一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法，属于涂层材料技术领域。本发明专利技术制备方法主要包括以下内容：首先合成双亲性无规大分子并自组装形成胶体粒子溶液，然后向上述胶体粒子溶液中加入单宁酸(TA)溶液制备混合溶液，最后将上述混合胶体粒子溶液用作电解液，结合电泳沉积技术在钛合金表面共沉积制备涂层。该法操作简便，适用胶体范围广，TA的加入提高涂层在水环境下的稳定性，且涂层对细菌有良好的抑制粘附作用，有望应用于生物医学等领域。

A preparation method of anti-bacterial adhesion nano-coating

The invention discloses a preparation method of a nano-coating for anti-bacterial adhesion, which belongs to the technical field of coating materials. The preparation method of the invention mainly includes the following contents: firstly, the Amphiphilic Random macromolecules are synthesized and self-assembled to form colloidal particle solution, then tannic acid (TA) solution is added to the above colloidal particle solution to prepare the mixed solution, and finally, the mixed colloidal particle solution is used as electrolyte, combined with electrophoretic deposition technology in titanium alloy. Coatings were prepared by surface co-deposition. This method is simple to operate and suitable for a wide range of colloids. The addition of TA improves the stability of the coating in water environment, and the coating has a good inhibitory effect on bacteria adhesion, which is expected to be applied in biomedical fields.

【技术实现步骤摘要】
一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法
本专利技术涉及一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法，属于涂层材料

技术介绍
细菌在材料表面的粘附、增长与进一步形成生物膜，尤其是在生物医用植入材料领域，生物膜的形成极易引起机体感染。相关的感染随着生物材料应用的增多,发病率明显增高,防治以生物材料相关感染是临床面临急须解决的问题，而引起这种感染的初始动因就是在材料表面细菌粘附。细菌粘附是指细菌与生物材料表面发生特异性结合。因此，细菌对不同的生物材料具有不同粘附能力，不同种细菌对同种生物材料也有不同的粘附能力。如聚甜菜碱等亲水聚合物由于通过水化作用或静电作用形成一层物理保护层有效地抑制细菌、蛋白质等生物质粘附，并且表现出较低的细胞毒性。因此，利用亲水性聚合物表面涂层是一种改善材料表面防污性能的有效方法。但是目前研究表明，阻碍亲水性聚合物在涂层领域应用的因素主要有两点。一是亲水性聚合物表现出良好的抑制细菌粘附的生物防污能力，但是亲水性聚合物的优异的水合性使其难以固定在材料表面，这已成为实际应用中的主要挑战。为了克服这个问题，已经采用了包括表面接枝、层层自组装等各种表面处理方法，但这些方法过程繁复，条件也较为苛刻。另一方面是在诸多生物医用材料均有抗菌需求，而在如骨替代、修复材料等特定领域不仅需要抗菌特性，还需要涂层具备良好的生物相容性，需要细胞能有效地粘附与增殖。亲水聚合物出色的防污性能同时会抑制细胞在表面的粘附与增长。如聚甜菜碱型亲水性聚合物的改性成为解决该问题的有效途径，但改性会造成聚合物溶解性问题，不利于实际应用。因此，有必要开发一种既能抗细菌粘附、又具备良好的生物相容性，且制备方法简便温和的纳米涂层，以解决上述问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法。该方法以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)和手性单体丙烯酸异冰片酯(ISA)为原料进行双亲性无规大分子自组装形成胶体粒子溶液，再与单宁酸(TA)溶液混合形成TA和胶体粒子的混合溶液，并以混合溶液作为电沉积液，结合电泳沉积技术在钛合金表面制备涂层。本专利技术方法操作简便，适用范围广，涂层在水环境下的稳定性明显提高，且涂层对细菌有良好的抑制粘附作用，同时还具有良好的生物相容性，有望应用于生物医学等领域。本专利技术的第一个目的是提供一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法，所述方法包括：(1)使甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)和手性单体丙烯酸异冰片酯(ISA)发生聚合反应获得备用聚合物；备用聚合物发生磺化反应，得到两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液；(2)在上一步获得的两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液中加入单宁酸或其水溶液，搅拌，得到混合胶体粒子溶液；(3)以上一步获得的混合胶体粒子溶液为电沉积液，采用电沉积方法制备纳米涂层。在一种实施方式中，所述步骤(1)的磺化反应是与丙磺酸内酯发生磺化反应。在一种实施方式中，所述步骤(1)的磺化反应控制组分DMA的磺化率为50％～90％。在一种实施方式中，所述步骤(1)自组装胶体溶液浓度为10mg/mL～30mg/mL。在一种实施方式中，所述步骤(1)具体是：将DMA和ISA按等摩尔比溶解于有机溶液中，除氧，在引发剂的引发下发生聚合反应，反应结束后洗涤沉淀，获得备用聚合物；将备用聚合物溶解于有机溶剂四氢呋喃(THF)中，再向溶液中加入一定量丙磺酸内酯发生磺化反应，反应结束后除去部分容积，并于水中透析，得到两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液。在一种实施方式中，所述步骤(2)单宁酸水溶液浓度为0.1mg/mL～1mg/mL。在一种实施方式中，所述步骤(2)自组装胶体溶液与单宁酸水溶液的体积比为1:0.5-1:2。在一种实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：(1)双亲性无规共聚物的合成与组装：称取一定量甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)和手性单体丙烯酸异冰片酯(ISA)按等摩尔比溶解于有机溶液中，通氮气除氧，加入引发剂引发聚合；反应结束后在石油醚中反复沉淀3次，获得备用聚合物；再将备用聚合物溶解于有机溶剂四氢呋喃(THF)中，再向溶液中加入一定量丙磺酸内酯发生磺化反应，反应结束后旋蒸除去部分容积，并于去离子水中透析，得到两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液；备用聚合物的THF溶液浓度为100mg/mL～500mg/mL，无规共聚物中DMA组分磺化率控制为50％～90％，胶体粒子荷正电，胶体粒子溶液浓度为10mg/mL～30mg/mL。(2)复合胶体溶液的制备：取一定体积的步骤(1)所制备的胶体溶液，再向上述胶体溶液中加入一定体积不同浓度的单宁酸水溶液，搅拌稳定一段时间后得到混合胶体粒子溶液。单宁酸水溶液浓度为0.1mg/mL～1mg/mL，胶体溶液与单宁酸水溶液的体积比为1:0.5-1:2。(3)抗细菌粘附纳米涂层的制备：步骤(2)中制备混合胶体溶液为电沉积液，然后以医用钛合金为阳极，铂片为对电极，通过电泳沉积技术在钛合金表面共沉积制备两性离子基纳米涂层。沉积电压范围为15V～40V，沉积时间为2min～10min，电沉积液体积为10-50mL。所制备的涂层具有较好的水环境稳定性，具备抑制了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌粘附的能力，同时具备优异的细胞相容性。本专利技术的第二个目的是提供所述方法制备得到的纳米涂层。本专利技术的第三个目的是提供所述纳米涂层在制备生物医用植入材料方面的应用。本专利技术有益的技术效果在于：本专利技术所用的两性离子基双亲性无规共聚物的合成与组装步骤简单、条件温和；所采用的TA价格低廉，引入过程便捷，且TA与聚合物中多种基团形成相互作用，进而可实现稳定双亲性大分子以提高涂层的在水环境中的稳定性；所采用的电泳沉积技术设备简单，操作方便；所制备的涂层有效地抑制细菌在涂层表面的粘附，并具备良好的细胞相容性，为抗粘附涂层的制备提供了一种新思路。附图说明图1为实施例1双亲性无规共聚物核磁共振氢谱。图2为实施例2制备的无规共聚物胶体粒子的透射电子显微镜图片。图3为实施例3制备电泳沉积涂层的扫描电子显微镜图片。图4为实施例4制备涂层的细胞粘附和抗细菌粘附测试的荧光图片及定量分析。图5为实施例4所制备涂层在水溶液中的稳定性分析图6为实施例5所制备涂层不同磺化度对涂层性能的影响具体实施方式以下结合具体实施案例对本专利技术作进一步的阐述。应理解，本专利技术不限于以下实施案例，所述方法如无特别说明均视为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。实施例1：一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法，其制备方法包括如下步骤：(1)双亲性无规共聚物的合成与组装：称取DMA单体3.144g(20mmol)和ISA单体4.167g(20mmol)溶解于20mL二氧六环中，再加入引发剂偶氮二异丁腈0.064g，通氮气除氧30min，65℃下反应24h。反应结束后在石油醚中反复沉淀3次，获得备用聚合物。再称取2g备用聚合物溶解于20mL二氧六环中，再加入0.33g丙磺酸内酯，室温下反应12h，磺化率约为50％，反应结束后旋蒸除去部分容积，并于去离子水中透析3d，得到浓度约为10mg/mL的两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液。通过核磁氢谱对聚合物的结果就行步骤，结果如图1所示，从图中可以看出成功的合成了所需两性离子聚合物。(2)复合胶体溶液的制备：取10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)使甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)和手性单体丙烯酸异冰片酯(ISA)发生聚合反应获得备用聚合物；备用聚合物发生磺化反应，得到两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液；(2)在上一步获得的两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液中加入单宁酸或其水溶液，搅拌，得到混合胶体粒子溶液；(3)以上一步获得的混合胶体粒子溶液为电沉积液，采用电沉积方法制备纳米涂层。

【技术特征摘要】
1.一种抗细菌粘附纳米涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)使甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)和手性单体丙烯酸异冰片酯(ISA)发生聚合反应获得备用聚合物；备用聚合物发生磺化反应，得到两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液；(2)在上一步获得的两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液中加入单宁酸或其水溶液，搅拌，得到混合胶体粒子溶液；(3)以上一步获得的混合胶体粒子溶液为电沉积液，采用电沉积方法制备纳米涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的磺化反应控制组分DMA的磺化率为50％～90％。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的磺化反应是与丙磺酸内酯发生磺化反应。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)自组装胶体溶液浓度为10mg/mL～30mg/mL。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体是：将DMA和ISA按等摩尔比溶解于有机溶液中，除氧，在引发剂的引发下发生聚合反应，反应结束后洗涤沉淀，获得备用聚合物；将备用聚合物溶解于有机溶剂四氢呋喃(THF)中，再向溶液中加入一定量丙磺酸内酯发生磺化反应，反应结束后除去部分容积，并于水中透析，得到两性离子型无规共聚物自组装胶体溶液。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)单宁酸水溶液浓度为0.1mg/mL～1mg/mL。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱叶，孟龙，刘晓亚，潘凯，魏玮，李小杰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32