CN112280088B - 一种长效抗菌硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种长效抗菌硅橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长效抗菌硅橡胶及其制备方法，所述硅橡胶表面键合有致密的交联网状聚咪唑层，所述交联网状聚咪唑层的厚度为1‑30μm。本发明所提供的长效抗菌硅橡胶及其制备方法解决了现有抗菌硅橡胶在生理环境下难以兼顾生物相容性和长效抗菌性的问题，具有较好的应用前景。

Description

一种长效抗菌硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用硅橡胶材料领域，尤其是涉及一种长效抗菌硅橡胶及其制备方法。
背景技术
硅橡胶具有优异的生物安全性和化学惰性，现已广泛应用在植入或者介入治疗的医疗器械中，如导尿管、引流管、呼吸导管、宫颈封堵器、伤口敷料等领域。然而，作为外源性人工材料，硅橡胶植入/介入时表面易发生细菌粘附和增殖现象，且随植入时间的增长，也越易发生细菌黏附和感染，甚至表面形成生物膜，最终需更换植入材料，给医护工作者和患者造成巨大的负担。据统计，每年因使用硅橡胶而引起的细菌感染占院内感染总数的40％，且硅橡胶的细菌感染率还在逐年增加。因此，赋予硅橡胶表面抗菌性能至关重要，尤其是对于需长期植入或留置体内的硅橡胶材料，不仅需要其表面具有抗菌性能，更需要其表面具有优异的长效抗菌性能。
目前研究和开发抗菌硅橡胶主要有以下两种方式：
1)表面添加抗生素或抗菌大分子：将抗生素或者有机抗菌剂通过本体添加或者表面涂覆的方式与硅橡胶结合。如中国专利CN 201558397U“载缓释阿米卡星硅橡胶”中，将载有阿米卡星的聚乳酸-聚羟基乙酸涂覆到硅橡胶表面，通过缓释阿米卡星来获得抗菌效果。然而，抗生素与硅橡胶基底结合力弱，无法缓释，导致植入初期抗生素“暴释”，后期抗菌性能大幅下降，不能长效抗菌，且大量使用抗生素的会导致细菌产生耐药性，导致抗生素失效。如CN 104712815A通过硅烷偶联剂活化硅橡胶后，将纤维素、壳聚糖、硫酸软骨素、抗菌聚氨基酸或多肽接枝到硅橡胶表面，获得表面含有机大分子刷的抗菌硅橡胶。但由于上述有机大分子在硅胶表面以分子刷的形式存在，且分子间无化学键键合，更重要的是上述有机大分子在生理环境下及易降解，如聚赖氨酸、聚谷氨酸等在生理条件下，胰蛋白酶作用下快速降解(The Biochemical journal 1964,91(3),431-6.)，降解后无法保证长效抗菌。
2)本体或表面添加抗菌金属离子或纳米粒子：将无机载银、铜或锌类抗菌剂与硅橡胶复合，通过释放抗菌金属离子(Ag+、Cu2+或Zn2+)或者其纳米粒子与硅橡胶表面细菌作用而实现抗菌。如中国专利CN 105238057A将抗菌金属离子与白炭黑负载后再与硅胶基体复合制备抗菌硅橡胶。如中国专利申请CN2778285Y“抗菌硅橡胶”中，将纳米银包覆在硅橡胶表层，制备抗菌硅橡胶。然而，抗菌金属离子或者纳米颗粒的不断析出和累积，破坏周围组织的微环境平衡，干扰周围细胞的正常生长，产生细胞毒性，生物相容性差。鉴于此，监管机构曾多次发布公告(如国食药监械2006年第146号公告、食药监办械2012年第105号公告、食药监总局2015年第225号公告等)规范纳米银及银离子在医疗器械中的应用。
由此可见，现有的技术方案均无法兼顾材料的长效抗菌性能和生物相容性，无法满足硅橡胶长期植入时所需的抗菌性能。。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种长效抗菌硅橡胶。本发明所提供的抗菌硅橡胶及其制备方法解决了现有抗菌硅橡胶难以兼顾生物相容性和长效抗菌性的问题，具有较好的应用前景。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种如上所述长效抗菌硅橡胶的制备方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种长效抗菌硅橡胶，所述硅橡胶表面键合有致密的交联网状聚咪唑层，所述交联网状聚咪唑层的厚度为1-30μm。
优选地，所述聚咪唑为乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐与多元乙烯基或烯丙基化合物的交联共聚物，所述乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐具有如下结构：
乙烯基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000021
烯丙基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000022
其中，式中R为以下所示结构中的任意一种：
CH3、CH2CH3、CH2(CH2)2CH3、CH2(CH2)4CH3、CH2(CH2)6CH3；
X-为以下所示结构中的任意一种：
Cl-Br-BF4 -NO3 -PF6 -CH3SO4 -。
优选地，所述多元乙烯基或烯丙基化合物为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、1,6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。
为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5％-20％乙烯基硅烷类偶联剂或甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂中的一种或多种复合的醇溶液中反应2-24小时(反应温度为30-60℃，3cm2硅橡胶加1mL反应溶液)，反应结束后超声洗涤，获得改性硅橡胶；
S2、配置含咪唑盐、引发剂和多元乙烯基或烯丙基化合物的混合水溶液，咪唑盐在混合水溶液中的浓度0.2-2g/mL，引发剂的质量为咪唑盐质量的0.01％-2％，多元乙烯基或烯丙基化合物为咪唑盐摩尔分数的1％-10％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的混合水溶液中，并在一定的引发条件下反应0.5-12小时；反应结束后取出硅橡胶，常规后处理，获得长效抗菌硅橡胶。
优选地，步骤S1中，步骤S1中，所述乙烯基硅烷类偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
优选地，S2中所述咪唑盐为乙烯基咪唑盐、烯丙基咪唑盐中的一种或两种；所述乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐的结构如下所示：
乙烯基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000031
烯丙基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000032
其中，式中R为以下所示结构中的任意一种：
CH3、CH2CH3、CH2(CH2)2CH3、CH2(CH2)4CH3、CH2(CH2)6CH3；
X-为以下所示结构中的任意一种：
Cl-Br-BF4 -NO3 -PF6 -CH3SO4 -。
优选地，步骤S2中，所述多元乙烯基或烯丙基化合物为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、1,6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。
更优选地，所述聚乙二醇二丙烯酸酯中聚乙二醇链段的分子量为100-1000。
优选地，步骤S2中，所述引发剂为偶氮类自由基引发剂、过氧化物类自由基引发剂中的一种或多种。
更优选地，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、偶氮二异丁脒盐酸盐、过氧化苯甲酰中的一种或多种；
优选地，步骤S3中，所述一定的引发条件是指采用紫外光辐照引发、γ射线辐射引发、微波引发或加热引发。
优选地，步骤S3中，所述常规后处理包括超声清洗、干燥、包装和灭菌步骤。
作为技术方案的进一步改进，在进行步骤S1之前，先对硅橡胶表面进行活化处理，如使用等离子改性技术或表面亲水改性技术活化硅橡胶表面，提高S1的反应效率。
进一步地，所述等离子改性技术包括如下步骤：
S10、将硅橡胶放入等离子改性设备中，采用氧等离子体或氮等离子体处理硅橡胶表面10-60分钟，取出硅橡胶然后立即进行步骤S1；
进一步地，所述表面亲水改性技术包括如下步骤：
S10、将硅橡胶放入硫酸和过氧化氢的混合溶液中，浸泡1-30分钟，取出硅橡胶清洗晾干后立即进行步骤S1。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
1)硅橡胶表面键合的交联聚咪唑层化学结构稳定、致密，厚度达1-30μm，无有毒有害的化学小分子析出，且在生理环境下不可被降解，可长效抗菌，在模拟生理环境(37℃，模拟体液)下浸泡30天后，对细菌的抗菌率仍超过99％。
2)交联聚咪唑层与硅橡胶表面为化学共价键合，结合力强，无涂层脱落产生涂层碎屑而引起组织炎症的风险。
3)通过硅橡胶表面交联聚咪唑层中的带正电的咪唑环与细菌细胞膜表面相互作用，并非像传统的抗生素一样作用于细菌的DNA，所以不会引起超级抗药菌的产生(WordNotes on Antibiotics,2009,Vol,No.4)，具有无耐药性的优点。
本发明所提供的抗菌硅橡胶及其制备方法解决了现有抗菌硅橡胶难以兼顾生物相容性和长效抗菌性的问题，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所得硅橡胶表面交联聚咪唑层的红外谱图；
图2为本发明实施例1所得硅橡胶表面交联聚咪唑层的扫描电镜图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
作为本发明的一个方面，本发明一种长效抗菌硅橡胶，所述硅橡胶表面键合有致密的交联网状聚咪唑层，所述交联网状聚咪唑层的厚度为1-30μm。
本发明所述长效抗菌硅橡胶在模拟生理环境(37℃，模拟体液)下浸泡30天后，对细菌的抗菌率仍超过99％，细菌种类包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、绿脓杆菌、白色念珠菌、肺炎链球菌等；所述长效抗菌硅橡胶对小鼠成纤维细胞的细胞毒性不超过1级，无皮内刺激反应，具有良好的生物相容性。
在本发明的某些实施例中，所述聚咪唑为乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐与多元乙烯基或烯丙基化合物的交联共聚物，所述乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐的单体具有如下结构：
乙烯基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000051
烯丙基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000052
其中，式中R为以下所示结构中的任意一种：
CH3、CH2CH3、CH2(CH2)2CH3、CH2(CH2)4CH3、CH2(CH2)6CH3；
X-为以下所示结构中的任意一种：
Cl-Br-BF4 -NO3 -PF6 -CH3SO4 -；
所述多元乙烯基或烯丙基化合物为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、1,6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；
优选地，所述聚乙二醇二丙烯酸酯中聚乙二醇链段的分子量为100-1000。
作为本发明的另一方面，本发明提供了一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5％-20％乙烯基硅烷类偶联剂或甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂中的一种或多种复合的醇溶液中反应2-24小时(反应温度为30-60℃，3cm2硅橡胶加1mL反应溶液)，反应结束后超声洗涤，获得改性硅橡胶；
S2、配置含咪唑盐、引发剂和多元乙烯基或烯丙基化合物的混合水溶液，咪唑盐在混合水溶液中的浓度0.2-2g/mL，引发剂的质量为咪唑盐质量的0.01％-2％，多元乙烯基或烯丙基化合物为咪唑盐摩尔分数的1％-10％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的混合水溶液，并在引发条件下反应0.5-12小时；反应结束后取出硅橡胶，常规后处理，获得长效抗菌硅橡胶。
本发明通过在一定的引发条件下，将引发剂、乙烯基咪唑盐和烯丙基咪唑盐中的一种或几种、多元乙烯基或烯丙基化合物，在硅橡胶表面原位聚合并交联而形成，利用在生理环境下带正电的咪唑环与细菌表面带负电的细胞膜相互作用，抑制细菌的正常生理活动，实现抗菌功能；该交联聚咪唑层在生理条件下化学性能稳定，无其他有害化学物质析出和涂层碎屑脱落，不可降解，可长效抗菌。
在本发明的某些实施例中，步骤S1中，所述乙烯基硅烷类偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
在本发明的某些实施例中，步骤S2中，所述咪唑盐为乙烯基咪唑盐、烯丙基咪唑盐中的一种或两种；所述乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐的结构如下所示：
乙烯基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000061
烯丙基咪唑盐：
Figure BDA0002735470300000062
其中，式中R为以下所示结构中的任意一种：
CH3、CH2CH3、CH2(CH2)2CH3、CH2(CH2)4CH3、CH2(CH2)6CH3；
X-为以下所示结构中的任意一种：
Cl-Br-BF4 -NO3 -PF6 -CH3SO4 -。
在本发明的某些实施例中，步骤S2中，所述多元乙烯基或烯丙基化合物为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、1,6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；
在本发明的某些优选实施例中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯中聚乙二醇链段的分子量为100-1000。
在本发明的某些实施例中，步骤S2中，所述引发剂为偶氮类自由基引发剂、过氧化物类自由基引发剂中的一种或多种。
在本发明的某些实施例中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、偶氮二异丁脒盐酸盐、过氧化苯甲酰中的一种或多种；
在本发明的某些实施例中，步骤S3中，所述一定的引发条件是指采用紫外光辐照引发、γ射线辐射引发、微波引发或加热引发。
在本发明的某些实施例中，步骤S3中，所述常规后处理包括超声清洗、干燥、包装和灭菌步骤。
作为技术方案的进一步改进，在进行步骤S1之前，可对硅橡胶表面进行活化处理，如使用等离子改性技术或表面亲水改性技术活化硅橡胶表面，提高S1的反应效率。
在本发明的某些实施例中，所述等离子改性技术包括如下步骤：
S10、将硅橡胶放入等离子改性设备中，采用氧等离子体或氮等离子体处理硅橡胶表面10-60分钟，取出硅橡胶然后立即进行步骤S1；
在本发明的某些实施例中，所述表面亲水改性技术包括如下步骤：
S10、将硅橡胶放入硫酸和过氧化氢的混合溶液中，浸泡1-30分钟，取出硅橡胶清洗晾干后立即进行步骤S1。
实施例1
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶放入硫酸和过氧化氢(体积比为7:3)的混合溶液中，浸泡1分钟，取出硅橡胶清洗晾干后将硅橡胶再浸泡在含15％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，在50℃下反应18小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-烯丙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、偶氮二异丁脒盐酸盐、1,3-丙二醇二丙烯酸酯分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-烯丙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐在水溶液中的浓度为1.3g/mL，偶氮二异丁脒盐酸盐的质量为1-烯丙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐质量的0.5％，1,3-丙二醇二丙烯酸酯为1-烯丙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐摩尔数的6％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，紫外辐照，反应10小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例2
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含20％乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，在30℃下反应24小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐、过硫酸钾、N,N-亚甲基二丙烯酰胺依次溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐在水溶液中的质量浓度为1.2g/mL，过硫酸钾的质量为1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐质量的0.01％，N,N-亚甲基二丙烯酰胺摩尔数为1-乙烯基-3-乙基咪唑氯盐摩尔数的8％；
S3、将S1中的硅橡胶浸泡在S2的功能反应溶液中，紫外光辐照，反应12小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗2次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例3
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶放入等离子改性设备中，采用氧等离子体处理硅橡胶表面60分钟，取出硅橡胶然后立即将硅橡胶浸泡在含15％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在60℃下反应24小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、偶氮二异丁脒盐酸盐、季戊四醇二丙烯酸酯依次溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐在水溶液中的质量浓度为1.6g/mL，偶氮二异丁脒盐酸盐的质量为1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐质量的1％，季戊四醇二丙烯酸酯摩尔数为1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐摩尔数的10％；
S3、将S1中的硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，紫外光辐照，反应6小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例4
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5％乙烯基三异丙氧基硅烷的乙醇溶液中，在30℃下反应6小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-己基咪唑硝酸盐、过氧化苯甲酰、1,3-丙二醇二丙烯酸酯依次溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-己基咪唑硝酸盐在水溶液中的浓度为0.4g/mL，过氧化苯甲酰的质量为1-乙烯基-3-己基咪唑硝酸盐质量的0.5％，1,3-丙二醇二丙烯酸酯摩尔数为1-乙烯基-3-己基咪唑硝酸盐摩尔数的3％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，微波加热至80℃，反应12小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例5
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5％乙烯基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液中，在40℃下反应6小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐、乙二醇二甲基丙烯酸酯溶于去离子水中，然后加入30％过氧化氢溶液，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐在溶液中的浓度为0.7g/mL，过氧化氢的质量为1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐质量的1.5％，乙二醇二甲基丙烯酸酯摩尔数为1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐摩尔数的4％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，γ射线辐照，反应6小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例6
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含8％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷的异丙醇溶液中，在30℃下反应8小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐、过氧化苯甲酰、聚乙二醇二丙烯酸酯(聚乙二醇链段分子量为100)溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐在水溶液中的质量浓度为0.6g/mL，过氧化苯甲酰的质量为1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐质量的0.5％，聚乙二醇二丙烯酸酯摩尔数为，1-乙烯基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐摩尔数的4％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，微波加热至80℃，反应1小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例7
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含12％γ-甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在60℃下反应12小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、过硫酸铵、聚乙二醇二丙烯酸酯(聚乙二醇链段分子量为100)分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1:1，咪唑盐在水溶液中的浓度为1g/mL，过硫酸铵的质量为咪唑盐质量的0.7％，聚乙二醇二丙烯酸酯(聚乙二醇链段分子量为100)摩尔数为咪唑盐摩尔数的的3％；
S2、活化硅橡胶，在硅橡胶表面键合不饱和碳碳键：将硅橡胶浸泡在硫酸和双氧水的混合溶液中1分钟(硫酸与双氧水的体积比为3:1)，取出硅橡胶并用去离子水超声洗涤，然后再浸入含10％乙烯基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，反应24小时，取出硅橡胶并用乙醇超声洗涤晾干；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，微波加热至70℃，反应3小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例8
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含7％γ-甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在60℃下反应4小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、过硫酸钾、1,6-已二醇二丙烯酸酯分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐在水溶液中的浓度为0.4g/mL，过硫酸钾的质量为1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐质量的1％，1,6-已二醇二丙烯酸酯摩尔数为1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐摩尔数的2％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，紫外辐照，反应5小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例9
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5％乙烯基三乙酰氧基硅烷的乙醇溶液中，在30℃下反应2小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、过硫酸铵、1,6-已二醇二丙烯酸酯依次溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐在水溶液中的浓度为0.2g/mL，过硫酸铵的质量为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐质量的2％，1,6-已二醇二丙烯酸酯摩尔数为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐摩尔数的1％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2的功能反应溶液中，微波加热至60℃，反应0.5小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗2次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
实施例10
一种长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含20％乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在60℃下反应12小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐、过氧化苯甲酰、乙二醇二甲基丙烯酸酯分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐在水溶液中的浓度为2g/mL，过氧化苯甲酰的质量为1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐质量的1％，乙二醇二甲基丙烯酸酯摩尔数为1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐的7.5％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，微波加热至90℃，反应10小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得长效抗菌硅橡胶。
对上述实施例1-10中得到长效抗菌硅橡胶测试交联聚咪唑层的厚度，并按照GB/T16886系列标准对长效抗菌硅橡胶进行生物学性能评价(细胞毒性和皮内反应)，将硅橡胶在37℃下置于模拟体液中浸泡30天后按照《ISO 22196-2011塑料与其他无孔表面的抗菌性测定》对其抗菌性能测试，每个实施例中选取2-3种细菌进行测试，测试结果如表1所示：
表1：实施例1-10的长效抗菌性能和生物学性能
Figure BDA0002735470300000111
Figure BDA0002735470300000121
为进一步理解本发明的技术方案和技术效果，以下为对比实施例的具体情况。
对比例1
一种硅橡胶的表面改性方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含20％乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在60℃下反应12小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐、过氧化苯甲酰分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐在水溶液中的浓度为2.4g/mL，过氧化苯甲酰的质量为1-烯丙基-3-己基咪唑硝酸盐质量的1％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，微波加热至90℃，反应10小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得表面改性的硅橡胶。
对比例2
一种硅橡胶的表面改性方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含10％乙烯基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液中，在40℃下反应8小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐、过氧化苯甲酰分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐在水溶液中的浓度为1g/mL，过氧化苯甲酰的质量为1-乙烯基-3-甲基咪唑溴盐质量的10％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，紫外光辐照，反应12小时；取出硅橡胶，；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得表面改性的硅橡胶。
对比例3
一种硅橡胶的表面改性方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5％乙烯基三乙氧基硅烷的异丙醇溶液中，在60℃下反应12小时，取出硅橡胶超声清洗晾干，得到改性硅橡胶；
S2、将1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐、过硫酸铵、1,6-已二醇二丙烯酸酯分别溶于去离子水中，配置功能反应溶液，1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐在水溶液中的浓度为0.08g/mL，过硫酸铵的质量为1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐质量的1％，1,6-已二醇二丙烯酸酯摩尔数为1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐摩尔数的5％；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的功能反应溶液中，紫外光辐照，反应12小时；取出硅橡胶，用去离子水超声清洗3次，晾干，包装并灭菌，获得表面改性的硅橡胶。
对上述对比例1-3中得到的改性硅橡胶按照GB/T 16886系列标准对进行生物学性能评价(细胞毒性和皮内反应)。将得到的改性硅橡胶在37℃下置于模拟体液中浸泡30天后按照《ISO 22196-2011塑料与其他无孔表面的抗菌性测定》对其抗菌性能测试，选取2-3种细菌对每个对比例中的改性硅橡胶进行测试，并测试硅橡胶表面改性层的厚度。测试结果如表2所示：
表2：对比例1-3的抗菌性能和生物学性能
Figure BDA0002735470300000131
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种长效抗菌硅橡胶，其特征在于：所述硅橡胶表面键合有致密的交联网状聚咪唑层，所述交联网状聚咪唑层的厚度为1-30 μm；
所述聚咪唑层为乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐与多元乙烯基或烯丙基化合物的交联共聚物，所述乙烯基咪唑盐或烯丙基咪唑盐具有如下结构：
乙烯基咪唑盐：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
烯丙基咪唑盐：
Figure 631375DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，式中R为以下所示结构中的任意一种：
CH3、CH2CH3、CH2(CH2)2CH3、CH2(CH2)4CH3、CH2(CH2)6CH3；
X-为以下所示结构中的任意一种：
Cl-、Br -、BF4 -、NO3 -、PF6 -、CH3SO4 -；
所述多元乙烯基或烯丙基化合物为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、1,6-己 二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；
所述聚乙二醇二丙烯酸酯中聚乙二醇链段的分子量为100-1000；
所述长效抗菌硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将硅橡胶浸泡在含5%-20%乙烯基硅烷类偶联剂或甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂中的一种或多种复合的醇溶液中反应2-24小时，反应温度为30-60℃，3cm2硅橡胶加1mL反应溶液，反应结束后超声洗涤，获得改性硅橡胶；
S2、配置含咪唑盐、引发剂和多元乙烯基或烯丙基化合物的混合水溶液，咪唑盐在混合水溶液中的浓度0.2-2 g/mL，引发剂的质量为咪唑盐质量的0.01%-2%，多元乙烯基或烯丙基化合物的摩尔数为咪唑盐摩尔数的1%-10%；
S3、将S1中的改性硅橡胶浸泡在S2中的混合水溶液中，并在一定的引发条件下反应0.5-12小时；反应结束后取出硅橡胶，常规后处理，获得长效抗菌硅橡胶；
步骤S3中，所述一定的引发条件是指采用紫外光辐照引发、γ射线辐射引发、微波引发或加热引发；所述常规后处理包括超声清洗、干燥、包装和灭菌步骤。
2.根据权利要求1所述的长效抗菌硅橡胶，其特征在于：
步骤S1中，所述乙烯基硅烷类偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三（2-甲氧乙氧基）硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述甲基丙烯酰氧基硅烷类偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的长效抗菌硅橡胶，其特征在于：
步骤S2中，所述引发剂为偶氮类自由基引发剂、过氧化物类自由基引发剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的长效抗菌硅橡胶，其特征在于：
步骤S2中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、偶氮二异丁脒盐酸盐、过氧化苯甲酰中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的长效抗菌硅橡胶，其特征在于：在进行步骤S1之前，可对硅橡胶表面进行活化处理，即使用等离子改性技术或表面亲水改性技术活化硅橡胶表面，提高S1的反应效率。
6.根据权利要求5所述的长效抗菌硅橡胶，其特征在于：所述等离子改性技术包括如下步骤：
S10、将硅橡胶放入等离子改性设备中，采用氧等离子体或氮等离子体处理硅橡胶表面10-60 分钟，取出硅橡胶然后立即进行步骤S1；
所述表面亲水改性技术包括如下步骤：
S11、将硅橡胶放入硫酸和过氧化氢的混合溶液中，浸泡1-30 分钟，取出硅橡胶清洗晾干后立即进行步骤S1。
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