一种pH响应型控释杀菌涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种pH响应型控释杀菌涂层及其制备方法和应用，本发明专利技术经过Fe

【技术实现步骤摘要】
一种pH响应型控释杀菌涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种pH响应型控释杀菌涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]人体组织或器官离开正常解剖部位，通过先天或后天形成的薄弱点、缺损或孔隙进入另一部位的疾病，称为疝气。疝气对人类的生命与生活质量造成严重影响。聚丙烯疝补片因其具有抗张力强、软硬适度、生物相容性好等特性而被广泛应用于疝气的无张力修补术中。然而，聚丙烯材料本身缺乏抗菌性能，其长期留置在人体内存在细菌感染的风险。众所周知，植入材料的感染问题一直是导致手术失败的主要因素之一。
[0003]对植入材料进行表面改性可有效应对细菌感染问题，Xiakeer Saitaer等人(SAITAER X,SANBHAL N,QIAO Y,et al.Polydopamine
‑
Inspired Surface Modification of Polypropylene Hernia Mesh Devices via Cold Oxygen Plasma:Antibacterial and Drug Release Properties[J].Coatings,2019,9(3).)采用氧等离子体活化处理聚丙烯(PP)，随后采用多巴胺将抗菌药物左氧氟沙星负载在聚丙烯疝补片上达到改善抗菌性能的目的。然而，该研究还存在一些有待改善的问题：首先，细菌耐药性危机使得研究人员不得不考虑在材料改性中避免抗生素的使用；其次，该研究制备的PP疝补片只在6天内体现出杀菌效果，药物释放时间为24h，抗菌性能随着药物的释放而逐渐消失，即抗菌效果不具备长效性；最后，抗菌性能的发挥不具备控释效果，极有可能在没有感染的情况下已经将药物完全释放，达不到杀菌效果的同时还可能存在一定的副作用。
[0004]鉴于此，亟需开发一种不易产生耐药性、长效抗菌以及响应型控释杀菌的表面改性涂层为聚丙烯疝补片等植入材料在临床上成功应用保驾护航。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有表面改性的植入材料所存在的不足之处，而提供了pH响应型控释杀菌涂层及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的构思：
[0007]出于目前针对PP植入材料进行表面改性以应对细菌感染相关技术存在的问题，本专利技术提出了一种pH响应型控释杀菌涂层及其制备方法。本专利技术研究团队首先考虑到制备的涂层需要具有良好的附着力，因而选择了单宁酸(TA)，TA属于天然多酚化合物且具有一定的抗菌性能，其含有丰富的邻苯二酚或邻苯三酚基团(约25个羟基)，因此可以参与金属离子螯合、离子配对、氢键等非共价相互作用，这使得TA与各种物质表现出非常高的亲和力。其中，TA与多种金属离子的螯合作用引起了本专利技术研究团队的研究兴趣，Fe
3+
能够与TA快速络合(基本在2min内完成)，且其络合物(Fe
3+
/TA)由于质子化效应而具有pH响应性，在生理pH下，Fe
3+
/TA形成三络合物，在pH介于3到6时，其转变为双络合物，小于3时，形成单络合物；Fe
3+
/TA络合物的pH响应性使得本专利技术研究团队推测其具有pH响应杀菌效果，因为其转变为
双络合物的pH范围正好和感染引起的胃酸环境(pH约为5.5)相契合，恰好可用来应对植入材料常见的医源性感染并发症的问题，同时可达到控释。除此之外，Cu
2+
作为一种常见的广谱抗菌金属离子，本专利技术研究团队基于Fe
3+
/TA络合物的pH响应性，大胆推测Cu
2+
与TA的络合物(Cu
2+
/TA)应该同样具有pH响应杀菌性能且具有广谱杀菌性能；因此，本专利技术对Cu
2+
/TA的pH响应性杀菌效果进行验证。进一步地，也考察了两种络合物(Fe
3+
/TA和Cu
2+
/TA)同时存在的情况下其抗菌性能的变化。
[0008]鉴于以上构思，本专利技术进行了单独Fe
3+
/TA络合物沉积涂层、单独Cu
2+
/TA络合物沉积涂层以及二者交替沉积涂层抗菌性能的验证。当然，除此之外，也可以选择其他无明显毒副作用以及可与TA络合的金属离子，开发其用作制备涂层的潜力，如Zn
2+
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
[0010]一种pH响应型控释杀菌涂层，其特殊之处在于：包括单独沉积的N层Fe
3+
/单宁酸络合物层(Fe
3+
/TA络合物层)、或者单独沉积的M层Cu
2+
/单宁酸络合物层(Cu
2+
/TA络合物层)，或者交替沉积的S层Fe
3+
/单宁酸络合物层和S层Cu
2+
/单宁酸络合物层；其中，N、M与S的取值取值范围均为1～6。
[0011]在生理pH下，Fe
3+
/TA形成三络合物，在pH介于3到6时(感染微环境pH约为5.5)，其转变为双络合物，达到TA的控释。
[0012]进一步地，关于所述交替沉积S层Fe
3+
/单宁酸络合物层和S层Cu
2+
/单宁酸络合物层为自下而上交替叠加，且考虑到单宁酸TA与Fe
3+
的络合最强，因此将Fe
3+
/TA放在了首次沉积。
[0013]上述pH响应型控释杀菌涂层的制备方法，其特殊之处在于：
[0014]将进行表面活化处理的植入材料(表面活化处理完之后应立即进行沉积，表面活化主要是因为植入材料表面惰性，为了获得羟基等活性基团，便于后期改性)N次浸没在Fe
3+
/单宁酸混合溶液(即单宁酸和FeCl3混合溶液)中，或者M次浸没在Cu
2+
/单宁酸混合溶液(即单宁酸和CuCl2混合溶液)中，或者S次交替浸没在Fe
3+
/单宁酸混合溶液和Cu
2+
/单宁酸混合溶液中，最终在植入材料表面得到pH响应型控释杀菌涂层；
[0015]其中，每次浸没时长为2～10min(低于2min，涂层会比较薄甚至具有多孔结构，而浸没时间过久，络合物会沉积在反应容器的下部，或者涂层过厚脱落，且金属离子含量过多可能对细胞生长不利)，且每次浸没完取出后均先置于超纯水中漂洗，在40
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60℃下烘干后再进行下一次浸没。
[0016]进一步地，考虑到单宁酸TA与Fe
3+
的络合最强，关于多次交替浸没，进行表面活化处理的植入材料选择先在Fe
3+
/单宁酸混合溶液中浸没，烘干后再在Cu
2+
/单宁酸混合溶液中浸没，重复S次。
[0017]进一步地，在Fe
3+
/单宁酸混合溶液中浸没，每次浸没时间为2min(2min内就可完成络合，大大节省本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种pH响应型控释杀菌涂层，其特征在于：包括N层Fe
3+
/单宁酸络合物层，N取1～6；或者，M层Cu
2+
/单宁酸络合物层，M取1～6；或者，交替沉积的S层Fe
3+
/单宁酸络合物层和S层Cu
2+
/单宁酸络合物层，S取1～6。2.根据权利要求1所述pH响应型控释杀菌涂层，其特征在于：所述交替沉积的S层Fe
3+
/单宁酸络合物层和S层Cu
2+
/单宁酸络合物层由Fe
3+
/单宁酸络合物层和Cu
2+
/单宁酸络合物层自下而上交替沉积。3.权利要求1或2所述pH响应型控释杀菌涂层的制备方法，其特征在于：将进行表面活化处理的植入材料N次浸没在Fe
3+
/单宁酸混合溶液中；或者，将进行表面活化处理的植入材料M次浸没在Cu
2+
/单宁酸混合溶液中；或者，将进行表面活化处理的植入材料S次交替浸没在Fe
3+
/单宁酸混合溶液和Cu
2+
/单宁酸混合溶液中；最终在植入材料表面得到pH响应型控释杀菌涂层；其中，每次浸没时长为2～10min，且每次浸没完取出后均先置于超纯水中漂洗，在40～60℃下烘干后再进行下一次浸没。4.根据权利要求3所述pH响应型控释杀菌涂层的制备方法，其特征在于：将进行表面活化处理的植入材料先在Fe
3+
/单宁酸混合溶液中浸没，烘干后再在Cu
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【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，丁瑞，鲁楚瑶，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：