一种抗菌润滑水凝胶涂层及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及高分子表面改性技术领域，尤其涉及一种抗菌润滑水凝胶涂层及其制备方法和应用。

背景技术

侵入性医疗器械在现代医疗实践中的地位愈发凸显，是因为其可以改善治疗效果以及挽救生命。目前大部分侵入性医疗器械采用高分子材料制备，比如医用导管，材质通常为聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、聚氨酯(Polyurethane，PU)、硅橡胶等。这些高分子材料表面的物理性能以及化学性质对侵入式医用器械至关重要。导管作为最常用的医疗器械之一，在实际使用过程中存在感染的风险。同时，这些材料表面通常为疏水性，当与组织发生摩擦时容易造成组织损伤，进而引发炎症，导致置管并发症的发生。

为降低置管并发症的发生，侵入式医疗器械表面需要具有亲水润滑特性。目前，表面亲水涂层的构筑方法主要有物理吸附和化学接枝。物理吸附方法简单且易于实施，但存在涂层不稳定容易从医用器械表面脱落的问题；而化学接枝通过与表面形成共价键将涂层稳定的锚定于医疗器械表面，但通常制备工艺较复杂，且制备的涂层性能较为单一，面对复杂的体内环境无法应对。相关技术提供了一种亲水润滑涂层，通过光固化在导管表面附着一层树脂涂层，此层涂层溶液含有聚酯、活性稀释剂、光引发剂、润湿剂，经过长时间搅拌与避光保存得到；再采用交联大分子添加表面活性剂与光引发剂，在其表面形成亲水润滑层。制备过程分步进行，且添加多种与所需性能无关的成分，所制备的涂层性能单一，面对复杂的体内环境无法应对。

因此，一种制备步骤简单且牢固键接于多种医疗基材表面，达到多功能改性以降低介入术后并发症的发生成为了亟需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种抗菌润滑水凝胶涂层及其制备方法和应用，该抗菌润滑水凝胶涂层可以降低材料表面的水接触角，提高材料表面的润滑性，同时具备较高的生物相容性以及稳定性，并赋予了材料表面优异的抗菌性能。

为了实现上述目的，本申请实施例的技术方案是：

本申请的第一方面提供一种抗菌润滑水凝胶涂层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

使基材浸于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理，得到吸收疏水性光引发剂的基材；

使壳聚糖溶于醋酸水溶液中，形成第一混合液；

使水凝胶单体、抗菌剂、引发剂和交联剂共溶于水中，形成第二混合液；

使所述第一混合液和所述第二混合液混匀后，形成第三混合液；

使所述吸收疏水性光引发剂的基材置于所述第三混合液中进行光照反应，得到抗菌润滑水凝胶涂层。

结合第一方面优选地，所述疏水性光引发剂包括二苯甲酮、2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环已基苯基甲酮、安息香双甲醚中的至少一种。

结合第一方面优选地，所述使基材浸于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理时，所述醇溶液与所述疏水性光引发剂的质量比为20：1-3。

结合第一方面优选地，所述第一混合液包括如下质量百分含量的组分：所述壳聚糖0.2％-2％、所述醋酸1.4％-2.8％，余量为水。

结合第一方面优选地，所述第二混合液包括如下质量百分含量的组分：所述水凝胶单体10％-20％、所述抗菌剂0.1％-2％、所述引发剂0.15％-0.5％、所述交联剂0.1％-1％、余量为水。

结合第一方面优选地，所述水凝胶单体包括丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种；和/或，所述抗菌剂包括含有Fe

结合第一方面优选地，所述使所述第一混合液和所述第二混合液混匀时，所述第一混合液与所述第二混合液的质量比为1：1-5。

结合第一方面优选地，所述使所述吸收疏水性光引发剂的基材置于所述第三混合液中进行光照反应时，采用紫外光进行光照反应，所述紫外光的波长为200-400nm，光照时长为5-90min。

本申请的第二方面提供第一方面所述方法制备的抗菌润滑水凝胶涂层。

本申请的第三方面提供一种第二方面所述抗菌润滑水凝胶涂层用于制备抗菌润滑高分子材料的应用。

与现有技术相比，本申请实施例的优点或者有益效果至少包括：

本申请制备方法简单且易于操作；采用共价接枝能够将抗菌润滑高分子锚定到任意形状的高分子材料表面，实现共形修饰；避免了高温反应产生的基材变形；并赋予基材良好的生物相容性、亲水性、摩擦性能以及抗菌性能功能，有效地降低介入术后并发症的发生。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是实施例24制备的医用导管表面抗菌润滑水凝胶涂层荧光染色图及其截面的扫描电镜图；

图2是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在不同基材下接触角的数据示意图；

图3是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在聚氯乙烯(PVC)基材上的摩擦系数的数据示意图；

图4是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在聚氨酯(PU)基材上的摩擦系数的数据示意图；

图5是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在硅橡胶(SR)基材上的摩擦系数的数据示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。除非另有定义，本申请实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请实施例所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

在本实施例以下描述中，术语“包括”、“包含”、“具有”和“含有”等均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

需要说明的是，本申请实施例中的所有原料/试剂均可在市场上购买或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备获得；本申请实施例中的术语“和/或”仅用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B表示单独存在A、单独存在B、同时存在A和B的三种情况，其中，A、B可以为单数或复数，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实施例以下描述中，术语“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。

本领域技术人员应当理解，在本申请实施例以下描述中，序号的先后并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本领域技术人员应当理解，在本申请实施例中的数值范围应理解为还具体公开该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值和陈述范围内的中间值以及其他任何陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本申请内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的技术/科学术语具有本申请所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本申请仅描述优选的方法和材料，但在本申请的实施例或测试例中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通常引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本申请书的内容为准。

相关技术中提供一种亲水润滑涂层，通过光固化在导管表面附着一层树脂涂层，此层涂层溶液含有聚酯、活性稀释剂、光引发剂、润湿剂，经过长时间搅拌与避光保存得到；再采用交联大分子添加表面活性剂与光引发剂，在其表面形成亲水润滑层。制备过程分步进行，且添加多种与所需性能无关的成分，所制备的涂层性能单一。

相关技术中还公开了一种具有抗菌润滑功能的生物医用涂层材料及其制备方法，该方法包括氧化基材并于硅烷偶联剂反应得到中间产物1，再将其放入通明质酸钠溶液中加入偶联剂反应得到中间产物2，最后再将产物2加入透明有机硅季铵盐聚乙烯醇交联溶液中经过一系列操作得到目标产品。产品同时具有润滑性与抗菌性，也降低了材料表面的细胞毒性。

第一方面，本申请实施例提供一种抗菌润滑水凝胶涂层的制备方法。本申请实施例制备方法包括：

使基材浸于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理，得到吸收疏水性光引发剂的基材；

使壳聚糖溶于醋酸水溶液中，形成第一混合液；

使水凝胶单体、抗菌剂、引发剂和交联剂共溶于水中，形成第二混合液；

使所述第一混合液和所述第二混合液混匀后，形成第三混合液；

使所述吸收疏水性光引发剂的基材置于所述第三混合液中进行光照反应，得到抗菌润滑水凝胶涂层。

本申请制备方法简单且易于操作；采用共价接枝能够将抗菌润滑高分子锚定到任意形状的高分子材料表面，实现共形修饰；避免了高温反应产生的基材变形；并赋予基材良好的生物相容性、亲水性、摩擦性能以及抗菌性能功能，有效降低介入术后并发症的发生。

具体实施例中，本申请实施例的疏水性光引发剂优选为二苯甲酮、2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环已基苯基甲酮、安息香双甲醚中的一种。

具体实施例中，本申请实施例的使基材浸于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理时，醇溶液与疏水性光引发剂的质量比优选为20：1-3。

具体实施例中，本申请实施例的第一混合液的质量百分含量组分优选为壳聚糖0.2％-2％、醋酸1.4％-2.8％、余量为水。

具体实施例中，本申请实施例的第二混合液的质量百分含量的组分优选为水凝胶单体10％-20％、抗菌剂0.1％-2％、引发剂0.15％-0.5％、交联剂0.1％-1％、余量为水。

具体实施例中，本申请实施例的水凝胶单体优选为丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种；和/或，抗菌剂优选为含有Fe

具体实施例中，本申请实施例的第一混合液与第二混合液的质量比优选为1：1-5。

具体实施例中，本申请实施例的进行光照反应时，采用紫外光进行光照反应，紫外光的波长优选为200-400nm，光照时长优选为5-90min。

第二方面，本申请实施例提供第一方面所述方法制备的抗菌润滑水凝胶涂层。其中，基于上文所述方法能够使得抗菌润滑水凝胶涂层能够避免高温反应所导致的基材形变，同时，也赋予了基材良好的生物相容性、亲水性、摩擦性能以及抗菌性能，有效地提高了抗菌润滑高分子材料的临床安全性。

第三方面，本申请实施例提供第二方面所述抗菌润滑水凝胶涂层用于制备抗菌润滑高分子材料中的应用。

下面将结合具体实施例对本申请的技术方案作进一步地阐述。

为了验证涂层与基材之间的稳固键合对涂层剥离强度的影响，即为了使涂层能够满足实际应用场景，本申请提供实施例1-18以及对比例1(即空白基材)。

实施例1-18

本实施例1-18提供一种润滑水凝胶涂层FHGCM-1-18的制备方法，具体步骤如下：

(1)使基材浸于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理，得到吸收疏水性光引发剂的基材：

将基材的表面用水和无水乙醇冲洗后，泡入疏水性光引发剂和乙醇的混合溶液中，室温浸泡5min，取出基材干燥，得到吸收疏水性光引发剂的基材。

(2)使壳聚糖溶于醋酸水溶液中，形成第一混合液：

将2％组分的壳聚糖和2％组分的醋酸加入去离子水中进行溶解，得到第一混合液。

(3)使水凝胶单体、引发剂和交联剂共溶于水中，形成第二混合液：

将水凝胶单体、引发剂和交联剂加入去离子水中进行溶解，得到第二混合液。

(4)使所述第一混合液和所述第二混合液混匀后，形成第三混合液：

将第一混合液和第二混合液混合均匀后，得到第三混合液。

(5)使所述吸收疏水性光引发剂的基材置于所述第三混合液中进行光照反应，得到润滑水凝胶涂层：

将吸收疏水性光引发剂的基材泡入第三混合液中，置于365nm波长的紫外光下，照射一段时间后，取出浸泡后的基材剥去表面水凝胶，置于干燥设备中干燥12h，得到润滑水凝胶涂层，记为FHGCM-1-18。

需要说明的是，上述实施例1-18的制备方法中未添加抗菌剂。

为了便于说明，本申请提供了实施例1-18制备润滑水凝胶涂层的工艺条件及其对应剥离强度汇总表以及对比例1，如表1所示。

表1实施例1-18制备的润滑水凝胶涂层的工艺条件汇总表及其对应剥离强度以及对比例1

从表1中可知，润滑水凝胶涂层与基材进行稳固键合后能满足润滑水凝胶涂层的实际应用场景，从本申请设计的正交试验组，即实施例1-18制备的润滑水凝胶涂层及其对应的剥离强度中，选定以下优选制备条件进行后续实施例19-32以及对比例2-3的制备。其中，实施例19-32以及对比例2-3的制备条件优选为：疏水性光引发剂为二苯甲酮，且二苯甲酮与醇溶液的溶液比为2：20，第二混合液中引发剂浓度优选为0.15％，交联剂浓度优选为0.55％，单体优选为20％的丙烯酸，光照时间优选为15min。

为了验证抗菌剂的种类和含量对水凝胶涂层的抗菌性能的影响，本申请提供实施例19-34以及对比例2-3。

实施例19-34

本实施例19-34提供一种抗菌润滑水凝胶涂层FHGCM-19-34的制备方法，具体步骤如下：

(1)使基材浸于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理，得到吸收疏水性光引发剂的基材：

将基材的表面用水和无水乙醇冲洗后，泡入溶液比为2：20的二苯甲酮和乙醇的混合溶液中，室温浸泡5min，取出基材干燥，得到吸收二苯甲酮的基材。

(2)使壳聚糖溶于醋酸水溶液中，形成第一混合液：

将2％组分的壳聚糖和2％组分的醋酸加入去离子水中进行溶解，得到第一混合液。

(3)使水凝胶单体、抗菌剂、引发剂和交联剂共溶于水中，形成第二混合液：

将20％组分的丙烯酸单体、抗菌剂、0.15％组分的引发剂和0.55％组分的交联剂加入去离子水中进行溶解，得到第二混合液。

(4)使所述第一混合液和所述第二混合液混匀后，形成第三混合液：

将第一混合液和第二混合液混合均匀后，得到第三混合液。

(5)使所述吸收疏水性光引发剂的基材置于所述第三混合液中进行光照反应，得到抗菌润滑水凝胶涂层：

将吸收疏水性光引发剂的基材泡入第三混合液中，置于365nm波长的紫外光下，照射15min后，取出浸泡后的基材剥去表面水凝胶，置于干燥设备中干燥12h，得到抗菌润滑水凝胶涂层，记为FHGCM-19-34。

需要说明的是，对比例2和3制备的抗菌润滑水凝胶涂层记为FHGCM-35-37。

为了便于说明，基于上述实施例1的制备方法以及上述优选制备条件，本申请提供了实施例19-34、对比例2-3制备抗菌润滑水凝胶涂层的工艺条件及其对应剥离强度汇总表，如表2所示。

表2实施例19-34、对比例2-3制备的抗菌润滑水凝胶涂层的工艺条件汇总表及其对应抗菌性、生物相容性和摩擦系数

从表2中可知，实施例19-34中抗菌剂的抗菌性能Ag

另外，从实施例19-34与对比例1摩擦系数的对比中，可以说明本申请提供的涂层方法能够显著降低基材的摩擦系数，并赋予基材较好的润滑性。从实施例19-34与对比例2抗菌性的对比中，可以证明抗菌剂的引入能够显著提高基材的抗菌性能，同时保证了基材的生物相容性。

从上述表2中可知，实施例24制备的FHGCM24的抗菌性为87.85％，对比例3制备的FHGCM37的抗菌性为67.12％，且对比例3制备的FHGCM37并没有添加壳聚糖和醋酸溶液，也就是说，实施例24和对比例3的抗菌性差异能够证明壳聚糖以及醋酸溶液的引入，在一定程度上提高了抗菌剂的抗菌性能。

为了便于表征抗菌润滑水凝胶涂层的性能，本申请提供实施例24的制备过程。

实施例24，具体步骤如下：

(1)使基材浸泡于含有疏水性光引发剂的醇溶液中进行处理，得到吸收疏水性光引发剂的基材：

将基材的表面用水和无水乙醇冲洗后，泡入溶液比为2：20的二苯甲酮醇溶液中，室温浸泡5min，取出基材干燥，得到吸收二苯甲酮的基材。

(2)使壳聚糖溶液醋酸水溶液中，形成第一混合液：

将0.2％组分的壳聚糖和2.8％组分的醋酸加入去离子水中进行溶解，得到第一混合液。

(3)使水凝胶单体、抗菌剂、引发剂和交联剂共溶于水中，形成第二混合液：

将20％组分的丙烯酸单体、1.05％组分的Zn

(4)使所述第一混合液和所述第二混合液混匀后，形成第三混合液：

将质量比为1：3的第一混合液和第二混合液混合均匀后，得到第三混合液。

(5)使所述吸收疏水性光引发剂的基材置于所述第三混合液中进行光照反应，得到抗菌润滑水凝胶涂层：

将吸收二苯甲酮的基材泡入第三混合液中，置于365nm波长的紫外光下，照射15min后，取出浸泡后的基材剥去表面水凝胶，置于干燥设备中干燥12h，得到抗菌润滑水凝胶涂层，记为FHGCM-24。

图1是实施例24制备的导管表面抗菌润滑水凝胶涂层荧光染色图及其截面的扫描电镜图，如图1所示，导管表面涂层稳定分布，水凝胶涂层薄且均匀。

对于上述抗菌润滑水凝胶涂层FHGCM-24以及空白对照组的亲水性，根据GB/T30447测试方法，对负载FHGCM1的不同基材的接触角进行测试，测试结果如图2所示，图2为实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在不同基材下接触角的数据示意图。

从图2中可知，实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层的亲水性明显优于对比例1-3。

为了验证抗菌润滑水凝胶涂层的润滑性与耐久性，将不同基材的实施例1固定在水槽中，采用钢珠作为另一摩擦副，以一定的力进行摩擦，6min后得到样品表面的摩擦系数，测试结果如图3所示，图3是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在聚氯乙烯(PVC)基材上的摩擦系数的数据示意图，其中，PVC为对比例1，即空白基材，PVC-C为基材为PVC的实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层。

图3为聚氯乙烯基材表面实施例24与对比例1在水环境下的摩擦系数(cof)曲线图。从图3可知，对比例1的平均摩擦系数cof＝0.320，实施例24的平均摩擦系数cof＝0.047，这说明在PVC基材下实施例24制备的涂层的摩擦系数有了大幅度的下降，即涂层具有良好的润滑性。

图4是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在聚氨酯(PU)基材上的摩擦系数的数据示意图，其中，PU为对比例1，即空白基材，PU-C为基材为PU的实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层。

图4为聚氨酯基材表面实施例24与对比例1在水环境下的摩擦系数(cof)曲线图。从图4可知，对比例1的平均摩擦系数cof＝0.127，实施例24的平均摩擦系数cof＝0.026，这说明在PU基材下实施例24制备的涂层的摩擦系数有了大幅度的下降，即涂层具有良好的润滑性。

图5是实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层在硅橡胶(SR)基材上的摩擦系数的数据示意图，其中，SR为对比例1，即空白基材，SR-C为基材为SR的实施例24制备的抗菌润滑水凝胶涂层。

图5为硅橡胶基材表面实施例24与对比例1在水环境下的摩擦系数(cof)曲线图。从图5可知，对比例1的平均摩擦系数cof＝0.345，实施例24的平均摩擦系数cof＝0.007，这说明在SR基材下实施例24制备的涂层的摩擦系数有了大幅度的下降，即涂层具有良好的润滑性。

从上述图3-5可知，通过不同基材表面摩擦系数的降低，可以证明涂层对于不同高分子基底均具有良好的润滑改性能力。同时，涂层摩擦系数的曲线较为平滑，证明涂层具有良好的耐磨性。

综上，本申请实施例制备的抗菌润滑水凝胶涂层赋予了基材良好的生物相容性、亲水性、摩擦性能以及抗菌性能，这些性能的提高也保障了抗菌润滑高分子材料的临床安全性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。