一种多巴胺-两性离子抗菌涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚多巴胺

【技术实现步骤摘要】
一种多巴胺-两性离子抗菌涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐磨耐冲刷且高效稳定的纳米抗菌涂层及其制备方法，属于医用抗菌涂层材料


技术介绍

[0002]在生物医学和生物应用材料领域，微生物在医疗手术用具或是可植入器械表面的附着将会导致严重的交叉感染甚至是长期的疾病，这会大大增加手术实施的难度并对患者造成极大的伤害。
[0003]两性离子是同一分子上同时带有正负两种电荷，且总电荷量为零的偶极离子。两性离子中的阴离子基团会在其涂层表面形成一层水膜，阻碍细菌的粘附，而阳离子基团可以对细菌的细胞膜产生静电击穿作用，杀死细菌。两性离子由于其独特的结构和高效的抗菌性能，在医用抗菌涂层材料领域受到了越来越多的关注。然而，虽然两性离子涂层相比于传统的释放类毒杀式抗菌涂层在抗菌效果的持久性上已经得到了极大的提高，但由于其与固体材料表面的附着力不足，在实际应用中，难以在医用金属基底上稳定附着。
[0004]多巴胺是从海洋贻贝中分离出来的一种具有强黏附性能的蛋白质，其丰富的酚羟基基团可以有效地改善涂层材料和固体基底表面的附着力，并且多巴胺具有优秀的生物相容性和可降解性，满足医用抗菌材料
的要求以及产品多元化的特点。基于多巴胺的这些特性，可以将多巴胺单体功能化后，与两性离子单体进行自由基聚合反应，得到低交联网状结构的聚多巴胺-两性离子的抗菌涂层，该新型涂层在具有优异抗菌性能的两性离子聚合物涂层的基础上，引入了强粘附剂多巴胺单元，并且多巴胺单元的引入赋予了该新型涂层与固体材料表面良好的附着力的同时，没有对其本身优异的抗菌性能造成影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多巴胺-两性离子抗菌涂层及制备方法，该方法制备流程简单，工艺参数设置灵活，基体材料可选择范围广。该种耐磨耐冲刷抗菌涂层的优异抗菌性主要来源于两性离子的阴阳离子基团，而其耐磨耐冲刷和优秀的附着力主要来源于多巴胺中丰富的酚羟基。
[0006]一种聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于，涂层具有碳主链和包含多种功能基团的侧链交织成的低交联三维立体网状结构；涂层中的两性离子单元同时具备优异的杀菌性能和较好的抗粘附性能，且不会释放耗损，抗菌功能全面且抗菌效果持久。
[0007]进一步地，该涂层利用两性离子单体可功能化的特点，引入多巴胺单元，提高了两性离子聚合物涂层机械性能的同时，没有对其优异的抗菌性能造成影响。
[0008]3、如权利要求1所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于，所述两性离子单体为甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱和羧基甜菜碱丙烯酰胺。
[0009]进一步地，所述涂层所用基底材料是生物医用不锈钢、钛合金、镁合金。
[0010]进一步地，所述涂层的厚度为20-200nm。
[0011]一种如上所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
[0012](1)通过自由基聚合的方法，制备得到低交联网状结构的聚多巴胺-两性离子共聚物；
[0013](2)通过渗透膜渗析的方法，提纯聚多巴胺-两性离子共聚物；
[0014](3)通过滴落涂布法，在预处理过的医用金属表面干燥成膜。
[0015]进一步地，步骤(1)中所述自由基聚合制备共聚物的方法为：将两性离子和多巴胺单体以摩尔比9：1，8：2和6：4的比例配置成溶液，往溶液中添加占单体总量的摩尔比为8％-16％的交联剂，质量比为6％-12％的自由基引发剂和0.5％-1.0％的催化剂，反应温度为30℃-50℃，反应时间为24h-48h，震荡速度为20-50rpm，最后将反应容器放入4℃的冰水中5min以停止反应。
[0016]进一步地，步骤(2)中利用渗透膜渗析提纯聚多巴胺-两性离子共聚物的方法为：将反应后的溶液置于3500-12000道尔顿的渗透膜中，搅拌渗析72h-168h后取出。
[0017]进一步地，步骤(3)中在医用金属表面干燥成膜的方法为：将渗析后的溶液用真空冷冻干燥机处理，随后，将干燥后的共聚物配置成水溶液滴于医用金属表面，最后，将医用金属放置于烘箱中进行固化成膜，即可得到聚多巴胺-两性离子的抗菌涂层；金属处理步骤：用金属表面用1500#的砂纸打磨并用乙醇超声10min，滴涂的共聚物溶液浓度为10-100mg/ml，冷冻干燥处理时间为24h-72h，烘箱温度为40℃-80℃。
[0018]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具备如下的有益效果：
[0019]利用了两性离子中阴阳离子基团的协同抗菌作用，将杀菌和阻碍细菌粘附两大抗菌功能合二为一，杀菌效果优异，并且在两性离子聚合物中引入多巴胺单元后，涂层与基板的附着力有了显著的提高，且具有耐磨耐冲刷的性能。同时，这种聚多巴胺-两性离子抗菌涂层制备流程简单，工艺参数设置灵活，基体材料可选择范围广，生物相容性较好，且两性离子不会释放到环境中去，该环境友好型的抗菌涂层具有广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1a为实施例1中聚多巴胺-两性离子抗菌涂层的X射线光电子能谱(XPS)分析全谱图；图1b为实施例1中制备的新型耐磨耐冲刷抗菌涂层氮元素XPS谱图。
[0021]图2a为实施例2中用能谱仪表征原始涂层中碳，氮，硫三种元素的分布情况。图2b为实施例2中用能谱仪表征制备的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层被磨损后碳，氮，硫三种元素的分布情况。图2c为实施例2中用能谱仪表征制备的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层被冲刷后碳，氮，硫三种元素的分布情况。
[0022]图3a为实施例3中用荧光共聚焦显微镜表征基底的细菌分布情况，图3b为实施例3中用荧光共聚焦显微镜表征制备的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层的抗菌效果图。
[0023]图4a为实施例3中用荧光共聚焦显微镜表征抗菌涂层被磨损后的抗菌效果图，图4b为实施例3中用荧光共聚焦显微镜表征抗菌涂层被冲刷后的菌效果图。
具体实施方式
[0024]为更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。
[0025]本专利技术公开了一种在多种医用金属表面制备聚多巴胺-两性离子的抗菌涂层的方法。对多巴胺进行功能化改性后，利用自由基聚合的方法，在两性离子聚合物中引入多巴胺单元，反应结束后，用渗析膜提纯，然后将共聚物溶液用滴落涂布法在不同的基底上干燥成膜，即可获得。上述制备方法简单易行，基材选择灵活，抗菌效果高效持久，生物相容性较好且对环境友好，在医疗器械和新型植入体开发领域具有重要的应用价值。
[0026]下面结合附图1～4和实施例对本专利技术予以具体说明。但本专利技术的实施方式不限于此。
[0027]实施例1：
[0028]1.将2.23g甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱，0.45g可功能化的3-甲基丙烯酰多巴胺(摩尔比为8：2)和100ml去离子水加入到250ml的圆底烧瓶中，超声5min至固体完全溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于，涂层具有碳主链和包含多种功能基团的侧链交织成的低交联三维立体网状结构；涂层中的两性离子单元同时具备优异的杀菌性能和较好的抗粘附性能，且不会释放耗损，抗菌功能全面且抗菌效果持久。2.如权利要求1所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于，涂层利用两性离子单体可功能化的特点，引入多巴胺单元，提高了两性离子聚合物涂层机械性能的同时，没有对其优异的抗菌性能造成影响。3.如权利要求1所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于，所述两性离子单体为甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱、羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱和羧基甜菜碱丙烯酰胺。4.如权利要求1所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于涂层所用基底材料是生物医用不锈钢、钛合金、镁合金。5.如权利要求1所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层，其特征在于，涂层的厚度为20-200nm。6.一种如权利要求1-5所述的聚多巴胺-两性离子抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)通过自由基聚合的方法，制备得到低交联网状结构的聚多巴胺-两性离子共聚物；(2)通过渗透膜渗析的方法，提纯聚多巴胺-两性离子共聚物；(3)通过滴落涂布法，在预处理过的医用金属表面干燥成膜。7.如权利要求6所述的聚多巴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达威，杨景智，马菱薇，李晓刚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：