一氧化氮-释放性涂层制造技术

根据本发明专利技术的实施方案提供了由包含骨架烷氧基硅烷和二醇二氮烯-改性的烷氧基硅烷的溶胶前体溶液形成的NO-释放性溶胶-凝胶涂层。还提供了生产NO-释放性溶胶-凝胶涂层的方法。所述方法可包括：(a)使包含骨架烷氧基硅烷和二醇二氮烯-改性的烷氧基硅烷的溶胶前体溶液在溶剂中共缩合，以形成溶胶；(b)使用所述溶胶涂布基材；和(c)干燥所述溶胶，以形成NO-释放性溶胶-凝胶涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及涂布材料。更具体地，本专利技术涉及可施用于各种基材的一氧化氮-释放性涂布材料。本专利技术还涉及涂布材料的方法。
技术介绍
目前，每年超过35，000，000美国人经历涉及人造植入物的外科手术。医疗移植物和装置用于身体的每一个器官并且构成$ 27，900，000，000的产业。由于老龄人群的数字持续增长，预期该数字在将来还会升至更高。虽然广泛使用医疗移植物和装置，但是由于身体对外来材料的反应而存在许多相关的风险。该反应为由于身体试图抵御外来材料侵袭而引起的复杂的生理学级联反应。当移植医疗装置后，蛋白质可被吸附在装置表面上，并且可吸收炎性细胞，其中中性粒细胞和巨噬细胞调节宿主反应。随后，可由巨噬细胞形成外来身体巨大细胞，并且可无限地保留在装置的表面，分泌降解试剂并引起局部破坏，并通常引起慢性炎症。外来身体巨大细胞可分泌触发成纤维细胞在装置周围沉积纤维质包膜的细胞因子，其由胶原的无血管层组成，可将装置与宿主组织有效分离。结果是，由于装置可能不能积极地与周围组织相互作用，组织整合可能无效。这种反应可导致慢性疼痛，并最终，排斥装置。细菌感染也是关注的，由于在外科手术后立即在所有移植部位的几乎90%中可发现细菌。细菌可导致形成生物膜，生物膜可引起具有全身症状的慢性疾病，例如头痛、恶心、呕吐、腹部痉挛、喉咙痛、眼睛痛和发烧，这可使得难以准确诊断。虽然与医疗装置相关的感染的发生率相对低，但是相关的发病率和死亡率高。此外，解决装置感染的成本可为初始移植成本的 5-7 倍。参见 Higashi & Marchant, “ Implant Infections (移植感染)”，VonRecum & Jacobi, Biomaterials Evaluation 493 (1999)。已出现局部化方法来解决预防和治疗感染的移植部位，包括掺杂抗生素的骨水泥和使用抗生素溶液冲洗伤口。然而，仍存在感染的移植部位。以前的研究已鉴定一氧化氮(NO)作为解决关注的无效组织整合、纤维质包封和细菌感染的有希望的候选物。NO为具有许多生物学功能的高度反应性气体。参见，例如，Fang, Nitric Oxide and Infection ( 一氧化氮和感染)(1999) ;Loscalzo 等人，NitricOxide and the Cardiovascular System(一氧化氮和心血管系统)(2000) ;Wang等人(编辑)，Nitric Oxide Donors: for Pharmaceutical and Biological Applications ( 一氧化氮供体用于药物和生物学应用)(2006);和Packer等人，Nitric Oxide: Part C，Biological and Antioxidant Activities ( 一氧化氮部分C,生物学和抗氧化剂活性)(1999)。由于能抑制血小板聚集和白细胞粘着、降低平滑肌增殖和降低炎症，NO能预防或治疗可由与合成的医疗装置接触而引起的并发症，例如再狭窄和血栓形成。此外，NO具有机制复杂的抗微生物活性对抗宽泛的寄生物、真菌、细菌和病毒病原体。这些特性表明，可期望当移植后在侵入性医疗装置的附近提供局部的稳定的NO浓度。以前也制备了能释放NO的溶胶-凝胶涂层。然而，这些制备基于NO-释放性溶胶凝胶的材料的以前的策略通常涉及使用非-NO改性的硅氧烷单层或干凝胶网络涂布基材的表面，接着，使用NO的高压力，对整个基材进行NO改性。该方法将基材的尺寸和形状局限于用于引入NO的高压室的尺寸，并且还可降低可使用NO改性的部位的数量，由于许多硅烷前体结构可隐藏在涂层内并且不能接近与NO反应。此外，不是所有的装置可承受在表面改性之后负载NO所需的苛刻的暴露条件，特别是具有电子元件或敏感的传感器膜的那些。所需的极端压力或碱性条件可导致降解或装置失效。专利技术概述 根据本专利技术的一些实施方案提供了由溶胶前体溶液形成的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，所述溶胶前体溶液包含骨架烷氧基硅烷和二醇二氮烯|翁(diazeniumdiolate)-改性的烷氧基硅烷。此外，在一些实施方案中，溶胶前体溶液包括多官能烷氧基硅烷，所述多官能烷氧基硅烷包括至少一个为所述溶胶-凝胶涂层提供至少一种另外的性质的官能团，例如抗腐蚀活性、抗炎活性、抗微生物活性、抗氧化活性、另外的交联官能团、表面电荷、亲水性和/或疏水性。在一些实施方案中，多官能烷氧基硅烷具有式R’ R’ ’ R’ ’ ’ SiOR，其中R为H、烷基或取代的烷基，R’、R’ ’和R’ ’ ’各自独立地为取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的烷基芳基、取代或未取代的芳基烷基或为所述溶胶-凝胶涂层提供至少一种另外的性质的有机部分，其中R’、R’ ’和R’ ’ ’中的至少一个是为所述溶胶-凝胶涂层提供至少一种另外的性质的有机部分。根据一些实施方案，NO-释放性溶胶-凝胶涂层可具有优良的NO储存能力。例如，在一些实施方案中，涂层的NO储存大于0.01 μ mo I N0*cnT2。根据一些实施方案还提供了涂有至少一层根据本专利技术的一个实施方案的溶胶-凝胶涂层的基材。在一些实施方案中，基材为医疗装置，并且，在一些实施方案中，医疗装置包括金属表面。此外，在本专利技术的一些实施方案中，提供了形成NO-释放性溶胶-凝胶涂层的方法，所述方法包括(a)使包括骨架烷氧基硅烷和二醇二氮烯错-改性的烷氧基硅烷和任选的多官能烷氧基硅烷的溶胶前体溶液在溶剂中共缩合，以形成溶胶；(b)使用所述溶胶涂布基材；和(C)干燥所述溶胶，以形成NO-释放性溶胶-凝胶涂层。在一些实施方案中，溶胶前体溶液可包括碱催化剂。在一些实施方案中，基材通过浸涂、刮涂、喷涂或它们的组合涂布。在一些实施方案中，基材涂有两层或更多层的溶胶和/或另外的涂布材料。此外，在一些实施方案中，使溶胶前体溶液共缩合包括在不存在二醇二氮烯HfJ -改性的烷氧基硅烷下使骨架烷氧基硅烷共缩合指定的时间，随后加入所述二醇二氮烯織-改性的烷氧基硅烷，以形成所述溶胶。附图简述图I提供在本专利技术的一些实施方案中可用于形成涂层的具体的二醇二氮烯Ii-改性的烷氧基硅烷的实例。图2A-2I提供在本专利技术的一些实施方案中可用于形成涂层的具体的多官能烷氧基硅烷的实例。图3说明根据本专利技术的一些实施方案在金属医疗装置上的涂层。图4说明根据本专利技术的一些实施方案骨架烷氧基硅烷和/或二醇二氮烯備-改性的烧氧基娃烧可如何粘合于金属表面。图5为根据本专利技术的一些实施方案，说明涂层的NO通量-时间的图。图6提供的图比较了根据本专利技术的一个实施方案的涂层(“预装载(charged) ”)与两个后装载的NO-释放性涂层(“对比实施例”和“后装载”)的NO储存。 专利技术详述 现在将关于本文提供的描述和方法更详细地描述本专利技术的前述和其他方面。应理解的是，本专利技术可用不同的形式体现，并且不应理解为局限于本文描述的实施方案。而是，提供这些实施方案使得本公开充分和完全，并且为本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。本文中用于本专利技术的描述的术语仅用于描述具体实施方案的目的，不旨在限制本专利技术。除非上下文明确的另外说明，否则用于本专利技术的实施方案和所附权本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.13 US 61/251,1331.一种由溶胶前体溶液形成的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，所述溶胶前体溶液包含骨架烷氧基硅烷和二醇二氮烯错-改性的烷氧基硅烷。2.权利要求I的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述骨架烷氧基硅烷包含至少一种选自以下的烷氧基硅烷甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)、乙基三甲氧基硅烷(ETMOS)、丁基三甲氧基硅烷(BTMOS)、丙基三甲氧基硅烷(PTMOS)、丁基三乙氧基硅烷(BTEOS)、和十八烷基三甲氧基硅烷(ODTMOS)。3.权利要求I的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述二醇二氮烯爾-改性的烷氧基硅烷包含至少一种选自以下的二醇二氮烯領| -改性的氨基烷氧基硅烷N-(6-氨基己基)氨基丙基三甲氧基硅烷(AHAP3) ;N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAP3)；(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二亚乙基三胺(DET3);(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷(AEMP3) ；[3-(甲基氨基)丙基]三甲氧基硅烷(MAP3) ;N_ 丁基氨基-丙基三甲氧基娃烧(n_BAP3);叔丁基氛基-丙基二甲氧基娃烧(t_BAP3) ;N_乙基氛基异丁基二甲氧基硅烷(EAiB3) ;N-苯基氨基-丙基三甲氧基硅烷(PAP3);和N-环己基氨基丙基三甲氧基硅烷(cHAP3)。4.权利要求I的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述溶胶前体溶液包含多官能烷氧基硅烷，所述多官能烷氧基硅烷包含至少一种为所述溶胶-凝胶涂层提供至少一种选自以下的另外的性质的官能团抗腐蚀活性、抗炎活性、抗微生物活性、抗氧化活性、另外的交联官能团、表面电荷、亲水性和疏水性。5.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为抗腐蚀活性，并且所述多官能烷氧基硅烷包含由戊二醛和两个3-氨基丙基三甲氧基硅烷和/或肉桂酰胺硅烷衍生物缩合形成的dipodal烷氧基硅烷。6.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为抗炎活性，并且所述多官能烷氧基硅烷包含布洛芬烷氧基硅烷衍生物、双氯芬酸烷氧基硅烷衍生物和/或萘普生烷氧基硅烷衍生物。7.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为抗微生物活性，并且所述多官能烷氧基硅烷包含以下中的至少一种季铵烷氧基硅烷衍生物、氯己定烷氧基硅烷衍生物、聚六亚甲基双胍烷氧基硅烷衍生物、三氯生烷氧基硅烷衍生物、离子银烷氧基硅烷衍生物、碘释放性烷氧基硅烷衍生物和次氯酸盐硅烷衍生物。8.权利要求7的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述多官能烷氧基硅烷为包含十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵的季铵烷氧基硅烷。9.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为抗氧化活性，并且所述多官能烷氧基硅烷包含以下中的至少一种维生素E烷氧基硅烷衍生物、抗坏血酸烷氧基硅烷衍生物、谷胱甘肽烷氧基硅烷衍生物、N-乙酰基半胱氨酸烷氧基硅烷衍生物和硫醇烷氧基硅烷衍生物。10.权利要求9的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述多官能烷氧基硅烷包括包含DL- α -生育酚氧基丙基三乙氧基硅烷的维生素E烷氧基硅烷衍生物。11.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为另外的交联，并且所述多官能烷氧基硅烷包含以下中的至少一种(3-缩水甘油氧基丙基)三甲氧基娃烧、(3_缩水甘油氧基丙基二乙氧基娃烧)、(3_缩水甘油氧基丙基)甲基_■乙氧基娃烷、1，3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基-二硅氧烷、2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基二乙氧基娃烧、甲基丙稀酸氧基丙基二甲氧基娃烧、3-异氛酸基丙基二乙氧基娃烧、异氰 酸基丙基二甲氧基娃烧、乙稀基甲基_■乙氧基娃烧、乙稀基甲基_■甲氧基娃烧氣基、乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二异丙氧基娃烧、3-氣基丙基二甲氧基娃烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和4-氨基丁基三乙氧基硅烷。12.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为表面电荷，并且所述多官能烷氧基硅烷为阳离子和/或阴离子烷氧基硅烷。13.权利要求12的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述多官能烷氧基硅烷包含以下中的至少一种(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基-三甲氧基硅烷盐酸盐；双(甲氧基乙基)-3-三甲氧基甲硅烷基丙基-氯化铵；N，N- 二癸基-N-甲基-N-(3-三甲氧基甲硅烷基)氯化铵；N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N，N，N-三甲基氯化铵；十八烷基双(三乙氧基甲硅烷基丙基)_氯化铵；和十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵。14.权利要求12的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述多官能烷氧基硅烷包含3-三轻基甲娃烧基丙基甲基勝酸酷的盐和竣基乙基娃烧二醇的盐。15.权利要求4的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述至少一种另外的性质为亲水性，并且所述多官能烷氧基硅烷包含聚乙二醇化的硅烷。16.权利要求15的NO-释放性溶胶-凝胶涂层，其中所述多官能烷氧基硅烷包含以下中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：N斯塔斯科，M谢恩费希，B普里维特，JH辛，W斯托姆，
申请(专利权)人：诺万公司，北卡罗来纳查佩尔山大学，
类型：发明
国别省市：