一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法及应用，属于材料技术领域。为了克服带正电杀菌高聚物生物相容性差，且粘附细菌残骸的缺点，本发明专利技术提供了一种简单、高效，在温和反应条件下通过高分子化学气相沉积方法，一步合成双层高分子抗菌薄膜P(DMAMS‑co‑EGDA)‑g‑P(VP‑co‑EGDA)。该薄膜结合了下层P(DMAMS‑co‑EGDA)的杀菌功能，以及上层P(VP‑co‑EGDA)良好的生物相容性；此外，杀菌后，通过提高环境pH值，细菌残骸在双层薄膜上易脱落，实现抗细菌粘附的功能，且能多次循环使用，其良好的稳定性有利于将其应用于医疗器具表面，从而降低细菌引起的感染。

Preparation and application of antibacterial polymer film by CVD

The invention discloses a method for preparing an antibacterial polymer film by chemical vapor deposition and its application, belonging to the technical field of materials. In order to overcome the poor biocompatibility of polymer with positive electric sterilization and the defect of adhering to bacterial remains, the invention provides a simple and efficient method for one-step synthesis of double-layer polymer antibacterial film P (dmams \u2011 Co \u2011 EGDA) \u2011 g \u2011 P (VP \u2011 Co \u2011 EGDA) by polymer chemical vapor deposition under mild reaction conditions. The film combines the bactericidal function of the lower layer P (dmams \u2011 Co \u2011 EGDA) and the good biocompatibility of the upper layer P (VP \u2011 Co \u2011 EGDA); in addition, after sterilization, by increasing the environmental pH value, the bacterial debris is easy to fall off on the double-layer film, realizing the function of anti bacterial adhesion, and can be used repeatedly. Its good stability is conducive to the application of the film on the surface of medical devices, thereby reducing the fineness Bacterial infection.

【技术实现步骤摘要】
一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法及应用
本专利技术属于材料
，涉及抗菌聚合物薄膜的制备，具体涉及一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法及应用。
技术介绍
近年来，抗菌聚合物广泛应用于生物医学领域，通过修饰生物医用材料表面，抗菌聚合物能够有效提高生物医用材料的抗菌效率，降低医用材料的细菌感染几率。绝大多数细菌在自然环境中带负电，因而，带正电荷的抗菌聚合物通过静电作用吸引细菌并且使细菌细胞壁和细胞膜中的物质发生迁移，从而破坏细菌细胞壁和细胞膜的结构，导致细菌死亡，例如聚季铵类和聚吡啶类的抗菌剂。但是，由于抗菌材料表面带有正电荷，被杀死的细菌残骸仍然吸附在材料表面，从而阻止材料进一步杀菌，此外，大量的正电荷使得抗菌材料的生物相容性较差。因此，开发具有抗细菌粘附和良好生物相容性的抗菌聚合物十分必要。由于材料表明的性质对于抗菌和细胞相容性极其重要，所以表面修饰在抗菌材料的制备上具有重要的作用。高分子镀膜技术可以有效地在材料表面镀覆一层抗菌薄膜。传统的液相高分子薄膜制备方法(如喷涂、浸涂、旋涂等)较难控制薄膜厚度，在结构复杂的表面难以形成均匀薄膜。而且，薄膜涂覆过程中往往需要使用有机溶剂，因此不适用于对有机溶剂敏感的基底(如塑料等),同时，有机溶剂的残留会对人体健康产生危害。其他功能高分子薄膜制备方法能够将带正电的高聚物镀覆在医用布料和输尿管的表面，但是细菌残骸仍会吸附在材料表面，且生物相容性较差。因此如何制备具有良好生物相容性且抗菌粘附的杀菌聚合物薄膜有重要的意义。
技术实现思路
>为了克服带正电杀菌高聚物生物相容性差，且粘附细菌残骸的缺点，本专利技术提供了一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法及应用，该制备方法是一种简单、高效、反应条件温和，通过高分子化学气相沉积方法，一步合成具有杀菌、pH响应性释放细菌残骸、能循环使用、且生物相容性良好的双层高分子薄膜P(DMAMS-co-EGDA)-g-P(VP-co-EGDA)(DMAMS：dimethylaminomethylstyrene，N,N-二甲基乙烯基苯甲胺；EGDA：ethyleneglycoldiacrylate，乙二醇二丙烯酸酯；VP：N-vinyl-2-pyrrolidone，1-乙烯基-2吡咯烷酮)。双层薄膜结合了下层P(DMAMS-co-EGDA)的杀菌功能，以及上层P(VP-co-EGDA)的抗细菌粘附功能和良好的生物相容性，使其具有多功能抗菌性能。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现：一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法，包括以下步骤：将基底放置于化学气相沉积的反应器样品台上，将引发剂二叔丁基过氧化物、第一功能单体N,N-二甲基乙烯基苯甲胺(DMAMS)以及交联剂乙二醇二丙烯酸酯(EGDA)分别加热到使其气化，然后让引发剂、第一功能单体和交联剂流入反应器；将镍铬丝排列在反应台上方并且加热至预期温度；让引发剂进入反应器，经镍铬丝加热分解产生自由基，进而引发第一功能单体和交联剂自由基链式聚合反应，合成的第一高聚物P(DMAMS-co-EGDA)沉积在基底材料上形成底层薄膜；通过监控底层薄膜厚度达到预期要求时，第一功能单体停止流入；将第二功能单体1-乙烯基-2吡咯烷酮(VP)加热气化后流入反应器中，在引发剂作用下第二功能单体和交联剂聚合反应，合成的第二高聚物P(VP-co-EGDA)沉积在底层薄膜上形成第二薄膜；通过监控第二薄膜厚度达到预期要求时，第二功能单体停止流入；反应结束后，将基底上制备得到的样品水洗除去残留的单体，晾干得到抗菌聚合物薄膜。作为本专利技术的进一步改进，第一功能单体和交联剂的摩尔比为(8:1)～(16:1)，第二功能单体和交联剂的摩尔比为(1.25:1)～(3:1)。作为本专利技术的进一步改进，第一薄膜的厚度不小于600nm，第二薄膜的厚度不超过200nm。作为本专利技术的进一步改进，所述的基底为塑料片、玻璃片或硅片；所述基底使用前，先用无水乙醇超声处理。作为本专利技术的进一步改进，沉积过程中基底温度由水循环系统控制并由热电偶监控温度不伤害基底材料的性能。作为本专利技术的进一步改进，镍铬丝排列在反应台上方2.5cm-3cm处，镍铬丝加热至200-400℃。作为本专利技术的进一步改进，反应器的压力由节流阀控制在0.1-1.0Torr，参与反应的各单体的流量由质量流量控制器来控制。作为本专利技术的进一步改进，沉积过程中通过实时激光干涉仪监控薄膜厚度。作为本专利技术的进一步改进，所述的抗菌聚合物薄膜为双层高分子薄膜P(DMAMS-co-EGDA)-g-P(VP-co-EGDA)，其中，下层为P(DMAMS-co-EGDA)，上层为P(VP-co-EGDA)。所述的方法制备得到的抗菌聚合物薄膜作为生物医用表面抗菌材料的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果和优点：与传统的液相高分子薄膜制备方法相比，高分子化学气相沉积法是一种绿色功能高分子薄膜制备方法，其结合传统的液相自由基聚合反应与化学气相沉积技术，将聚合所需的引发剂和功能单体气化引入腔体，在较低加热温度下诱导引发剂裂解产生自由基，使单体通过自由基聚合反应生成高分子薄膜并且沉积于基底上。此外，由于高分子化学气相沉积的反应条件温和，与反应条件激烈的等离子体化学气相沉积相比，它对薄膜无损伤，且能保留薄膜官能团不受影响。而且，高分子化学气相沉积反应过程不使用对人体有害的有机溶剂，它已经将带正电的高聚物P(DMAMS-co-EGDA)镀覆在医用布料和输尿管的表面，具有超过99.9％的杀菌效果。此外，高分子化学气相沉积制备的亲水性P(VP-co-EGDA)具有抗细菌粘附的功能和良好的生物相容性。本专利技术通过高分子化学气相沉积方法在抗菌的P(DMAMS-co-EGDA)表面镀覆亲水的P(VP-co-EGDA)，从而制备具有良好生物相容性且抗菌粘附的杀菌聚合物薄膜P(DMAMS-co-EGDA)-g-P(VP-co-EGDA)。由于自然界中绝大部分细菌带负电荷，正电荷的材料通过静电作用吸引细菌至表面且杀灭细菌，但是细菌死亡后，带负电的细菌残骸会粘附在正电荷的材料表面影响其进一步杀菌性能，故本专利技术中双层材料在杀灭细菌的同时不粘附细菌残骸。优选地，上层亲水的P(VP-co-EGDA)具有良好的抗细菌粘附能力，但是，在中性pH下，双层的薄膜没有抗细菌粘附的能力，所以，杀菌之后，提高缓冲液的pH到10，使得下层P(DMAMS-co-EGDA)不带正电，整个环境带负电荷，材料对细菌残骸不再具有静电吸引作用，从而细菌残骸能够从双层的表面释放。单层的P(DMAMS-co-EGDA)杀菌后，提高pH后，薄膜电性改变仍然不能释放细菌，说明细菌已经固定在P(DMAMS-co-EGDA)表面，但是上层P(VP-co-EGDA)的亲水性阻止细菌在双层薄膜表面的粘附，细菌在双层材料表面的粘附只是由于下层P(DMAMS-co-EGDA)的静电吸引作用，一旦pH升高，细菌和材料表面的静电吸引变为静电排斥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将基底放置于化学气相沉积的反应器样品台上，将引发剂二叔丁基过氧化物、第一功能单体N,N-二甲基乙烯基苯甲胺以及交联剂乙二醇二丙烯酸酯分别加热到使其气化，然后让引发剂、第一功能单体和交联剂流入反应器；/n将镍铬丝排列在反应台上方并且加热至预期温度；让引发剂进入反应器，经镍铬丝加热分解产生自由基，进而引发第一功能单体和交联剂自由基链式聚合反应，合成的第一高聚物沉积在基底材料上形成底层薄膜；通过监控底层薄膜厚度达到预期要求时，第一功能单体停止流入；/n将第二功能单体1-乙烯基-2吡咯烷酮加热气化后流入反应器中，在引发剂作用下第二功能单体和交联剂聚合反应，合成的第二高聚物沉积在底层薄膜上形成第二薄膜；通过监控第二薄膜厚度达到预期要求时，第二功能单体停止流入；/n反应结束后，将基底上制备得到的样品水洗除去残留的单体，晾干得到抗菌聚合物薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基底放置于化学气相沉积的反应器样品台上，将引发剂二叔丁基过氧化物、第一功能单体N,N-二甲基乙烯基苯甲胺以及交联剂乙二醇二丙烯酸酯分别加热到使其气化，然后让引发剂、第一功能单体和交联剂流入反应器；
将镍铬丝排列在反应台上方并且加热至预期温度；让引发剂进入反应器，经镍铬丝加热分解产生自由基，进而引发第一功能单体和交联剂自由基链式聚合反应，合成的第一高聚物沉积在基底材料上形成底层薄膜；通过监控底层薄膜厚度达到预期要求时，第一功能单体停止流入；
将第二功能单体1-乙烯基-2吡咯烷酮加热气化后流入反应器中，在引发剂作用下第二功能单体和交联剂聚合反应，合成的第二高聚物沉积在底层薄膜上形成第二薄膜；通过监控第二薄膜厚度达到预期要求时，第二功能单体停止流入；
反应结束后，将基底上制备得到的样品水洗除去残留的单体，晾干得到抗菌聚合物薄膜。


2.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法，其特征在于，第一功能单体和交联剂的摩尔比为(8:1)～(16:1)，第二功能单体和交联剂的摩尔比为(1.25:1)～(3:1)。


3.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备抗菌聚合物薄膜的方法，其特征在于，第一薄膜的厚度不小于600nm，第二薄膜的厚度不超过200nm。

【专利技术属性】
技术研发人员：宋青，李鹏，谢玫珍，黄维，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61