂膜液中殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度分別為llmg/ml和I lmg/ml，硝酸銀的濃度為I. O mg/ml。用鑷子夾住不銹鋼，浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液體均勻覆蓋，然后放置于玻璃平板上，干燥后用刀片剝離聚酯膜。涂層在100°C原位熱還原3h，獲得了一種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。斷面場發(fā)射掃描電鏡測試膜層的厚度為3. 84±0. 32 μ m。靜態(tài)接觸角測試膜層顯示出一定的親水性，為54. 45±2. 04°，原子力顯微鏡觀察形貌發(fā)現表面具有很低的粗糙度，RMS為2. 53±0. 23 nm。該涂層在PBS中浸泡35d，用場發(fā)射掃描電鏡觀察斷面，發(fā)現該膜層均勻和穩(wěn)定存在于硅片表面，表明預處理提高了膜層的粘結性能。透射電鏡結果表明納米銀顆粒粒度分布于22 50nm，平均30nm。搖瓶培養(yǎng)和稀釋涂平板法測試膜層的殺菌性能，結果顯示該膜層能在30min殺死100%的大腸桿菌和100%的金黃 色葡萄球菌。
權利要求
1.一種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法，其特征在于在PH值為4. O的醋酸緩沖溶液中依次加入硝酸銀、聚こ烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，以旋涂、浸涂或噴涂的方式涂敷在基材表面上，經自然干燥處理12h和真空干燥處理12h，然后在90 180°C原位熱還原O. 5 6h,得到納米銀顆粒粒度為5 50nm的廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層，其中，殼聚糖質量濃度為5 20mg/ml，聚こ烯吡咯烷酮的質量濃度為f20mg/ml，硝酸銀的質量濃度為O. 01 O. I mg/ml ο
2.根據權利要求I所述的ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法，其特征在于所述的基材為玻璃、石英、云母、不銹鋼、聚酯膜或聚乳酸膜。
3.根據權利要求I所述的ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法，其特征在于，所述的以旋涂的方式涂敷在基材表面上的方法為開動旋涂儀，轉速為IOOOrad/min,用滴管吸取O. Iml涂膜液滴在基材上,旋涂IOs,然后在2500rad/min下旋涂2min,干燥，重復旋涂3-5次。
4.根據權利要求I所述的ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法，其特征在于，所述的以浸涂的方式涂敷在基材表面上的方法為用鑷子夾住基材，浸入涂膜液中5s，取出，使表面的液體均勻覆蓋，然后放置于玻璃平板上，干燥后用刀片剝離基材。
5.根據權利要求I所述的ー種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法，其特征在于，所述的以噴涂的方式涂敷在基材表面上的方法為將噴涂液加入到霧化器中，噴涂在基材上ls,60°C烘箱干燥20min,此操作重復5次。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層制備方法。在pH值為4.0的醋酸緩沖溶液中依次加入硝酸銀、聚乙烯吡咯烷酮和殼聚糖，攪拌2h，以旋涂、浸涂或噴涂的方式涂敷在基材表面上，經自然干燥處理12h和真空干燥處理12h，然后在90～180℃原位熱還原0.5～6h，得到納米銀顆粒粒度為5～50nm的廣譜長效抗菌殼聚糖納米復合凝膠涂層。該涂層具有良好的廣譜抗細菌黏附和殺菌的能力，并具有良好的細胞相容性。該方法工藝簡單、快捷，條件溫和，易于旋涂、浸涂、噴涂等可工業(yè)實的方式實現，適用范圍廣，能夠有效地的改善醫(yī)用裝置表面的抗菌性能，生物相容性和潤滑性。
文檔編號A61L29/16GK102671239SQ20121013390
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權日2012年5月3日
發(fā)明者楊富春, 王佰亮, 計劍, 鄭樹森 申請人:浙江大學