CN102010514A - 含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，介绍了一种含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料表面抗菌处理方法及其制备装置。植入或者介入式医用高分子材料在临床应用时的最大问题就是细菌在表面的粘附，进而形成生物膜引起感染。通过水辅助法可在其表面加工形成含有纳米银/聚合物蜂巢结构的薄膜，用于实现纳米银抗菌和蜂巢结构抗细菌吸附双重抗菌的目的。该方法过程简单，设备要求不高，普适性强，是一种经济方便且高度可控的抗菌表面处理方法。

Description

含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法及装置

技术领域

本发明涉及一种含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料表面抗菌处理方法及其制备装置，通过水辅助法，在一定的温度和湿度下，实现纳米银/聚合物复合材料在医用高分子材料表面形成纳米银/聚合物蜂巢结构抗菌覆膜层。属于医疗器械技术领域。

 

背景技术

医用高分子材料在临床有着极其广泛的用途，其最主要的使用方面就是医用导管。随着新的诊断技术和治疗方法的发展，医用导管的应用日益广泛，然而并发症，特别是由于细菌吸附而引发的感染经常限制了导管的使用。这是一个最困难也是最普遍的问题。现在已知，细菌可在人体组织如牙齿、牙龈、皮肤、肺、尿道及其他器官的表面形成生物膜，引起诸如牙周病、龋齿、慢性支气管炎、败血病、血栓性静脉炎、难治性肺部感染和心内膜炎等疾病。生物膜的形成是医学感染的重要根源，据估计，大约65％的人类细菌性感染与细菌生物膜有关。因此，具有抗菌性的医用材料将可以有效减小细菌材料表面的吸附和生长，进而减少临床感染提高治愈率。

纳米银的抗菌性能在生物医学中最常为人们所认识和使用。银作为一种最常用的无机抗菌剂，具有高效、安全、抗菌谱广等优点，广泛应用于抗菌和防霉制品中。很早以前，人们就认识到白银有杀菌作用，用银餐具食物不易发酵变酸，银化合物可治疗烧伤包敷伤口等。现今，纳米银也以化妆品、食品包装、创伤敷料、洗涤剂等形式走入了人们的生活。由于量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积，具有常规抗菌剂无法比拟的抗菌效果，同时安全性高，效力持久。纳米银的抗菌性能远远大于传统的银系杀菌剂。

目前纳米银用于医用材料多采用表面修饰或者表面涂覆含有纳米银的抗菌剂的方法，缺点是抗菌成分的表面覆盖效率较低和较易被洗脱。也有研究把纳米银掺杂如高分材料的母料中，再挤出成型形成医用材料，如导管材料等。这种方法的缺点是，掺杂混合的方法很容易引起纳米银的团聚，进而失去其特殊的纳米尺度抗菌效应。同时这种方法的适用性不高，并且不具有独立性，对设备要求较高，同时还可能改变高分子材料的机械性能等。

本发明采用水辅助法在医用高分子材料表面制备纳米银/聚合物蜂巢结构膜，可以实现纳米银在导管表面的牢固负载，当纳米银和蜂巢结构两者结合，蜂巢结构可以达到在表面存储纳米银和银离子的作用，可以最大效率的降低细菌在导管表面的吸附，杀灭近表面的细菌，其效果和效用持久性均高于传统方法。水辅助制备方法可控性较高，可以通过控制合适的温度湿度以及聚合物的分子量和浓度等参数，实现表面孔洞结构的调控制备。同时该方法简单经济，对设备要求不高，适用性强，普通商业市售的高分子材料均可以用此方法进行表面抗菌处理。

发明内容：

技术问题：本发明目的在于提供一种含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料表面抗菌处理方法及其制备装置，通过水辅助法，在一定的温度和湿度下，可以在医用高分子材料表面形成纳米银/聚合物蜂巢结构抗菌覆膜层。

技术方案：  本发明的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法为：首先在医用高分子材料表面粘附纳米银聚合物复合溶液，然后采用水辅助法，使该溶液挥发形成含有纳米银并具有蜂巢结构的多孔膜层。

所述纳米银聚合物复合溶液中，纳米银均匀分散在聚合物溶液中，其含量按聚合物重量比为0.01%~10%，纳米银表面裸露，直接和聚合物材料接触，纳米银的粒径在10-100nm；该复合溶液的溶剂为四氢呋喃或者氯仿，聚合物在溶液中的质量体积比为1% ~10%，聚合物为聚乳酸、聚氨酯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。

所述的水辅助法具体步骤如下：

a.在潮湿的环境下，纳米银聚合物有机溶液迅速挥发，引起液面温度急剧下降，使得潮湿空气中的水分子凝结成水滴并悬浮在气-界面，

b.随着有机溶液的不断挥发，水滴也在慢慢生长变大，使纳米银颗粒吸附到液滴表面，

c.有机溶剂继续挥发，此时聚合物的浓度将会不断增大，水滴停止生长，

d.有机溶剂首先挥发完成，含有纳米银的聚合物膜形成，然后嵌在气-界面的液滴也蒸发掉，在聚合物膜表面留下蜂巢状的孔洞结构。

水辅助制备方法中，通过调节合适的温度20℃-40℃和湿度60%-99%、纳米银聚合物有机溶液中聚合物的质量体积比为0.5%-40%和分子量5000-300000，得到孔径范围在200 nm到20um的多孔结构。  

纳米银聚合物蜂巢结构覆膜黏附在医用高分子材料表面，纳米银颗粒特异性地镶嵌在蜂巢结构孔洞的内壁上或均匀分布于聚合物基质中。

含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法的装置结构如下：在耐腐蚀有机玻璃或者玻璃制成的反应箱外壳内，含有操作室和气室两部分，在两部分之间由进气口连接，操作室由前后4个进样窗和外界连通，样品由此放入操作室并进行成膜操作，进样窗下方有接水盘，用于储存并清理凝结的多余水分；操作室的上方悬挂一个陶瓷加热器，用于提供热源；操作室的侧边悬挂一个温度湿度探头，用于监测反应箱内的温度和湿度；在气室下方安装有加湿器，用以提供潮湿气源；在反应箱外，有一个温度湿度控制器，通过端口得到反应箱内温度湿度实时情况，进而通过控制连接在端口和端口的加热器和加湿器的电源通断，达到控制温度湿度的目的。

恒温恒湿反应装置控制湿度范围在50%-99%，温度范围10℃-60℃。

有益效果：本发明的优点在于：

1．通过本发明方法可以实现纳米银在医用高分子材料表面高效负载的同时又保持稳定不易脱落的性质。

2．该表面抗菌处理方法操作简单，设备要求不要，原料容易获得且经济廉价。

3．该表面抗菌处理方法可控性高，通过调控温度、湿度、聚合物浓度和种类以及分子量，可以得到不同尺寸的蜂巢结构表面。

4．纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜抗菌覆膜层成分安全，经过体外生物相容性实验证实不会对人体产生危害。

5．该表面处理方法不会改变医用导管的机械特性。具有普适性，在市售医用高分子材料的医疗器械的表面都可以实现。

附图说明

图1 用于水辅助法制备的恒温恒湿反应箱。

具体实施方式：

本发明所述的一种含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料表面抗菌处理方法及其制备装置，其特色和创新之处在于使用了经济简单，可控性高的水辅助法，实现纳米银/聚合物复合材料在医用高分子材料表面的抗菌性多孔膜覆膜。

本发明所述的一种含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料表面抗菌处理方法为：首先在医用高分子材料表面粘附纳米银/聚合物复合溶液，然后采用水辅助法，使该溶液挥发形成含有纳米银并具有蜂巢结构的多孔膜层。

该纳米银/聚合物复合溶液中，纳米银均匀分散在聚合物溶液中，其含量按聚合物重量比为0.01%~10%，纳米银表面裸露，直接和聚合物材料接触，纳米银的粒径在10-100nm。该复合溶液的溶剂为四氢呋喃或者氯仿，聚合物在溶液中的质量体积比为1%~10%，聚合物为可以溶解在这两种溶剂中的任意医用聚合物，如聚乳酸、聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

通过水辅助法制备，可以把该纳米银/聚合物复合溶液在高分子材料表面形成纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜层，具体步骤如下：

a.在潮湿的环境下，纳米银/聚合物有机溶液迅速挥发，引起液面温度急剧下降，使得潮湿空气中的水分子凝结成水滴并悬浮在气/液界面。

b.随着有机溶液的不断挥发，水滴也在慢慢生长变大，此时纳米银颗粒将会吸附到液滴表面。

c.有机溶剂继续挥发，此时聚合物的浓度将会不断增大，水滴讲会停止生长。

d.有机溶剂首先挥发完成，含有纳米银的聚合物膜形成，然后嵌在气/液界面的液滴也蒸发掉，将会在聚合物膜表面留下如蜂巢状的孔洞结构。

上述水辅助制备方法，可以通过调节合适的温度（温度范围20℃-40℃）和湿度（湿度范围60%-99%），以及纳米银/聚合物有机溶液中聚合物的质量体积比（0.5%-40%，）和分子量（5000-300000），将会得到孔径范围在200 nm到20um的多孔结构。  

通过水辅助法制备的纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜可以牢固黏附在医用高分子材料表面，纳米银颗粒特异性地镶嵌在蜂巢结构孔洞的内壁上，同时也均匀分布于聚合物基质中。

该装置结构如下：在耐腐蚀有机玻璃或者玻璃制成的反应箱外壳1内，含有操作室2和气室3两部分，在两部分之间由进气口4连接，操作室由前后4个进样窗5和外界连通，样品由此放入操作室并进行成膜操作，进样窗下方有接水盘6，用于储存并清理凝结的多余水分；操作室的上方悬挂一个陶瓷加热器7，用于提供热源；操作室的侧边悬挂一个温度湿度探头8，用于监测反应箱内的温度和湿度；在气室下方安装有加湿器9，用以提供潮湿气源；在反应箱外，有一个温度湿度控制器10，通过端口11得到反应箱内温度湿度实时情况，进而通过控制连接在端口12和端口13的加热器和加湿器的电源通断，达到控制温度湿度的目的。

恒温恒湿反应装置控制湿度范围在50%-99%，温度范围10℃-60℃。

实施例1：

    将医用聚氨酯母料1 g，溶解在50 ml四氢呋喃中。加入硝酸银0.1 g，在剧烈搅拌的情况下加入硼氢化钠乙醇溶液1 ml（0.001 g/m1），制成纳米银/聚合物复合溶液待用。

选取市售普通PVC导管，经过洗涤烘干，浸入该复合溶液中30秒，取出，在恒温恒湿反应器内，以90%的湿度, 25℃下自然挥发成膜，约5-10分钟，制得纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜抗菌导管，其涂层的厚度平均为50 μm，蜂巢结构的平均孔径约为5 μm，含银量为10%。

实施例2：

   将医用聚氨酯母料1 g，溶解在50 ml四氢呋喃中。加入硝酸银0.1 g，在剧烈搅拌的情况下加入硼氢化钠乙醇溶液1 ml（0.001 g/m1），制成纳米银/聚合物复合溶液待用。

选取市售普通聚氨酯导管，经过洗涤烘干，浸入该复合溶液中30秒，取出，在恒温恒湿反应器内，以60%的湿度，25℃下自然挥发成膜，约5-10分钟，制得纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜抗菌导管，其涂层的厚度平均为50 μm，蜂巢结构的平均孔径约为3 μm，含银量为10%。

实施例3：

   将医用聚氨酯母料1 g，溶解在50 ml四氢呋喃中。加入硝酸银0.1 g，在剧烈搅拌的情况下加入硼氢化钠乙醇溶液1 ml（0.001 g/m1），制成纳米银/聚合物复合溶液待用。

选取市售普通聚氨酯导管，经过洗涤烘干，浸入该复合溶液中30秒，取出，在恒温恒湿反应器内，以90%的湿度，40℃下自然挥发成膜，约5-10分钟，制得纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜抗菌导管，其涂层的厚度平均为50 μm，蜂巢结构的平均孔径约为3 μm，含银量为10%。

实施例4：

   将医用聚氯乙烯母料5 g，溶解在50 ml四氢呋喃中。加入硝酸银0.1 g，在剧烈搅拌的情况下加入硼氢化钠乙醇溶液1 ml（0.001 g/m1），制成纳米银/聚合物复合溶液待用。

选取市售普通PVC导管，经过洗涤烘干，浸入该复合溶液中30秒，取出，在恒温恒湿反应器内，以90%的湿度, 25℃下自然挥发成膜，约5-10分钟，制得纳米银/聚合物蜂巢结构覆膜抗菌导管，其涂层的厚度平均为50 μm，蜂巢结构的平均孔径约为3 μm，含银量为2%。

Claims (7)

1. 一种含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法，其特征在于首先在医用高分子材料表面粘附纳米银聚合物复合溶液，然后采用水辅助法，使该溶液挥发形成含有纳米银并具有蜂巢结构的多孔膜层。

2. 根据权利要求1所述的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法，其特征在于所述纳米银聚合物复合溶液中，纳米银均匀分散在聚合物溶液中，其含量按聚合物重量比为0.01%~10%，纳米银表面裸露，直接和聚合物材料接触，纳米银的粒径在10-100nm；该复合溶液的溶剂为四氢呋喃或者氯仿，聚合物在溶液中的质量体积比为1% ~10%，聚合物为聚乳酸、聚氨酯、聚氯乙烯或聚苯乙烯。

3. 根据权利要求1所述的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法，其特征在于所述的水辅助法具体步骤如下：

a. 在潮湿的环境下，纳米银聚合物有机溶液迅速挥发，引起液面温度急剧下降，使得潮湿空气中的水分子凝结成水滴并悬浮在气-界面，

b. 随着有机溶液的不断挥发，水滴也在慢慢生长变大，使纳米银颗粒吸附到液滴表面，

c. 有机溶剂继续挥发，此时聚合物的浓度将会不断增大，水滴停止生长，

d. 有机溶剂首先挥发完成，含有纳米银的聚合物膜形成，然后嵌在气-界面的液滴也蒸发掉，在聚合物膜表面留下蜂巢状的孔洞结构。

4. 根据权利要求3所述的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法，其特征在于水辅助制备方法中，通过调节合适的温度20℃-40℃和湿度60%-99%、纳米银聚合物有机溶液中聚合物的质量体积比为0.5%-40%和分子量5000-300000，得到孔径范围在200 nm到20um的多孔结构。

5. 根据权利要求3所述的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法，其特征在于纳米银聚合物蜂巢结构覆膜黏附在医用高分子材料表面，纳米银颗粒特异性地镶嵌在蜂巢结构孔洞的内壁上或均匀分布于聚合物基质中。

6.  一种用于权利要求1所述的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法的装置，其特征在于该装置结构如下：在耐腐蚀有机玻璃或者玻璃制成的反应箱外壳（1）内，含有操作室（2）和气室（3）两部分，在两部分之间由进气口（4）连接，操作室由前后4个进样窗（5）和外界连通，样品由此放入操作室并进行成膜操作，进样窗下方有接水盘（6），用于储存并清理凝结的多余水分；操作室的上方悬挂一个陶瓷加热器（7），用于提供热源；操作室的侧边悬挂一个温度湿度探头（8），用于监测反应箱内的温度和湿度；在气室下方安装有加湿器（9），用以提供潮湿气源；在反应箱外，有一个温度湿度控制器（10），通过端口（11）得到反应箱内温度湿度实时情况，进而通过控制连接在端口（12）和端口（13）的加热器和加湿器的电源通断，达到控制温度湿度的目的。

7.  权利要求6中所述的含有纳米银及多孔结构的医用高分子材料的制备方法的装置，其特征在于，恒温恒湿反应装置控制湿度范围在50%-99%，温度范围10℃-60℃。

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