持久的可光聚合的交联防污涂层制造技术

公开了通过共价键合接枝至基底的表面的持久的防污交联两性离子涂层。当暴露于光源时，两性离子单体在基底的表面处与交联剂和活化自由基反应，同时形成交联两性离子涂层并且将其锚定至基底的表面。光掩模技术可用于使两性离子涂层微图案化。两性离子涂层可应用于各种基底，包括医疗装置和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】持久的可光聚合的交联防污涂层相关申请本申请要求于2016年6月24日提交的美国临时申请No.62/354,527的优先权和权益，其由此通过引用的方式以其全文纳入本文。联邦政府资助的研究或开发这项工作是在通过NIH授权NIDCDR01DC012578-01和T32DC000040部分授予的政府支持下进行的。政府拥有本专利技术的某些权利。
本实施方案涉及在聚合物和金属上的防污表面涂层的光接枝和光聚合，例如用于医疗和其他装置的那些，并且具体而言涉及在此类装置上的持久的可光聚合的交联防污表面涂层。
技术介绍
生物污损(biofouling)现象是由生物分子、微生物(例如细菌)、细胞和/或组织吸附至表面而引起的。生物污损是一个多步骤过程。表面或结构体(结构)向生物表面、流体或组织的暴露导致溶解的有机材料(例如蛋白质)的膜的吸附。随后，微生物、细胞或组织可更容易地粘附至表面，导致炎症、瘢痕形成、纤维化或感染。在细菌感染可污损表面的情况下，细菌菌落出现并形成生物膜。随着附着的细菌细胞开始繁殖，生物膜变厚。随着该过程的继续，另外的生物体菌落在生物膜涂覆的表面上扩展并且分泌被认为是疏水性糖蛋白生物胶粘剂的化合物，其允许这些生物体菌落牢固地附着至表面并且对大多数抗微生物剂具有抗性。生物污损代表了许多表面和结构体的重要问题，并且可导致干扰表面或结构体的正常使用和状况。污损会降低装置的功能或寿命。例如，在隐形眼镜上或脊髓液分流器(spinalfluidshunt)内的蛋白质沉积可限制装置的寿命和功能。内窥镜、探针和其他装置的污损需要经常清洁和消毒。污损还会增加对细菌、酵母或其他微生物感染的易感性。例如，置于体内的许多材料易于受到细菌感染，例如整形外科植入物、血管通路线、导尿管等等。这些感染通常需要翻修手术、长期使用抗生素以及甚至永久性移除装置。此外，响应于植入的生物材料的纤维化、炎症和瘢痕形成代表了对许多医学植入物而言的显着的缺点。作为一个实例，耳蜗植入电极阵列的纤维化增加了电极电阻和通道相互作用，降低了电池寿命，并且导致对耳蜗组织的创伤增加和植入物的性能更差。所有目前的植入物都显示出一定程度的瘢痕组织形成。最近，能够保留残余听力的耳蜗植入电极阵列日益普及，使这些神经假体成为部分听力损失患者的一个选择。然而，在耳蜗植入后的瘢痕组织的形成可对残余听力有害。在接受耳蜗植入物并且最初保留一些其自然听觉听力的患者中，随后的听力损失可至少部分地归因于植入物周围过多的瘢痕形成。作为另一个实例，放置动脉内支架后的纤维化和瘢痕形成可导致再狭窄。置于动脉和静脉中的支架和导管的污损可导致血栓形成和血小板粘附增加。类似地，需要在血管外操作血液制品的医疗装置和管(例如，透析和心肺旁路机)中的蛋白质和细胞的粘附和激活可导致血栓形成、血小板粘附和异常激活或血细胞死亡。因此，需要解决基底的污损，例如生物分子、细菌、细胞或组织对医疗装置或医疗装置的部件的粘附。除了医疗装置之外，其他物品同样遭受生物污损，这可导致功能或寿命降低，或微生物粘附。这些装置可包括家用或工业用品，例如餐具、液体容器和储存容器。其还可包括研究实验室设备例如移液管和吸头、储存容器和管(例如离心机和微型离心机)和板。可将可植入生物医疗装置例如植入电极和电假体植入体内以向内部器官和组织提供电刺激。例如，耳蜗内电极通过电极触点附近的神经组织的直接电刺激来恢复听觉。对于当今市场上的大多数人工耳蜗植入电极阵列，插入需要足够程度的力，这使得电极阵列可损伤耳蜗中的精细组织(delicatetissue)。插入植入电极所需的力与多种因素有关，包括电极触点的尺寸、几何形状和数量、内部结构和在特定装置的制造中使用的材料。在此类装置中使用的材料包括用于线、触点、功能金属或聚合物段(segment)的材料和大体积材料(bulkmaterial)。植入电极的尺寸、所使用的材料的刚性、电极材料外壳的疏水性、电极装置中存储的能量以及装置的插入过程会影响在电极放置期间在组织上弯曲(inflected)的损伤的量和位置。另外，系统或系统的特定部分的移除和替换也可导致对活组织的创伤和损伤。期望具有柔韧且持久的植入电极材料，以使组织损伤最小化，同时还具有防污和抗纤维化性质。已使用聚乙二醇及其衍生物作为防污剂。然而，最近的结果证实聚乙二醇网络尽管是生物惰性的，但仍然能够产生一定程度的污损、纤维化和感染。近年来，两性离子聚合物已用作防污材料。含有分子内正电荷和负电荷的两性离子材料已显示出抵抗蛋白质吸附和污损。推定的作用机制是分子内正电荷和负电荷的接近强烈地影响氢键网络中的表面水分子的组织，使得生物分子的吸附在能量上是不利的。尽管两性离子材料最初是为工业应用而开发的，但最近发现这些材料会减少组织纤维化。在小鼠模型中的研究显示皮下两性离子大体积水凝胶植入物周围的纤维化胶囊形成减少。因此，在可植入和可插入装置(包括导尿管和血管内装置)中使用两性离子材料非常引人关注。然而，用作大体积材料的两性离子水凝胶很脆弱并且不适合于许多应用。两性离子还已用作表面涂层，已显示其会抵抗细菌粘附和生物膜形成。一种方法是用未接枝的两性离子水凝胶涂覆基底。这些水凝胶不共价连接至基底并且易于脱层。第二种方法是通过使用表面引发技术(例如，表面引发的原子转移自由基聚合)将两性离子聚合物刷(brush)共价接枝至基底来涂覆基底。这些两性离子刷涂层非常薄(例如，小于100nm)且很脆弱，并且容易折断。因此，考虑到以上情况，仍然需要提供对于长期使用持久的有效的抗生物污损聚合物涂层。
技术实现思路
本技术涉及持久的交联两性离子涂层，其通过共价键合接枝至基底表面。在一些实施方案中，当暴露于光源时，两性离子单体在基底的表面处与交联剂和活化自由基反应，以同时形成交联两性离子涂层并将其锚定至基底。这种通过光聚合形成涂层赋予了使用光掩模产生精确微图案化两性离子涂层的能力。因此，在一个实施方案中，提供了一种系统，其具有基底和在基底上的交联涂层。交联涂层可包括两性离子聚合物或聚(乙)二醇。交联涂层可共价键合至基底的至少一个表面，并且配置为抵抗生物分子(例如蛋白质、核酸、糖、脂质)、细胞、组织或细菌对基底表面的粘附。在另一方面，本公开内容提供了一种基底，其具有共价键合至基底的至少一个表面的共聚物。共聚物可包含具有以下结构的重复单元：R1为包含两性离子基团的侧基；R2、R3各自独立地为氢、取代或未取代的烷基或烷氧基；L1为连接基团；n和m可相同或不同并且各自为整数；L2为交联基团。在另一个的实施方案中，本公开内容公开了一种共聚物。该共聚物可包含重复单元。重复单元可具有以下结构：R1为包含两性离子基团的侧基；R2、R3各自独立地为氢、取代或未取代的烷基或烷氧基；L1为连接基团；n和m可相同或不同并且各自为整数；L2为交联基团。在又一个实施方案中，本公开内容提供了一种在基底上制备涂层以抑制生物分子、细胞、组织或细菌粘附的方法。基底可为医疗系统的组件。该方法包括用工艺(例如等离子体处理)或物质(例如偶联剂)预处理基底的表面，以促进涂层对基底的粘附。然后将含有两性离子单体的液体施加至基底的表面。使两性离子单体在交联剂的存在下在光源下聚合，形成交联两性离子聚合物涂层，其共价键和至基底表面。在又本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.系统，其包括：基底；交联涂层，其包括两性离子聚合物，其中交联涂层共价键合至基底的至少一个表面，并且配置为抵抗生物分子、细胞、组织或细菌在基底的表面上的粘附。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.24 US 62/354,5271.系统，其包括：基底；交联涂层，其包括两性离子聚合物，其中交联涂层共价键合至基底的至少一个表面，并且配置为抵抗生物分子、细胞、组织或细菌在基底的表面上的粘附。2.权利要求1的系统，其中基底是医疗装置的组件。3.权利要求1或2的系统，其中两性离子聚合物包含两性离子单体单元。4.权利要求3的系统，其中两性离子单体选自甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、其衍生物以及其混合物。5.权利要求4的系统，其中甲基丙烯酸酯衍生物选自羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、磷酰胆碱(甲基)丙烯酸酯和磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯。6.权利要求1至5中任一项的系统，其中基底是金属基底。7.权利要求6的系统，其中金属基底选自不锈钢、钴、铬、钽、镁、镍、镍钛诺、铂、铱、钛以及其合金。8.权利要求1至5中任一项的系统，其中基底是合成聚合物基底。9.权利要求8的系统，其中合成聚合物基底选自PDMS(聚(二甲基硅氧烷)(PDMS))、聚丙烯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚酮、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酰胺、聚交酯、聚酯和聚醚醚酮(PEEK)。10.权利要求9的系统，其中聚乙烯选自超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、交联的UHMWPE、低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。11.权利要求2的系统，其中医疗装置选自导管、血管支架、牙科植入物、隐形眼镜、耳蜗植入物、手术仪器、示波器、探针、血管内导管、管(IV、动脉线、中心线)、耳管、板、螺钉、针、杆、主动或被动中耳植入物、人工脊柱椎间盘、气管内或气管切开术管、脑脊髓液分流器、手术引流管、胸管和引流管、支气管支架、尿道支架、胆管支架、泪腺支架、起搏器、除颤器、神经刺激器、脊髓刺激器、深部脑刺激器、植入式疝气网、植入式妇科泌尿网、人工晶状体、美容乳房植入物、美容臀部植入物、美容下巴植入物、美容面颊植入物、避孕装置、药物递送装置、医疗机器或设备(例如，透析或心肺旁路机)以及整形外科植入物。12.权利要求11的系统，其中整形外科植入物选自用于以下的植入物：全膝关节置换(TKR)、全髋关节置换(THR)、全肩关节置换(TSR)、全肘关节置换(TER)、全腕关节置换(TWR)、全踝关节置换(TAR)以及其组件。13.权利要求4的系统，其中丙烯酸酯衍生物选自羧基甜菜碱丙烯酸酯和磺基甜菜碱丙烯酸酯。14.权利要求1至13中任一项的系统，其中两性离子聚合物是共聚物。15.权利要求1至14中任一项的系统，其中基底选自玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷。16.权利要求4的系统，其中丙烯酰胺衍生物选自羧基甜菜碱丙烯酰胺和磺基甜菜碱丙烯酰胺。17.权利要求1至16中任一项的系统，其中两性离子聚合物包括交联剂。18.权利要求17的系统，其中交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯(BGDMA)、1,4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、己二醇二甲基丙烯酸酯(HDDMA)、1-羧基-N-甲基-N-二(2-甲基丙烯酰基氧基-乙基)甲铵内盐(CBMX)、(甲基)丙烯酰胺、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)。19.权利要求1至18中任一项的系统，其中交联涂层是水凝胶。20.权利要求14的系统，其中共聚物包含具有以下结构的重复单元：其中R1为包含两性离子基团的侧基；R2、R3各自独立地为氢、取代或未取代的烷基或烷氧基；L1为连接基团；Nn和m可相同或不同并且各自为整数；并且L2为连接基团。21.权利要求1至20中任一项的系统，其中交联涂层用选定的聚合区域图案化。22.权利要求1至21中任一项的系统，其中交联涂层的厚度为至少约100nm。23.基底，其具有共价键合至基底的至少一个表面的共聚物，其中共聚物包含具有以下结构的重复单元：其中R1为包含两性离子基团的侧基；R2、R3各自独立地为氢、取代或未取代的烷基或烷氧基；L1为连接基团；N和m可相同或不同并且各自为整数；并且L2为连接基团。24.权利要求23的基底，其中共聚物包含具有以下结构的重复单元：其中L3为连接基团。25.权利要求24的基底，其中L3为-(CH2)x-，其中x为约1至约20的整数。26.权利要求23的基底，其中基底是医疗装置的组件。27.权利要求24的基底，其中L3为-(-CH2-O-CH2)x-，其中x为约1至约20的整数。28.权利要求23的基底，其中基底是金属基底。29.权利要求28的基底，其中金属基底选自不锈钢、钴、铬、钽、镁、镍、镍钛诺、铂、铱、钛以及其合金。30.权利要求23至29中任一项的基底，其中两性离子基团选自磺基甜菜碱、羧基甜菜碱以及其组合。31.权利要求23的基底，其中基底是合成聚合物基底。32.权利要求31的基底，其中合成聚合物基底选自PDMS(聚(二甲基硅氧烷)(PDMS))、聚丙烯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚酮、聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酰胺、聚氨酯、聚交酯、聚酯和聚醚醚酮(PEEK)。33.权利要求32的基底，其中聚乙烯选自超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和交联的UHMWPE。34.权利要求26的基底，其中医疗装置选自导管、血管支架、牙科植入物、隐形眼镜、耳蜗植入物、手术仪器、示波器、探针、血管内导管、管(IV、动脉线、中心线)、耳管、板、螺钉、针、杆、主动或被动中耳植入物、人工脊柱椎间盘、气管内或气管切开术管、脑脊髓液分流器、手术引流管、胸管和引流管、支气管支架、尿道支架、胆管支架、泪腺支架、起搏器、除颤器、神经刺激器、脊髓刺激器、深部脑刺激器、植入式疝气网、植入式妇科泌尿网、人工晶状体、美容乳房植入物、美容臀部植入物、美容下巴植入物、美容面颊植入物、避孕装置、药物递送装置、医疗机器或设备(例如，透析或心肺旁路机)以及整形外科植入物。35.权利要求34的基底，其中整形外科植入物选自用于以下的植入物：全膝关节置换(TKR)、全髋关节置换(THR)、全肩关节置换(TSR)、全肘关节置换(TER)、全腕关节置换(TWR)、全踝关节置换(TAR)以及其组件。36.权利要求23的基底，其中基底选...

【专利技术属性】
技术研发人员：EL郑，CA盖蒙，MR汉森，B利，
申请(专利权)人：艾奥瓦大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国,US