抗菌性涂层方法技术

本发明专利技术涉及用于将高粘附性抗菌材料沉积至多种表面上的高效方法。描述了可控的阴极电弧工艺，其导致了氧化银对聚合物及其他表面（诸如医疗装置的表面）的增强的粘附性。以一种低成本高效益方式直接将抗菌性材料沉积到基体上是可能的，当涂覆的装置应用到体内时，其可在若干周内保持高抗菌活性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在所选的基体材料上沉积抗菌性材料的工艺。该基体可以是任意材料，诸如金属、陶瓷、塑料、玻璃、柔性片(flexible sheet)、多孔纸、陶器或它们的组合。尽管基体可包含多种装置中的任何一种，但是特别优选医疗装置。这些医疗装置包括导管、植入物、支架、气管导管、矫形销(orthopedic pin)、分流器、引流器、假肢器官装置、牙种植体、敷料及伤口闭合器(woundclosures)。然而，应当理解，本专利技术并不限于这些装置，可扩展至其他用于医疗领域的装置，诸如面罩、服装、手术用具及表面(surface)。 关于植入感染有两个重要的因素在植入手术过程中细菌的引入；以及手术之后的皮肤开口。经皮装置(transdermal device)是主要的感染区域。因为装置与皮肤相分离，在皮肤与装置之间形成了缝隙，便发生了细菌污染。 本专利技术的另一方面涉及用于将已调谐的(tuned)抗菌性表面或其它成分提供到用于人体和兽类医疗装置以及其它应用中的改进的且更经济的方法。 抗菌性材料可以是任何固体材料或具有抗菌特性的材料的组合。优选的材料是具有潜在抗菌特性及生物相容性(即，在目的环境中不受损坏)的金属。这些金属包括银、锌、铌、钽、铪、锆、钛、铬、镍、铜、铂及金(在本文中也称为“抗菌性金属”)。术语“潜在的抗菌特性”指这种情况这些单质形态的金属通常不具反应活性，以致于不能作为有效的抗菌物。然而，当该金属被电离后具有更强的抗菌效果。因此，在实施金属电离之后，该抗菌性金属具有潜在的抗菌特性。电离时，抗菌性金属也可以与各种反应性气体例如氮气或氧气结合，以形成氮化物、氧化物，和/或它们的组合的化合物。 定义 离子等离子体沉积是一种通过利用阴极电弧在靶材料上放电，而产生高能等离子体的方法。 阴极电弧，也称为真空电弧，是一种用于从固体金属产生等离子体的装置。电弧碰撞在金属上，电弧的高能量密度使该金属蒸发并电离，产生了持续电弧的等离子体。真空电弧与高压电弧不同，因为金属蒸气本身是离子化的，而不是环境气体。 巨大的或大粒子是大于单个离子的粒子；毫微(或小)粒子是尺寸约为100纳米的粒子；中等大的粒子为100纳米至约1微米；很大的粒子为大于1微米的颗粒。 当足够强的能量破坏原子团(诸如气体团、物体、或靶目标的)时，则发生库仑爆炸，这样能源的电场驱使一些或全部电子离开原子。如果没有了电子，离子团会因为正电荷的库仑排斥而发生爆炸。 等离子体气相沉积(PVD)是在气相中沉积薄膜的工艺，其中源材料在真空中物理地转化到基体上，而不涉及任何化学反应。这种类型的沉积包括热蒸发电子束沉积及溅射沉积。IPD工艺是物理气相沉积的子类型。 本文中所使用的术语“医疗装置”是为了广泛地扩展至医疗领域中所使用的所有装置，包括支架、导管、各种植入物等，而无论制造其的材料如何。本文中涉及的医疗装置及其他医疗参考物被理解为还包括兽医用装置及应用。 术语“潜在的抗菌特性”是指这种情况即，这些单质形态的金属通常不具反应活性，以致于不能作为有效的抗菌物，但是可能，当该金属被电离后表现出更强的抗菌效果。因此，在许多情况下被实施金属电离之后，该抗菌性金属具有潜在的抗菌特性。电离时，抗菌性金属也可以与各种反应性气体例如氮气或氧气结合，以形成氮化物、氧化物，和/或它们的组合的化合物。 本文中所用的“多化合价”是指一个或多个化合价形态，且应当被理解为是指离子上的电荷或基于其电子状态(electronic state)被分配给特定离子的电荷。 除非另外说明，氧化银定义为氧化银(AgO)的单线态形式。 本文所用的术语“约”是为了说明具体数目不需要精确，可通过所采用的具体的过程或方法来决定，该数目可以偏高或偏低。 PEEK-聚醚醚酮 PTFE-聚四氟乙烯 EPIFE-发泡聚四氟乙烯 UNMWPE是超高分子量聚乙烯 应理解的是，用于限定权利要求的“一个”不是必要限制于一个单一的物质。 附图说明 图1是IPD设备的草图。1.靶材料，2.被涂覆的基体，3.用于移动基体靠近或远离靶标的机构，4.真空室，及5.用于靶的电源。 图2是IPD设备的另一个实施方式。1.靶材料，2.被涂覆的基体，3.具有移动基体靠近或远离靶标能力的机构，4.真空室，及5.靶的电源，6.决定电弧速度的电弧控制器。 具体实施例方式 本专利技术提供了一些优于本领域抗菌性涂层及用于沉积抗菌性涂层工艺的其他状态的优点，包括可控制地释放、使涂层嵌入基体中、对于某些材料的较低的运行温度、相比于传统的阴极电弧工艺在加工效率上的显著改善的生产量、可测量性、以及可应用于更宽范围的基体材料。 另外，已经获得了利用传统的IPD方法难以获得的优良涂层，包括氧化银、氧化铜及氮化铪涂层。相比于更昂贵的方法(诸如在美国专利No.5,454,886中概括的，其引入与此作为参考)，在相当的厚度下，这些材料具有更高的抗菌活性。因此，通过采用新的基于IPD的方法，可实现具有相同抗菌成效的更薄的涂层及更短的处理时间。更高的生产量是可能的，其可导致生产成本的节约，并且尤其对于医药工业而言这是非常有意义的优点。 将该优越性赋予利用所披露的工艺而获得的薄膜的因素是发现新的IPD工艺产生了大离子沉积的增加(而非降低)其实际上改进了薄膜的质量。多年来对于技术人员而言，在传统阴极电弧沉积工艺的使用中，最显著的趋势是减少大颗粒的沉积，以便产生更洁净且更均匀的薄膜。工业中传统的认识是，通常大颗粒对于沉积薄膜的质量是不利的。 本专利技术涉及一种在所选的基体材料上沉积抗菌性材料的工艺。该基体可以是任意材料，诸如金属、陶瓷、塑料、玻璃、柔性片、多孔纸、陶器或它们的组合。尽管基体可包含多种装置中的任何一种，但是特别优选医疗装置。这些医疗装置包括导管、植入物、支架、气管导管、矫形销、分流器、引流器、假肢器官装置、牙种植体、敷料及伤口闭合器(wound closures)。然而，应当理解，本专利技术并不限于这些装置，可扩展至其他用于医疗领域的装置，诸如面罩、服装、手术用具及表面。 关于植入感染有两个重要的因素在植入手术过程中细菌的引入；以及手术之后的皮肤开口。经皮装置(transdermal device)是主要的感染区域。因为装置与皮肤相分离，在皮肤与装置之间形成了缝隙，便发生了细菌污染。 本专利技术的另一方面涉及用于将已调谐的抗菌性表面或其它成分提供到用于人体和兽类医疗装置以及其它应用上的改进且更经济的方法。抗菌性材料可以是任何固体材料或具有抗菌特性的材料的组合。优选的材料是具有潜在抗菌特性和生物相容性(即，在目的环境中不受损坏)的金属。这些金属包括银、锌、铌、钽、铪、锆、钛、铬、镍、铜、铂及金(在本文中也称为“抗菌性金属”)。根据本专利技术，通过在真空中将靶金属的负极电离成微粒组分的等离子体，使抗菌性金属沉积到基体表面之上或之中。离子等离子体沉积装置，例如在国际专利申请公开号WO 03-044240中所描述的那些(其内容引入于此以供参考)，可根据本专利技术进行修改，且用于根据所描述的方法实施抗菌性材料的可控性沉积。 将该优越性赋予利用所披露的工艺而获得的薄膜的因素是发现新的IPD工艺产生了大离子沉积的增加(而非降低)其实际上改进了薄膜的质量。多年来对于技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备在基体上的抗菌性涂层的阴极电弧离子等离子体沉积方法，包括：　将所选的基体放置于阳极与阴极靶之间，所述靶包括可离子化的金属；　将氧气引入容纳所述阴极靶和所述基体的真空室中，其中，将所述室增压至约０．１ｍＴｏｒｒ至约３０ ｍＴｏｒｒ；　在所述阳极与所述阴极靶之间产生电弧放电，其中，供应到所述电弧上的电能可选地是被可变控制的，以便制备范围在１ｎｍ至５０μｍ的粒子；以及　在电弧放电过程中，在一预定时间内在约２５℃至约７５℃之间的温度下，在约１英寸至约 ５０英寸的范围内调整所述基体靠近或远离所述靶的运动，以在所述基体上沉积具有的厚度在约５０ｎｍ至约５μｍ范围内的高密度、粘附性抗菌性涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔M斯托里，戴德雷休厄尔，约翰H彼得森，特伦斯S麦格拉思，
申请(专利权)人：变色龙科学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]