一种高强度固有抗菌水凝胶及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种高强度固有抗菌水凝胶及其制备方法、应用，所述方法包括：将含有季磷盐的阳离子电解质单体、带有羧酸根基团的阴离子单体、引发剂以及去离子水在室温下混合后，通入惰性气体，静置后得到前驱体溶液；将前驱体溶液装入反应模具后，引发自由基聚合反应，得到预制态的水凝胶；将预制态的水凝胶浸泡在去离子水中，得到高强度固有抗菌水凝胶。得到高强度固有抗菌水凝胶。得到高强度固有抗菌水凝胶。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度固有抗菌水凝胶及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶材料领域，具体涉及一种高强度固有抗菌水凝胶及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]呼吸机相关肺炎(VAP)是重症监护室发病率和死亡率的主要原因，而气管插管是VAP最重要的诱发因素。以往的研究表明，长时间的气管插管会增加以下风险：作为细菌增殖的库房；增加细菌对气道的附着和定植；需要存在创伤口咽上皮的异物；影响纤毛清除和咳嗽等。微生物附着在气管导管的内外表面，抵抗抗菌剂和宿主防御系统的作用。在插管的前三天，气道内的菌株主要是金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌。随着机械通气时间的进一步延长和抗生素的使用，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)逐渐占优势，并发现大量真菌，主要是白色念珠菌。因此，开发具有良好组织相容性和高效广谱抗菌性的导管，以有效抑制滋生和贮存在导管内、外壁的各种典型微生物是非常必要的。
[0003]水凝胶是一类有价值的多孔材料，由于其结构和成分与天然细胞外基质相似，在生物医学工程领域引起了越来越多的兴趣，尤其是作为抗菌材料。然而，绝大多数抗菌水凝胶都加载了抗生素或无机纳米颗粒来杀死细菌和真菌。这种方法不能有效地控制抗菌成分的释放，且不可持续，还可能导致细菌耐药性、过敏反应和其他副作用，造成其他危害。特别是，有效的抗真菌药物相对稀少，导致真菌耐药性急剧增加。与负载型抗菌水凝胶相比，非释放型抗菌材料可有效减少对组织的二次损伤，并可长期杀灭有害微生物。此外，由于强调伤口部位的可注射性，传统抗菌水凝胶的机械性能普遍较弱，限制了其在高应力负荷条件下的应用。
[0004]人们提出了许多策略来提高水凝胶的机械强度，包括双网水凝胶、金属配位的交联水凝胶等。尽管它们具有良好的强度和韧性，但在应力加载过程中，永久性和不可逆的交联键断裂会导致机械性能下降，并阻碍其自我恢复和愈合过程。此外，大多数化学交联剂是有毒的，会损害水凝胶的生物相容性。因此，完全物理交联的高强度水凝胶有望解决上述问题。
[0005]受壳聚糖杀菌机制的启发，人们研究了许多含有正电荷的非释放型抗菌材料，如季铵化合物(QACs)。然而，随着越来越多的耐药菌的出现，这两类常用材料已不能满足抗菌需求。季磷盐类杀菌剂是20世纪90年代研究发现的一种新型高效广谱杀菌剂。与QACs的氮原子相比，磷原子具有更大的原子半径，可能引起更强的极化效应，这有利于季磷化合物(QPCs)更容易吸附在带负电的细菌膜上。因此，QPCs的抗菌活性通常比QACs高两个数量级。但目前，关于季磷盐抗菌剂的研究集中在小分子单体和聚合物上，极少见在水凝胶中的应用。
[0006]现在，很多功能化的水凝胶已经被开发出来，但医用全水凝胶导管尚未被报道。使用水凝胶直接制造导管需要满足三个基本条件：1)广谱、高效的材料固有微生物抑制作用，尤其是对耐药菌和真菌；2)足够的硬度和强度来支撑；3)对组织表面没有刺激。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供了一种高强度固有抗菌水凝胶及其制备方法、应用。
[0008]根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种高强度固有抗菌水凝胶的制备方法，所述方法包括：
[0009](1)将含有季磷盐的阳离子电解质单体、带有羧酸根基团的阴离子单体、引发剂以及去离子水在室温下混合后，通入惰性气体，静后得到前驱体溶液；
[0010](2)将前驱体溶液装入反应模具后，引发自由基聚合反应，得到预制态的水凝胶：
[0011](3)将预制态的水凝胶浸泡在去离子水中充分平衡，得到高强度固有抗菌水凝胶。
[0012]进一步地，含有季磷盐的阳离子电解质单体在前驱体溶液中的摩尔浓度为0.2～1.5mol/L；带有羧酸根基团的阴离子单体在前驱体溶液中的摩尔浓度为1.5～3mol/L；引发剂在前驱体溶液中的量为含有季磷盐的阳离子电解质单体、带有羧酸根基团的阴离子单体的摩尔数之和的0.5％；惰性气体为氮气或氩气，以0.5L/min的流量通入15～30分钟。
[0013]进一步地，带有羧酸根基团的阴离子单体包括丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体。
[0014]进一步地，所述的引发剂为紫外光引发剂或热引发剂。
[0015]进一步地，所述的紫外光引发剂为2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮或α
‑
酮戊二酸；所述的热引发剂为过硫酸钾。
[0016]进一步地，将预制态的水凝胶浸泡在去离子水中包括：将预制态的水凝胶浸泡在温度为0～20摄氏度的去离子水中。
[0017]进一步地，将预制态的水凝胶浸泡在去离子水中包括：将预制态的水凝胶浸泡在温度为4～6摄氏度的去离子水中。
[0018]根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种高强度固有抗菌水凝胶，由上述的高强度固有抗菌水凝胶的制备方法制得。
[0019]根据本专利技术实施例的第三方面，提供了一种高强度固有抗菌水凝胶在医用抗菌导管中的应用。
[0020]进一步地，所述医用抗菌导管包括导尿管、呼吸机导管、呼吸面罩导管或输液管。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果具体体现在：
[0022]1、通过一步无规自由基聚合制备高强度抗菌水凝胶，反应条件温和、操作简单易行、耗时短。
[0023]2、本专利技术提供的高强度固有抗菌水凝胶的制备方法制得的水凝胶在平衡态具有出色的力学性能，强度可以超过1 0MPa，模量可以达到200MPa。
[0024]3、本专利技术提供的高强度抗菌水凝胶通过全物理方法进行交联，避免了有毒的化学交联剂，受力之后可以实现100％自恢复，且恢复速度快(10min之内)。
[0025]4、本专利技术提供的高强度固有抗菌水凝胶可以制备医用机械通气导管(不限于气管导管)，具有广谱的强抗菌特性，针对造成机械通气病人感染的几种常见微生物均有很强的抑制特性，特别是耐药细菌和真菌(如大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和白色念珠菌)。
[0026]5.利用本专利技术提供的高强度固有抗菌水凝胶的制备方法制得的水凝胶呈无色，具有出色的透明性。
[0027]6.利用本专利技术提供的高强度固有抗菌水凝胶的制备方法制得的水凝胶相比商用
PVC材料具有更低的摩擦系数，更加优异的水润滑性。
[0028]7、利用本专利技术高强度固有抗菌水凝胶制备的水凝胶导管，其形状和结构刚度均与商用PVC导管相当。
附图说明
[0029]图1为实施例1制备的基于季磷盐阳离子的高强度抗菌聚两性电解质水凝胶在去离子水中的溶胀过程曲线。
[0030]图2为实施例2制备的不同阳离子和阴离子比例的高强度抗菌水凝胶的力学性能图。其中，图2中的a)为拉伸应力
‑
应变曲线图，图2中的b)为拉伸性能图。
[0031]图3为实施例2制备的不同阳离子和阴离子比例的高强度抗菌水凝胶的的平衡态溶胀比和含水量曲线。其中，图3中的a)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度固有抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将含有季磷盐的阳离子电解质单体、带有羧酸根基团的阴离子单体、引发剂以及去离子水在室温下混合后，通入惰性气体，静置后得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液装入反应模具后，引发自由基聚合反应，得到预制态的水凝胶；(3)将预制态的水凝胶浸泡在去离子水中充分平衡，得到高强度固有抗菌水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种高强度固有抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，含有季磷盐的阳离子电解质单体在前驱体溶液中的摩尔浓度为0.2～1.5mol/L；带有羧酸根基团的阴离子单体在前驱体溶液中的摩尔浓度为1.5～3mol/L；引发剂在前驱体溶液中的量为含有季磷盐的阳离子电解质单体、带有羧酸根基团的阴离子单体的摩尔数之和的0.5％；惰性气体为氮气或氩气，以0.5L/min的流量通入15～30分钟。3.根据权利要求1所述的一种高强度固有抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，带有羧酸根基团的阴离子单体包括丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体。4.根据权利要求1所述的一种高强度固有抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为紫外光引...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥任，郭刚，李天瑜，吴子良，钱劲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：