專利名稱：含有功能納米顆粒的防污涂料組合物的制作方法
含有功能納米顆粒的防污涂料組合物本發(fā)明涉及一種為基材提供防污涂層的方法，含有所述防污涂層的基材以及含有所述防污涂層的模制件。用于抑制或防止生物結(jié)垢的涂料組合物是公知的。與水接觸的物體、尤其那些由合成材料制成的物體通常容易出現(xiàn)人們不希望的生物來源的有機物質(zhì)的堆積，這些堆積來自蛋白質(zhì)吸附、細(xì)菌吸附以及隨后的擴散、或血栓形成。這通常被稱為“生物結(jié)垢”。生物結(jié)垢可能具有嚴(yán)重的后果。例如，在醫(yī)藥領(lǐng)域中，生物結(jié)垢可能引起經(jīng)由導(dǎo)管的細(xì)菌感染；在工業(yè)領(lǐng)域中，過濾器的堵塞、有機材料在表面上的堆積等也可能引起一些問題。過去十年間，一次性產(chǎn)品(例如血液收集管、微滴定盤、微流體裝置、生物傳感器、 細(xì)胞培養(yǎng)瓶和碟、微型管、PCR管、分離過濾器、吸液管頭等)在生命科學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域中的使用以驚人的速度增長。這些一次性產(chǎn)品由各種諸如聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯等材料制成，并且具有許多優(yōu)點。例如，它們穩(wěn)定、容易消毒、且具有多種用途。此外，它們?nèi)菀准庸?、具有良好的氣體阻隔性能、高耐沖擊性、良好的光學(xué)透明度并且可以相對廉價的大量生產(chǎn)。然而，這些一次性產(chǎn)品可能具有生物結(jié)垢問題。對于生物結(jié)垢問題已經(jīng)提出了一些解決方案，但這些解決方案對于樣品所要經(jīng)受的敏感試驗和測試具有不令人期望的影響。例如，Vacutainer SST 血液收集管被減少生物結(jié)垢的表面活性劑(Silwet L-720有機硅烷表面活性劑)涂布。但是，業(yè)已表明這種表面活性劑引起對某些試驗的干擾，例如使捕獲抗體從在Immulite全三碘甲腺原氨酸免疫試驗中使用的固相中脫附。對受影響的眾多試驗的更完整討論可以在Becton-Dickenson Technical Bulletin VS7313 和 Clin Chim Acta 2007 ；378 (1-2) 181-193 中找到。非-生物結(jié)垢產(chǎn)品的其他實例是Corning NBS Microplate (Catalog #3676)。這個產(chǎn)品也使用表面活性劑來提供非生物結(jié)垢性質(zhì)，并且這種表面活性劑也可能影響隨后試驗的結(jié)果。我們推測，非生物結(jié)垢表面活性劑會從涂層中泄露到，進(jìn)而會影響隨后的測試結(jié)果。因此，需要一種抗生物結(jié)垢的解決方案，這種解決方案避免顯著地干擾樣品和測試οW02006/016800中描述的涂層似乎提供了這樣的解決方案。這些涂層具有良好的抗生物結(jié)垢性能，而且不含會泄露到樣品中并影響試驗的表面活性劑。但是，這種涂層難以成功地涂覆到不同基材上，具體地難以成功地涂覆到不同幾何體上。例如，當(dāng)專利‘800的涂層涂覆到血管收集管上時，這種涂層會破裂、不完整、傾向于剝落并且不能提供可接受的性能。有利的是，提供一種涂布方法，其為這些生物一次性產(chǎn)品提供良好的基材包覆。考慮到這些產(chǎn)品的尺寸相對較小而且?guī)缀涡螤畈煌?，這不太容易。此外，希望涂布方法提供一種會粘附到基材上的堅實、品質(zhì)上乘的涂層。出人意料地，我們發(fā)現(xiàn)，如果涂料組合物的表面張力低于某一水平，就可以制成良好的、堅實的抗生物結(jié)垢涂層。盡管并不希望受縛于任何理論，我們認(rèn)為，當(dāng)涂料組合物的表面張力較低時，則減輕或消除了與一次性產(chǎn)品的幾何形狀和尺寸相關(guān)的問題。另一個優(yōu)點在于，所得涂層可以顯示良好的機械性質(zhì)，如硬度和耐劃傷性。
另一個優(yōu)點是，所述涂層可以顯示良好的防霧性。另一個優(yōu)點是，所述涂層可以顯示良好的對基材的粘附性。另一個優(yōu)點是，所述涂層可以顯示良好的潤滑性質(zhì)。另一個優(yōu)點是，所述涂層可以通過將特定基團接枝到顆粒的表面上或者將特定基團結(jié)合到由所述反應(yīng)性顆粒形成的網(wǎng)絡(luò)中而被設(shè)計成具有生物反應(yīng)活性。涂層的另一個優(yōu)點是，它可以具有光學(xué)透明度，尤其在干燥狀態(tài)下。本發(fā)明涉及一種為基材提供抗生物結(jié)垢涂層的方法，所述方法包括a.獲得含有納米顆粒和溶劑的涂料組合物，所述納米顆粒被反應(yīng)性基團和親水性聚合物鏈接枝；b.將所述組合物涂覆到所述基材上；和c.可選地固化所述涂層，其中，所述涂料組合物在25°C下的表面張力低于40mN/m。所述涂料組合物在25°C下的的表面張力低于40mN/m，更優(yōu)選低于30mN/m。所述涂料組合物的表面張力優(yōu)選高于10mN/m。材料的表面張力由文獻(xiàn)可知或者可通過例如ASTM D 1331-89(2001)測定。優(yōu)選地，本文中的涂料組合物的固體重量百分率相對于所述組合物為2wt%至 7wt%。艦涂料組合物可以包含所有種類的顆粒，只要這些顆粒被反應(yīng)性基團和親水性聚合物鏈接枝即可。涂料組合物可以包含有機和/或無機顆粒。有機顆粒的實例包括碳納米管或碳納米球。優(yōu)選地，涂料組合物包含無機顆粒，因為以這種方式獲得非常堅固的涂層。顆粒的平均最大直徑優(yōu)選小于lOOnm，還要更優(yōu)選小于50nm。由此，涂料組合物包含納米顆粒。其原因在于，這樣提供了具有光滑表面的非常堅固的涂層。還可以采用具有這樣非常小直徑的顆粒來提供透明涂層。在球形顆粒的情況下，僅考慮一種直徑，結(jié)果該直徑等于最小直徑。對于非球形顆粒(例如但不限于棒形顆粒和盤形顆粒)，最大直徑被測定為穿過顆粒畫出的最長直線。測定顆粒尺寸的方法包括光學(xué)顯微鏡、掃描顯微鏡和原子力顯微鏡(AFM)。如果使用顯微鏡方法，那么測定100個隨機挑選的顆粒的尺寸，并計算平均值。適當(dāng)無機顆粒的實例是含有 SiO2, TiO2, ZnO2, TiO2, SnO2, Am-SnO2, ZrO2, Sb-SnO2, Al2O3.，Au 或 Ag 的顆粒。優(yōu)選地，所述顆粒是納米顆粒，并且所述納米顆粒包含Si02。親水性聚合物顆?？杀凰蟹N類的親水性聚合物鏈接枝。親水性聚合物鏈?zhǔn)窃谥辽僖粋€介于O 和100°c之間的溫度下溶解在水中的聚合物鏈。優(yōu)選地，使用在20和40°C的溫度范圍內(nèi)溶解在水中的聚合物。優(yōu)選地，親水性聚合物的溶解度為至少0. 1克每升水，更優(yōu)選為至少 0. 5克每升水，最優(yōu)選為至少1. O克每升水。對于確定溶解度，所考慮的聚合物鏈不包括用于接枝聚合物鏈的基團或者在聚合后連接到聚合物上的任意其他基團，例如離子基團。優(yōu)選地，溶解度在PH介于3和10之間、更優(yōu)選介于5. 5和9之間的水中測定，最優(yōu)選在具有 PH 7的水中測定。聚合物鏈可以包括一種單體(均聚物)或者以無規(guī)方式或規(guī)則嵌段方式排列的多
4種單體(共聚物)。優(yōu)選地，親水性聚合物鏈包含環(huán)氧乙烷、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、磷酸膽堿、(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯或糖類的單體單元。典型優(yōu)點之一是，由于聚合物鏈的親水性，該涂層使被涂物品具有涂層的非常良好的抗生物結(jié)垢性質(zhì)。這些性質(zhì)隨著親水性聚合物鏈在涂層表。面上的濃度和長度的增加而增加。優(yōu)選地，親水性聚合物的鏈包含至少平均5個單體單元；更優(yōu)選地，聚合物包含至少平均7個單體單元；還要更優(yōu)選地，聚合物包含至少平均10個單體單元；最優(yōu)選地，聚合物包含至少平均15個單體單元。濃度可以例如通過增加接枝到顆粒上的聚合物的密度、增加長度或者通過增加涂料組合物中顆粒的重量比來增加。為了獲得良好的防霧性質(zhì)，優(yōu)選具有相對短長度的聚合物鏈。涂料組合物的另一個優(yōu)點是，低靜態(tài)水接觸角。優(yōu)選地，靜態(tài)水接觸角小于50°， 更優(yōu)選小于40°，還要更優(yōu)選小于30°。用于接枝的基團用于將親水性聚合物鏈和包含反應(yīng)性基團的化合物接枝到顆粒上的基團可以包括接枝領(lǐng)域已知的所有基團，例如但不限于(三烷氧基)硅烷、硫醇、胺、硅烷氫化物。由于接枝反應(yīng)，親水性聚合物鏈和含有反應(yīng)性基團的化合物化學(xué)鍵合到顆粒的表面上。親水性聚合物和含有反應(yīng)性基團的化合物的每個分子中有可能包含一個以上用于接枝的基團。在更優(yōu)選的實施方式中，親水性聚合物和含有反應(yīng)性基團的化合物的每個分子中具有平均一個用于接枝的基團。在親水性聚合物的情況下，用于接枝的基團優(yōu)選是連接到親水性聚合物鏈上的末端基。反應(yīng)性基團作為反應(yīng)性基團，使用可以與基材發(fā)生反應(yīng)并且/或者可以反應(yīng)形成交聯(lián)相從而形成含有顆粒的涂層的基團。一種可能性是，使用單一種類的反應(yīng)性基團，這種反應(yīng)性基團能夠例如在均聚反應(yīng)中相互反應(yīng)。這種反應(yīng)性基團的實例包括丙烯酸酯基團和甲基丙烯酸酯基團。另一種可能性是，使用基團的混合物，例如使用能夠在共聚反應(yīng)中發(fā)生反應(yīng)的基團。這種基團的實例包括羧酸和/或羧酸酐與環(huán)氧化物的組合，酸與羥基化合物(尤其是 2-羥基烷基酰胺)的組合，胺與異氰酸酯(例如封端的異氰酸酯、脲二酮(uretdion)或碳二酰亞胺)的組合，環(huán)氧與胺或與二氰基二酰胺的組合，胼酰胺與異氰酸酯的組合，羥基化合物與異氰酸酯(例如封端的異氰酸酯、脲二酮或碳二酰亞胺)的組合，羥基化合物與酸酐的組合，羥基化合物與(醚化的)羥甲基酰胺(“氨基-樹脂”)的組合，硫醇與異氰酸酯的組合，硫醇與丙烯酸酯或其他乙烯基物質(zhì)(可選被自由基引發(fā))的組合，乙酰乙酸酯與丙烯酸酯的組合，以及當(dāng)使用陽離子交聯(lián)時，是環(huán)氧化合物與環(huán)氧或羥基化合物的組合。諸如 2+2光化環(huán)加成和4+2熱加成的加成反應(yīng)也是可行的。優(yōu)選地，反應(yīng)性基團選自丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、環(huán)氧、乙烯基醚類、烯丙基醚類、苯乙烯類或其組合。反應(yīng)性基團也可以連接到親水性聚合物鏈上，然而優(yōu)選至少20wt%的親水性聚合物鏈不含這樣的反應(yīng)性基團。更優(yōu)選至少50wt%、還要更優(yōu)選至少SOwt%的親水性聚合物鏈不含這樣的反應(yīng)性基團。最優(yōu)選地，親水性聚合物鏈根本不含這樣的反應(yīng)性基團中的任
意一個。反應(yīng)件稀釋劑涂料組合物可以包含一種或多種反應(yīng)性稀釋劑，反應(yīng)性稀釋劑被定義為具有至少一個能夠相互反應(yīng)和/或能夠與接枝到顆粒上的反應(yīng)性基團發(fā)生反應(yīng)的基團的化合物。原則上，許多化合物都適于用作反應(yīng)性稀釋劑，例如具有與以上定義的反應(yīng)性基團一樣基團的單體或低聚物。在優(yōu)選的實施方式中，這些反應(yīng)性稀釋劑在與接枝的親水性聚合物相同的溫度范圍內(nèi)是水溶性的?？杀挥米鞣磻?yīng)性稀釋劑的可行化合物可以是異氰酸酯；烷氧基鈦酸酯；烷氧基鋯酸酯；或脲-甲醛、脲/三聚氰胺-甲醛、三聚氰胺-甲醛或酚醛(熱固性酚醛樹脂型、熱塑性酚醛樹脂型)；或可自由基固化的(過氧化物引發(fā)的或光引發(fā)的)不飽和單官能或多官能單體和聚合物(例如丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、馬來酸酯/乙烯基醚)；或在苯乙烯和/或甲基丙烯酸酯類中的可自由基固化的(過氧化物引發(fā)的或光引發(fā)的)不飽和(例如馬來酸的或富馬酸的)聚酯。交聯(lián)方法可以使反應(yīng)性基團反應(yīng)并且形成交聯(lián)相從而形成涂層的任何交聯(lián)方法都適于用在本發(fā)明的方法中。適于引發(fā)交聯(lián)的方式例如為電子束輻射、電磁輻射(UV、可見光和近 ir)、加熱以及在使用濕固化化合物的情況下通過加濕。在優(yōu)選的實施方式中，交聯(lián)通過uv 照射實現(xiàn)。uv交聯(lián)可以通過自由基機理或者通過陽離子機理或其組合來進(jìn)行。在另一優(yōu)選的實施方式中，交聯(lián)通過加熱實現(xiàn)。不同固化方法的組合也是可行的。引發(fā)劑引發(fā)劑可以存在于混合物中以引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。引發(fā)劑的用量可以在寬范圍內(nèi)變化。引發(fā)劑的適當(dāng)用量相對于參與交聯(lián)反應(yīng)的化合物的總重例如在大于0和5wt%之間。當(dāng)使用UV交聯(lián)時，混合物優(yōu)選包含一種或多種UV-光引發(fā)劑。任何已知的UV 光引發(fā)劑都可用在本發(fā)明的方法中。例如得自Ciki的Darocur 1173 (2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(CAS no. 7473-98-5))，I-Irgacure 184 (羥基環(huán)己基苯基甲酮 (CAS no. 947-19-3)), Irgacure 819 (苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(CAS no. 162881-26-7)), Irgacure 369 (2-芐基-2-( 二甲基氨基)-1- -嗎啉基)苯基}_1_ 丁酮(CAS no. 119313-12-1))，Quanticure (EPD4-二甲基氨基苯甲酸乙酯(CAS no. 10287-53-3)), Quanticure ITX (2-異丙基噻噸酮(CAS no. 5495-84-1))，二苯甲酮(CAS no.119-61-9)。涂層厚度根據(jù)本發(fā)明的涂層可以以任何適當(dāng)?shù)暮穸戎苽?，但?yīng)當(dāng)注意到，厚度也可以是涂料組合物中固體量的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的涂層通常具有在50nm至數(shù)十微米范圍內(nèi)的厚度。優(yōu)選地，涂層厚度為50nm至lOOOnm，更優(yōu)選為IOOnm至800nm，甚至更優(yōu)選為200nm至 600nm。涂料組合物優(yōu)選包含2襯％至7襯％的重量百分比的固體?；母鞣N基材都可以用在本發(fā)明的方法法中作為基材。適當(dāng)?shù)幕氖抢缙桨宓幕驈澢?、剛性基材或柔性基材，包括如下材料的膜，例如聚烯烴類，如聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、高密度聚乙烯 (HDPE)、交聯(lián)聚乙烯(XLPE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(TPX)、聚丁烯(PB)、聚異丁烯(PIB)、 聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚降冰片烯；聚丙烯酸酯類，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、聚丁二烯丙烯腈 (PBAN)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPO)；聚酯類，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚(亞環(huán)己基二亞甲基對苯二甲酸酯)(PCTA)、 聚亞環(huán)己基二亞甲基對苯二甲酸酯乙二醇(PCTG)、聚對苯二甲酸乙二醇酯乙二醇(PETG)、 聚三亞甲基對苯二甲酸酯；聚砜類，如聚砜(PSU)、聚芳基砜(PAQ、聚醚砜(PES)、聚苯基砜 (PPS)；聚酰胺，如 PA11、PA12、PA 66、PA6、PA46、PA6-共-PA66、PA610、PA69、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、雙馬來酰亞胺(BMI)、脲甲醛(UF)；纖維素類，如醋酸纖維素、醋酸纖維素丁酸酯、 醋酸纖維素丙酸酯、乙基纖維素、纖維素丙酸酯；聚酰胺類，如聚酰胺(PU)、聚異氰尿酸酯 (PIR)；含氟聚合物類，如氟聚合物(FE)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)； 聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚酯碳酸酯；共聚物，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯乙烯醇、乙烯丙烯酸 N-丁基酯、聚酰胺-酰亞胺；或無定形固體，例如玻璃；或結(jié)晶材料，諸如硅或砷化鎵。還可以使用金屬基材，諸如鈦和鋼。優(yōu)選的基材包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、尼龍、硅酮橡膠、聚降冰片烯、玻璃、鈦、鋼及其組合。所述基材優(yōu)選能夠被成型為例如生物樣品(例如血液)收集管、微滴定盤、微流體裝置、生物傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)瓶和碟、微型管、PCR管、分離過濾器、吸液管頭等可通過本發(fā)明的方法得到的自撐涂層可以通過如下得到在基材上制成膜或涂層，接著在交聯(lián)后從所述基材上取下膜或涂層。向基材涂覆混合物混合物可以通過濕涂沉積領(lǐng)域中已知的任意方法以一個或多個步驟涂布到基材上。適當(dāng)方法的實例是旋涂、浸涂、噴涂、流涂、彎月涂(meniscus coating)、毛細(xì)涂布和輥涂、抽氣涂布(aspiration coating)、或其任意組合。物體可被涂料組合物全部涂布或部分涂布。而且，可以通過例如但不限于光刻法進(jìn)行涂層的部分交聯(lián)和未交聯(lián)部分的去除。在第一實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的混合物作為唯一的涂層涂覆到基材上。在第二實施方式中，涂層被涂覆到一個或多個涂層的頂部。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉選擇何種涂層以優(yōu)化諸如粘附性、硬度、光學(xué)透明度等的性質(zhì)。在涂層涂覆和固化后，可以進(jìn)行進(jìn)一步的處理步驟，諸如但不限于熱處理或輻射處理。翻為了例如將本發(fā)明的組合物制成適于利用所選擇的涂覆方法涂覆到基材，根據(jù)本發(fā)明的組合物可以包含溶劑。原則上，可以使用各種溶劑。溶劑優(yōu)選能夠使被反應(yīng)性基團和親水性聚合物鏈接枝的顆粒形成穩(wěn)定的懸浮液，從而在溶劑蒸發(fā)后獲得良好的質(zhì)量上乘的涂層。顆粒通常以懸浮液形式被添加混合物中。可以使用與在懸浮液中使用的相同溶劑來調(diào)節(jié)混合物，結(jié)果該混合物具有所需性質(zhì)。然而，也可以使用其他溶劑。適當(dāng)溶劑的實例是1，4_ 二氧雜環(huán)己烷、丙酮、乙腈、氯仿、氯苯酚、環(huán)己烷、環(huán)己酮、環(huán)戊酮、二氯甲烷、二乙基乙酸酯、二乙基甲酮、二甲基碳酸酯、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙醇、乙酸乙酯、間甲酚、一烷基和二烷基取代的乙二醇、N，N-二甲基乙酰胺、對氯苯酚、 1，2_丙二醇、1-戊醇、1-丙醇、2-己酮、2-甲氧基乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、2-辛酮、2-丙醇、3-戊酮、4-甲基-2-戊酮、六氟異丙醇、甲醇、乙酸甲酯、乙酰乙酸甲酯、甲基乙基甲酮、 甲基丙基甲酮、N-甲基吡咯烷酮_2、正戊基乙酸酯、苯酚、四氟正丙醇、四氟異丙醇、四氫呋喃、甲苯、二甲苯和水。也可以使用醇類、酮類和酯類溶劑，但丙烯酸酯的溶解性在采用高分子量醇類時可能成為問題。鹵代溶劑(諸如二氯甲烷和氯仿)和烴類(諸如己烷和環(huán)己烷)也是合適的。優(yōu)選地，所用溶劑在將混合物涂覆到基材上之后蒸發(fā)。在本發(fā)明的方法中，可選地，混合物可以在涂覆到基材上之后被加熱或真空處理，以協(xié)助溶劑的蒸發(fā)。優(yōu)選地，溶劑的蒸發(fā)速率(其中乙酸丁酯等于100)為100至200，更優(yōu)選為110至 190。對于各種溶劑來說，蒸發(fā)速率的列表可以在“Elected evaporation rate and surface tension of solvents" P. C. Nicholas ed. , Industrial Solvents Handbook, 2nd Ed.，2003，Marcel Dekker 中找到。優(yōu)選地，使用溶劑以使涂料組合物在25°C下的表面張力低于40mN/m，更優(yōu)選低于 30mN/m。溶劑的表面張力優(yōu)選高于10mN/m。在更優(yōu)選的實施方式中，溶劑選自水、甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇、丁醇、異丁醇、 丙酮、甲基乙基甲酮、甲基異丁基甲酮、異氟樂酮、乙酸戊酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丁基乙二醇乙酸酯、丁基乙二醇、乙基乙二醇、2-硝基丙烷及其組合。最優(yōu)選的溶劑是水、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇及其組合。粘附促進(jìn)劑優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的組合物包含會提高涂層對基材粘附性的化合物。對于在玻璃上使用含有丙烯酸酯的涂層而言，這些化合物可以是例如硅烷丙烯酸酯化合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員對于所需基材能夠選擇適當(dāng)?shù)恼掣酱龠M(jìn)劑。附加添加劑在進(jìn)一步的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的組合物可以包含一種或多種物質(zhì)，它們在使用期間會擴散離開涂層。這樣的物質(zhì)可以用于潤滑、粘附目的，或者可以包含治療物質(zhì)。 這樣的物質(zhì)的實例例如但不限于，肝磷脂，維生素類，消炎試劑，抗菌功能物質(zhì)，諸如季銨離子，多肽序列，鹵素不穩(wěn)定物質(zhì)(halogen labile species)等，生物分子受體位點。在組合物已經(jīng)涂覆到基材上之后，后加工步驟可以包括通過可逆吸附添加可遷移物質(zhì)(例如藥物)；或者將生物活性物質(zhì)化學(xué)接枝到涂層中剩余的反應(yīng)性基團上。應(yīng)用本發(fā)明還涉及可通過本發(fā)明的涂布方法得到的膜或涂層。本發(fā)明還涉及全部或部分被可根據(jù)本發(fā)明得到的涂料組合物涂布的基材和制品。
涂層的應(yīng)用包括，具有抗生物結(jié)垢或抗血栓發(fā)生性質(zhì)的涂層、具有消炎性質(zhì)的涂層、抗菌涂層、防止生物膜形成的涂層、用于生物受體的涂層、用于生物傳感器的涂層、用于血液收集管和血液接觸裝置的防血涂層(haemo-i^pellent coating)、具有防霧性質(zhì)的涂層。還可以將涂層涂覆到物品上，從而增強水性溶液對物品的潤濕性。本發(fā)明的涂層可有利地用于生物樣品(例如血液)收集管、微滴定盤、微流體裝置、生物傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)瓶和碟、微型管、PCR管、分離過濾器、吸液管頭等。本發(fā)明的涂層還可用于醫(yī)療器械，諸如導(dǎo)管、植入物、支架等。對于本發(fā)明的涂層而言，優(yōu)選的應(yīng)用包括血液收集管(例如Vacutainers )和微滴定盤。本發(fā)明還涉及用于制備本發(fā)明的涂料組合物的方法，所述方法包括將親水性鏈化學(xué)接枝到顆粒上的步驟。采用這種方法，可以得到適于所有種類應(yīng)用的各種涂料組合物。通過如下實施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此。
實施例mPEG三甲氧基硅烷(mPEG-硅烷)的合成將50g(49. 3mmol)的聚乙二醇單甲基醚(mPEG) (Mw約1100)溶解在600ml的甲苯中，并且利用索氏抽提器(50°C /70mbar)將混合物在4入分子篩上干燥過夜。mPEG在甲苯中的濃度為約8. Owt. /vol. %0干燥后，將12. 9克(52. 2mmol ；1. 06eq)的三乙氧基(3_異氰酸根合丙基)硅烷(Isocyante)滴加到反應(yīng)混合物中。異氰酸酯的量相對于mPEG的羥基約6mol. %過量。異氰酸酯的添加在室溫下進(jìn)行。添加后，向攪動著的反應(yīng)中添加8滴 (+/-65mg) 二月桂酸二丁基錫(DBTDL)催化劑。將反應(yīng)混合物在氮氣氛下室溫下連續(xù)攪拌過夜。通過FT4R監(jiān)測該反應(yīng)，其中，在2270CHT1處的NCO拉伸頻率消失。反應(yīng)之后，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去約80%的甲苯，并將mPEG-硅烷緩慢沉淀到庚烷中，并用庚烷洗滌數(shù)次。將所得白色蠟狀物在50°C下真空烘箱中干燥過夜。通過1H-NMR和GPC核查產(chǎn)物。產(chǎn)率90_95%， 純度高于95%。實施例1 :PET血液收集管的涂層涂料組合物的制備懸浮在甲醇(MT-ST)中的硅石顆粒得自Nissan Chemical America Corporation, 其通過如下與丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(APTMS，ABCR Chemicals)和mPEG-硅烷(如上所述合成)的反應(yīng)進(jìn)行表面改性。在1升三口燒瓶中裝入30wt% MT-ST硅石顆粒溶液。添加自由基清除劑氫醌單甲基醚和引發(fā)劑1-羥基環(huán)己基苯基甲酮。將混合物加熱至70°C，并保持?jǐn)嚢?小時。將混合物冷卻至室溫。此后，將mPEG-硅烷分批次添加到混合物中，之后添加相對于mPEG-硅烷2摩爾當(dāng)量的溶劑。將混合物加熱至70°C，并保持?jǐn)嚢柽^夜(最少12小時)。反應(yīng)后，將混合物冷卻至室溫，并收集經(jīng)官能化的顆粒溶液。這種經(jīng)官能化的顆粒溶液被用作涂料組合物以涂布PET血液收集管。根據(jù)上述方法制備表1-3的涂料組合物A-M。涂料組合物中的固體重量百分比 (wt% ) % 7wt%0 根據(jù) J. Chem. Eng. Data，1995，40，611-614 確定涂料組合物的表面張力。
涂布過稈涂布之前，將被用作基材的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)管切成45mm長，以安放在玻璃測試瓶中。切割后，將所有管子用甲醇清潔，用水沖洗，并在真空烘箱中干燥。將PET 管固定在適當(dāng)位置，并添加涂料配制品。此后，用連接到真空干燥器的薄金屬管對該管子抽氣。利用真空泵將干燥器設(shè)定至600mbar，并為干燥器提供穩(wěn)定的抽氣源以對管子抽氣。在對涂料配制品抽氣后，保持抽吸另外10秒鐘以使管子完全被抽氣。涂覆后，將管子保持在大氣條件下5-10分鐘，然后用氮氣沖洗20-30秒，然后用UV光固化。該管子用2X5秒的 UV曝光來固化，該曝光量類似于約2X 1.0J cm—2。表1 用于制備涂料組合物的化合物，以重量百分比計，其中使用各種比例的甲醇 /水作為涂覆溶劑
權(quán)利要求
1.一種為基材提供抗生物結(jié)垢涂層的方法，所述方法包括a.獲得含有納米顆粒和溶劑的涂料組合物，所述納米顆粒被反應(yīng)性基團和親水性聚合物鏈接枝；b.將所述涂料組合物涂覆到所述基材上；和c.可選地固化所述涂料組合物，其中，所述涂料組合物在25°C下的表面張力低于 40mN/m。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述涂料組合物的表面張力低于30mN/m。
3.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述涂料組合物的表面張力高于IOmN/m0
4.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述涂料組合物中的固體重量百分率為 7wt%。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述反應(yīng)性基團選自丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、環(huán)氧、乙烯基醚類、烯丙基醚類、苯乙烯類或其組合。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述親水性聚合物鏈包含環(huán)氧乙烷、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、磷酸膽堿、(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯或糖類的單體單元。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述納米顆粒包括Si02。
8.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述涂料組合物包含紫外光引發(fā)劑。
9.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述涂料組合物包含溶劑，所述溶劑選自水、甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇、丁醇、異丁醇、丙醇、甲基乙基甲酮、甲基異丁基甲酮、異氟樂酮、乙酸戊酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丁基乙二醇乙酸酯、丁基乙二醇、乙基乙二醇、2-硝基丙烷及其組合。
10.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述涂料組合物通過旋涂、浸涂、噴涂、 流涂、彎月涂、毛細(xì)涂布和輥涂、抽氣涂布、或其適當(dāng)組合涂覆到所述基材上。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項得到的基材。
12.如權(quán)利要求10的基材，其中，所述基材選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚乙酸乙烯基酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、尼龍、硅酮橡膠、聚降冰片烯、玻璃、鈦、鋼及其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項涂布的模制件，其中，所述制件選自生物樣品(例如血液)收集管、微滴定盤、微流體裝置、生物傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)瓶和碟、微型管、PCR管、分離過濾器和吸液管頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種為基材提供抗生物結(jié)垢涂層的方法，所述方法包括a.獲得含有納米顆粒和溶劑的涂料組合物，所述納米顆粒被反應(yīng)性基團和親水性聚合物鏈接枝；b.將所述涂料組合物涂覆到所述基材上；和c.可選地固化所述涂料組合物，其中，所述涂料組合物在25℃下的表面張力低于40mN/m。
文檔編號C09D5/16GK102203195SQ200980143851
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者延斯·克里斯托·蒂斯, 邱軍, 里克 龍尼·伯納德斯·瑪麗亞·德 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司