一种防粘附功能涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，尤其是涉及一种防粘附功能涂层及其制备方法和应用。

背景技术

植入式医疗设备和体外血液循环设备挽救了许多人的生命，但是两者都会由于血液在其表面凝结，从而形成血栓危害人体健康和医疗效果，血栓形成和生物淤积在世界范围内造成了严重的发病率和死亡率。面对血栓形成和生物淤积，临床上通常使用肝素等可溶性抗凝药物，然而肝素会导致术后出血、血小板减少等二次伤害。

目前，主要通过以下几种方式制作疏水结构来达到防血液粘附功能。第一种是制作微纳结构表面来达到Cassie-Baxter状态的疏水功能，但这种微纳表面具有较差的机械性能，而且其中的微纳粒子容易脱落进入人体人体形成血栓，危害人体健康。第二种是采用接枝含氟有机物或者硅烷链段形成单分子层疏水化合物，但是接枝过程中所采用的交联剂、引发剂、溶剂等都是对人体具有毒害性的物质，导致这些疏水化合物涂层不具备良好的生物安全性，使得含有涂层的医疗器械无法应用在医疗领域。第三种是往多孔表面灌注光滑液体(SLIPS)，该方法可以在短期内制造出防粘附、抗血栓的涂层表面，但是液体容易流失，无法长久保持性能。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防粘附功能涂层及其制备方法和应用，该防粘附功能涂层基底粘附力强，既可以防止血液粘附形成血栓，还可以防止高粘性食品粘附。

本发明提供一种防粘附功能涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1：将氨基硅油和二甲基硅油混匀，制得硅油混合液；

S2：将硅油混合液滴加至明胶水溶液中，搅拌混合后进行交联反应，得到反应液；

S3：将反应液涂覆在基底上，固化，得到防粘附功能涂层。

本发明采用明胶等与水混合升温溶解、降温凝固的蛋白质材料为涂层主体，以氨基硅油作为疏水功能型链段，以二甲基硅油作为光滑液体灌注，采用一锅法的方式合成了疏水性的防粘附功能涂层。该涂层以天然高分子化合物明胶作为涂层主体，明胶是由胶原蛋白部分水解而得到的一类蛋白质，本身安全无毒性，可以应用在医疗产业和食品领域；同时，明胶作为亲水物质，可以在水中溶胀并加热溶解形成浅黄色透明明胶水溶液，由于明胶属于蛋白质大分子范畴，作为涂层主体与人体具有良好相容性，通过与水加温搅拌成溶液后冷却形成涂层，氨基硅油中的氨基可以与明胶大分子中的羧基反应生成酰胺，从而将具有疏水性的硅烷链段交联至明胶上，使涂层具有稳定的防血液粘附作用，此外通过二甲基硅油的灌注增强了涂层的疏水性能。

在本发明中，氨基硅油可以选用不同分子量以及不同类型的单氨基硅油；具体地，氨基硅油的类型为氨乙基硅油或氨丙基硅油等。本发明在明胶体系中引入了氨基硅油，由氨基酸提供的羧基基团可以和带有氨基基团的物质发生化学反应生成酰胺化学键，将硅烷链段交联到明胶大分子上，明胶和氨基硅油的硅油链段通过酰胺键交联，摒弃了传统有机交联剂和引发剂等有毒化学物质对涂层生物安全性的影响，良好地解决了硅油链段和亲水主体无毒结合的难题。

在本发明中，二甲基硅油可以使用不同粘度系数的二甲基硅油；具体地，二甲基硅油的粘度系数为20-300mpa·s。本发明向明胶体系中添加二甲基硅油，由于二甲基硅油和氨基硅油的硅油链段结构相似相溶的原理，二甲基硅油可以聚集在已被固定的氨基硅油链段附近，从而可以均匀地混合至明胶水溶液体系中；该体系解决了硅油和水密度不同、性质不同从而无法互溶的难题，并且开创性地采用水作为溶剂，实现了溶剂的无污染和无损耗，良好地解决了硅油和水不互溶的难题。

在步骤S1中，硅油混合液中氨基硅油和二甲基硅油的用量比例可以根据实际需要进行变化；具体地，氨基硅油与二甲基硅油的质量比可以为(0.2-0.5)：2。

在步骤S2中，将明胶与水搅拌混匀，制得明胶水溶液；明胶与水的用量比例可以根据实际需要进行变化；具体地，明胶与水的质量比可以为1：(3-10)；搅拌混匀时的温度为40-70℃，搅拌速度为140-300r/min。硅油混合液与明胶水溶液的质量比可以为1：(3-12)。此外，可以在搅拌条件下进行交联反应，搅拌速度为140-300r/min，交联反应时间为1-5h。

在步骤S3中，对基质不作严格限制，可根据实际需要选择适宜的基质，例如聚四氟乙烯膜具、玻璃片等。特别是，本发明的固化包括依次进行的冷冻、解冻和干燥，冷冻时间可以为2-6h。本发明通过简便的冷冻方式使体系中的水固化结冰，在冰层中明胶纤维能够通过毛细作用自发吸收其中未固化的二甲基硅油液体，形成均匀的疏水性物质，最后干燥水分获得防粘附功能涂层，该涂层具有基底粘附力强等显著优势，解决了涂层与基底的粘附难题。

本发明还提供一种防粘附功能涂层，按照上述制备方法制得。

本发明还提供上述防粘附功能涂层作为医用涂层或食品涂层的应用。

本发明采用一锅法快速制备疏水性的防粘附功能涂层，该涂层采用了明胶-氨基硅油-二甲基硅油为原料，合成具有防血液粘附和良好生物安全性的医用涂层，该体系中的原料易得且便宜，能够大量生产，其中明胶本身对人体基本无害，并且可以在水溶液中升温溶解之后降温形成涂层网络，氨基硅油中的氨基能够和明胶上的羧基进行反应，二甲基硅油和氨基硅油链段具有疏水性并且对人体无害，最终制得的涂层能够安全运用在医用器械上，作为一种理想的涂层防止血液粘附形成血栓；此外，由于该涂层具有极强的生物安全性，可以扩展应用在食品瓶内涂层，防止粘性较高的酸奶和番茄酱等食品粘附，从而降低食品损耗，提高资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为血液在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图2为血液在实施例1涂层表面的凝结脱落图；其中，a：脱落前，b：脱落后；

图3为水、血液和食用油在实施例1涂层上的接触角；其中，a：水，b：血液，c：食用油；

图4为实施例1涂层与不同基底的剪切强度图；

图5为牛奶在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图6为可乐在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图7为酸奶在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图8为番茄酱在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图9为蜂蜜在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图10为蚝油在实施例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图11为血液在对照例1涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图12为血液在对照例1涂层表面的凝结脱落图；其中，a：脱落前，b：脱落后；

图13为血液在对照例2涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后；

图14为血液在对照例1涂层表面的凝结脱落图；其中，a：脱落前，b：脱落后；

图15为血液在对照例3涂层表面的滑落图；其中，a：滑落前，b：滑落后。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

各实施例的原料如下：

氨基硅油：采用氨丙基硅油，Mn＝42773，Mw＝95662，购自麦克林；

二甲基硅油：粘度为20mPa.s。

实施例1

本实施例的防粘附功能涂层的制备方法，步骤如下：

S1：制备明胶水溶液和硅油混合液

取3g的明胶和20mL的水加入100mL的双颈烧瓶中，在45℃油浴锅中以150r/min的搅拌速度搅拌溶解，制得明胶水溶液。

取0.5g的氨基硅油和2g的二甲基硅油加入玻璃瓶中，置于磁力搅拌器上搅拌5min，得到分散均匀的硅油混合液。

S2：反应

用胶头滴管吸取硅油混合液加入双颈烧瓶中的明胶水溶液中，在150r/min条件下搅拌10min，使硅油混合液完全分散在明胶水溶液中，随后在150r/min条件下交联反应4h，制得反应液。

S3：制备涂层

将反应液涂覆在玻璃片上，反应液在室温下凝固，随后快速放置在冰箱冷冻层冷冻3h；冷冻后取出产物，在室温下解冻并干燥，制得防粘附功能涂层。

实施例2

本实施例的防粘附功能涂层的制备方法，步骤如下：

S1：制备明胶水溶液和硅油混合液

取3g的明胶和15mL的水加入100mL的双颈烧瓶中，在50℃油浴锅中以160r/min的搅拌速度搅拌溶解，制得明胶水溶液。

取0.2g的氨基硅油和2g的二甲基硅油加入玻璃瓶中，置于磁力搅拌器上搅拌5min，得到分散均匀的硅油混合液。

S2：反应

用胶头滴管吸取硅油混合液加入双颈烧瓶中的明胶水溶液中，在160r/min条件下搅拌10min，使硅油混合液完全分散在明胶水溶液中，随后在160r/min条件下交联反应3h，制得反应液。

S3：制备涂层

将反应液涂覆在玻璃片上，反应液在室温下凝固，随后快速放置在冰箱冷冻层冷冻2h；冷冻后取出产物，在室温下解冻并干燥，制得防粘附功能涂层。

实施例3

本实施例的防粘附功能涂层的制备方法，步骤如下：

S1：制备明胶水溶液和硅油混合液

取3g的明胶和30mL的水加入100mL的双颈烧瓶中，在555℃油浴锅中以140r/min的搅拌速度搅拌溶解，制得明胶水溶液。

取0.3g的氨基硅油和2g的二甲基硅油加入玻璃瓶中，置于磁力搅拌器上搅拌5min，得到分散均匀的硅油混合液。

S2：反应

用胶头滴管吸取硅油混合液加入双颈烧瓶中的明胶水溶液中，在140r/min条件下搅拌10min，使硅油混合液完全分散在明胶水溶液中，随后在140r/min条件下交联反应5h，制得反应液。

S3：制备涂层

将反应液涂覆在玻璃片上，反应液在室温下凝固，随后快速放置在冰箱冷冻层冷冻4h；冷冻后取出产物，在室温下解冻并干燥，制得防粘附功能涂层。

对照例1

除采用乙烯基硅油替换实施例1的氨基硅油之外，其余与实施例1基本相同。

对照例2

除采用氟醚替换实施例1的二甲基硅油之外，其余与实施例1基本相同。

对照例3

除采用羧甲基壳聚糖替换实施例1的明胶之外，其余与实施例1基本相同。

试验例1

将血液滴加在实施例1的涂层上，血液在涂层表面的滑落图见图1(滑落时间30s)；由图1可见，血液能够在该涂层上干净完全地滑落，并且不粘附涂层。

对实施例1的涂层进行血痂剥离测试，血液在实施例1的涂层表面的凝结脱落图见图2；由图2可见，血痂能够在涂层上完全剥离，说明该涂层的抗血液粘附效果很好。

水、血液和食用油在涂层上的接触角见图3；由图3可见，该涂层具有良好的疏水性。

实施例1的涂层与不同基底的剪切强度图见图4；由图4可见，该涂层与各基底具有强粘附性，不会轻易脱落。

图1-图4表明：实施例1的涂层能够安全运用在医用器械上，作为一种理想的医用涂层防止血液粘附形成血栓。

试验例2

分别将牛奶、可乐、酸奶、番茄酱、蜂蜜、蚝油滴加在实施例1的涂层上，其各自的滑落图分别见图5-图10。

图5-图10表明：实施例1的涂层能够防止牛奶、可乐、酸奶、番茄酱、蜂蜜、蚝油等食品粘附，从而可以扩展应用在食品瓶内涂层，防止粘性较高的食品粘附，降低了食品损耗，提高了资源利用率。

试验例3

将血液分别滴加在对照例1-3的涂层上，血液在各涂层表面的滑落图(滑落时间30s)和凝结脱落图分别见图11-图15。

图11、图12表明：对照例1的涂层采用乙烯基硅油相比氨基硅油，由于乙烯基团不与明胶反应，不能接枝在明胶链段上，残留的乙烯基团对人体有害；同时，由于乙烯基硅油和二甲基硅油都不能被固定在明胶分子链上，容易丧失性能。因此，对照例1的涂层性能不足以使血液滑落(图11)；同时，并且血痂会黏附在对照例1的涂层表面，不能夹起剥离(图12)。

图13、图14表明：对照例2的涂层采用氟醚作为防黏附涂层，氟醚虽然是一种常用的光滑液体，但相比二甲基硅油，对人体具有一定生物危害性，不适宜作医用涂层材料和食品应用，而且氟醚没有硅烷链段，无法聚集在反应的氨基硅油链段附近，容易挥发丧失性能。因此，对照例2的涂层性能不足以使血液滑落(图13)；同时，血痂会黏附在涂层表面，不能夹起剥离(图14)。

图15表明：对照例3的涂层在升温溶解、降低凝固这方面没有明胶快速，需要消耗更多的时间；进行血液滑落测试发现，血液会在对照例3的涂层上黏附(图15)。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。