一种具有pH响应功能的抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种抗菌涂层，包括具有式(I)所示结构的两性离子聚合物。本发明专利技术设计的聚合物具有pH响应性官能团，在有细菌导致的酸化环境中，响应性官能团结构变化脱去负电基团，此时聚合物表现为正电，聚合物表现为抗菌性，实现针对细菌微环境有效杀菌。另外，在聚合物上引入二苯甲酮类衍生物作为光固化或交联基团，可实现聚合物在医疗器材表面的牢固涂敷。本发明专利技术提供的自适应抗菌涂层将光固化基团与两性离子基团结合构建出两性离子聚合物，通过这一种聚合物实现抗粘附和响应性抗菌的双重功能。而且制备过程更加简单，设备需求低，易操作，可行性高。可行性高。可行性高。

【技术实现步骤摘要】
一种具有pH响应功能的抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于抗菌医疗器械领域，涉及一种抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法，尤其涉及一种具有pH响应功能的抗菌涂层、具有pH响应功能的抗菌涂层的功能材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]细菌在环境和人体中无处不在，导致人类疾病的致病菌会对公众健康构成严重威胁，最常见的细菌衍生疾病是食源性疾病，尿路感染，感染性传播和院内感染。材料表面上细菌粘附、增长繁殖，甚至形成生物膜是导致医用材料植入失败的主要原因。同样的，细菌在生物医用材料表面的粘附、增殖乃至形成生物膜是造成医疗器械的污染、引起医疗器械相关感染的主要原因。病人在住院期间需要接受各种诊断和治疗措施，如气管插管、泌尿道插管、手术治疗等，这就为微生物通过各种被污染器械进入患者体内并引发感染提供了条件。在医疗器械的使用过程中，生物材料表面易黏附细菌及其他污染物，引发医疗器械相关细菌感染，从而造成器械功能衰减或失效，甚至引发全身性细菌感染，导致患者死亡。医院感染不仅造成患者发病率和病死率显著增加，还给患者及社会造成沉重的经济损失，对全球医疗卫生事业提出了严峻挑战。据统计，医院感染造成的额外病死率为4％～33％。美国每年约有72万人次发生院内感染，导致约7.5万人死亡，增加医疗费用约45亿到110亿美元。由此可见，防治医疗器械相关感染具有极大的迫切性。
[0003]然而器材表面的细菌感染并非是一个简单的过程，其是一种先粘附、再滋生的动态过程，这就需要抗菌器材表面具有与细菌感染程度相匹配的自适应性。抗细菌粘附和杀菌策略构建抗感染表面是常用的应对医疗器械相关感染的两种有效途径。传统抗菌表面根据其操作机制通常分为两类：(i)被动防御抗菌表面使用非污染材料，以防止细菌的初始附着，如聚乙二醇(PEG)和两性离子聚合物。但是该类表面仅能阻滞的细菌粘附，细菌附着后仍然会在表面增殖乃至形成生物膜。(ii)活性攻击抗菌表面使用合成或天然杀生物剂杀死附着的细菌。主动攻击表面通常会遇到与死细菌和碎屑堆积有关的问题，这不仅会屏蔽功能基团，从而降低杀菌效果，而且还可作为调理膜为后续细菌粘附提供营养，从而导致免疫反应或炎症。同时生物毒性大，易会引发机体炎症和免疫反应。
[0004]因此，如何能够设计出一种材料，将这两种互补方法组合以在一个表面中形成细菌抗性和杀菌功能，形成动态的反映过程，而且还能与器材构建一体化材料表面，解决上述缺陷，从而能够实现对医疗器械相关感染的预防、诊断、控制和处置，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员关注的焦点之一。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于一种抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法，特别是一种具有pH响应功能的抗菌涂层。本专利技术提供的抗菌涂层，在有细
菌导致的酸化环境中，响应性官能团结构变化脱去负电基团，此时聚合物表现为正电，具有抗菌性，实现针对细菌微环境有效杀菌，实现分阶段、分时间和分场景的高效抗菌。另外还可实现聚合物在医疗器材表面的牢固涂敷。
[0006]本专利技术提供了一种抗菌涂层，包括具有式(I)所示结构的两性离子聚合物：
[0007][0008]其中，x、y为聚合度，各种独立的选自1～2000的整数；
[0009]R选自式(r01)～(r05)所示结构中的一种或多种；
[0010][0011]其中，n为大于等于1的整数；
[0012]R1选自式(r11)～(r14)所示结构中的一种或多种；
[0013][0014]其中，m为大于等于1的整数；
[0015]R2选自
[0016]其中，a为2～16的整数；
[0017]R3选自式(r31)～(r39)所示结构中的一种或多种；
[0018][0019]R4选自式(r41)～(r47)所示结构中的一种或多种；
[0020][0021]优选的，所述n为1～100的整数；
[0022]所述m为1～10的整数；
[0023]所述抗菌涂层由具有式(I)所示结构的两性离子聚合物，和有机溶剂混合后，得到涂层液，再经反应后得到；
[0024]所述涂层液中，所述具有式(I)所示结构的两性离子聚合物的质量浓度为0.1％～20％。
[0025]优选的，所述有机溶剂包括乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、苯甲醇、甲苯、邻苯二甲酸酯、乙酸乙酯、二甲基亚砜、四氢呋喃、丙酮、环己酮、丁酮、正庚烷、庚烷、环己烷、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种；
[0026]所述涂层中具有式(I)所示结构的两性离子聚合物分子内和/或式(I)所示结构的两性离子聚合物分子间相互交联的三维网络结构；
[0027]所述涂层的厚度为0.005～100μm；
[0028]所述反应为紫外光固化反应。
[0029]优选的，所述涂层中，所述具有式(I)所示结构的两性离子聚合物分子内和/或式(I)所示结构的两性离子聚合物分子间相互交联的结构为C-C交联结构；
[0030]所述涂层与被涂基体通过化学键键连；
[0031]所述化学键为C-C键；
[0032]所述被涂基体的表面，通过具有式(I)所示结构的两性离子聚合物，交联在所述三维网络结构上。
[0033]本专利技术提供了一种具有抗菌涂层的功能材料，包括基体材料和复合在所述基体材料上的具有响应功能的抗菌涂层；
[0034]所述具有响应功能的抗菌涂层包括上述技术方案任意一项所述的抗菌涂层。
[0035]优选的，所述响应功能包括pH响应功能；
[0036]所述基体材料的材质包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、天然橡胶、硅胶、乳胶、热塑性弹性体、聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种；
[0037]所述基体材料包括医用材料；
[0038]所述医用材料包括医用导管。
[0039]本专利技术提供了一种如上述技术方案任意一项所述的具有抗菌涂层的功能材料的制备方法，包括以下步骤：
[0040]1)将具有R结构的单体、具有R1结构的单体和第一溶剂进行反应后，经沉淀后得到第一聚合物中间体；
[0041]2)将上述步骤得到的第一聚合物中间体、具有R2X结构的单体卤代烷、具有R3X结构的卤代烷和第一溶剂再次反应后，经沉淀后得到第二聚合物中间体；其中，X选自Cl、Br或I；
[0042]3)将上述步骤得到的第二聚合物中间体、三氟乙酸和第二溶剂进行脱保护反应后，得到第三聚合物中间体；
[0043]4)将上述步骤得到的第三聚合物中间体、具体R4结构的单体和第三溶剂继续反应后，得到具有式(I)所示结构的两性离子聚合物；
[0044]5)将上述步骤得到的具有式(I)所示结构的两性离子聚合物和有机溶剂混合后，得到涂层液；
[0045]6)将上述步骤得到的涂层液复合在材料的表面，再经过紫外光固化后，得到具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌涂层，其特征在于，包括具有式(I)所示结构的两性离子聚合物：其中，x、y为聚合度，各种独立的选自1～2000的整数；R选自式(r01)～(r05)所示结构中的一种或多种；其中，n为大于等于1的整数；R1选自式(r11)～(r14)所示结构中的一种或多种；其中，m为大于等于1的整数；R2选自其中，a为2～16的整数；R3选自式(r31)～(r39)所示结构中的一种或多种；
R4选自式(r41)～(r47)所示结构中的一种或多种；2.根据权利要求1所述的抗菌涂层，其特征在于，所述n为1～100的整数；所述m为1～10的整数；所述抗菌涂层由具有式(I)所示结构的两性离子聚合物，和有机溶剂混合后，得到涂层液，再经反应后得到；所述涂层液中，所述具有式(I)所示结构的两性离子聚合物的质量浓度为0.1％～20％。3.根据权利要求2所述的抗菌涂层，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、苯甲醇、甲苯、邻苯二甲酸酯、乙酸乙酯、二甲基亚砜、四氢呋喃、丙酮、环己酮、丁酮、正庚烷、庚烷、环己烷、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种；所述涂层中具有式(I)所示结构的两性离子聚合物分子内和/或式(I)所示结构的两性离子聚合物分子间相互交联的三维网络结构；所述涂层的厚度为0.005～100μm；所述反应为紫外光固化反应。4.根据权利要求3所述的抗菌涂层，其特征在于，所述涂层中，所述具有式(I)所示结构的两性离子聚合物分子内和/或式(I)所示结构的两性离子聚合物分子间相互交联的结构
为C-C交联结构；所述涂层与被涂基体通过化学键键连；所述化学键为C-C键；所述被涂基体的表面，通过具有式(I)所示结构的两性离子聚合物，交联在所述三维网络结构上。5.一种具有抗菌涂层的功能材料，其特征在于，包括基体材料和复合在所述基体材料上的具有响应功能的抗菌涂层；所述具有响应功能的抗菌涂层包括权利要求1～4任意一项所述的抗菌涂层。6.根据权利要求5所述的功能材料，其特征在于，所述响应功能包括pH响应功能；所述基体材料的材质包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、天然橡胶、硅胶、乳胶、热塑性弹性体、聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种；所述基体材料包括医用材料；所述医用材料包括医用导管。7.一种如权利要求6～7任意一项所述的具有抗菌涂层的功能材料的制备方法，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫顺杰，张桢焱，周容涛，栾世方，万雪，孙振龙，张帅，殷敬华，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所威海洁瑞医用制品有限公司，
类型：发明
国别省市：