一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，属于功能材料加工及制备技术领域，特别涉及一种模板热压印和水基原子转移自由基聚合物方法的技术，其采用模板辅助热压印方法在聚合物表面制备仿生纳米锥结构，使该表面具有杀菌功能，之后将温度响应型聚合物聚(N‑异丙基丙烯酰胺)接枝在该表面上，使该表面具有温敏特性。本发明专利技术的效果和益处是，该方法首先通过本方法制备的抗菌表面具有“杀菌”和“抗粘附”双功能，可以杀死粘附在该表面的细菌细胞，并通过降温脱附除掉未杀死的细菌细胞和死细胞，提高表面抗菌率。

【技术实现步骤摘要】
一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法
本专利技术属于功能材料加工及制备
，特别涉及一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法。
技术介绍
医疗器械在介(植)入体内后，在其表面滋生细菌是引发院内感染的最主要原因。植入体细菌感染具有严重的后果，这些细菌可直接导致植入体周围组织坏死，使病人残疾甚至死亡(HardingJLetal.,TrendsinBiotechnology,2014,32(3):140-146)。植入体一旦发生细菌感染，细菌会在材料与组织之间形成一层生物膜。生物膜可以为细菌的增殖提供有力的生存平台，同时其结构也可阻止免疫细胞或其他的抗菌药物进入，很难通过抗生素等药物进行治疗。因此，构建具有原位抗菌功能的植入体成为预防植入体细菌感染的有效方法。Ivanova等人在研究铜绿假单胞菌在蝉翼表面的粘附状况的文献(HasanJetal.,AppliedMicrobiologyandBiotechnology,2013,97(20):9257-9262)中，将抗细菌粘附和杀菌方式有机结合起来，可避免两种方式各自存在的不足(YuQetal.,ActaBiomaterialia,ActaMaterialiaInc.,2015,16(1):1-13)。目前抗细菌粘附-杀菌表面构建法有：抗粘和杀菌单体接枝共聚(WangBetal.,ACSAppliedMaterialsandInterfaces,2016,8(40):27207-27217)、抗粘刷和杀菌刷共混(ShiZQetal.,ACSAppliedMaterialsandInterfaces,2016,8(36):23523-23532)、抗粘刷和释放型杀菌剂协同(WangYetal.,ACSAppliedMaterialsandInterfaces,2020,12(19):21283-21291)等方法。这些表面构建法制备过程繁琐，且抑菌需要在特定条件下进行。因此，开发简单新型抗细菌粘附-杀菌表面具有重要意义。SunBetal.，ElectrochimicaActa,ElsevierLtd,2013,112:327-332.，公开了一种自定序的阳极氧化铝锥形纳米孔，其连续可调周期在290～490nm范围内。DicksonMNetal.,Biointerphases,2015,10(2):021010，公开了一种使用纳米压印光刻技术在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜表面上制作仿生纳米柱结构，证实在结构化的PMMA表面上孵育大肠杆菌(E.coli)后，柱状表面的粘附细胞密度低于平膜(在平膜上密度为67％～91％)；并且在确实粘附的大肠杆菌中，死于柱状表面的死率比死于平面膜的死率高16％～141％。这些结果有效地将杀菌的纳米柱形貌转化为用于医疗器械的重要聚合物PMMA的表面。BalamuruganSSetal.,Langmuir,2012,28(40):14254-14260，公开了一种基于水的途径，通过原子转移自由基聚合法(ATRP)从聚甲基丙烯酸甲酯PMMA表面接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)。XPS证实了ATRP引发剂N-羟基琥珀酰亚胺基-2-溴-2-甲基丙酸酯的成功连接。对以上问题，本专利技术提出了一种在医用聚合物材料上制备抗菌表面的方法。利用模板辅助热压印法制备出大面积纳米锥结构，在材料表面获得具备杀灭细菌的功能表面。然后，利用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在该表面上，制备温度响应型抗粘附表面。该专利技术将抗菌粘附和杀菌方式有机结合，制备方法简单，具有普适性，可实现医疗器械表面长效抗菌。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术的技术方案为：一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，所述的方法包括以下步骤：步骤1、采用多步阳极氧化法制备硬质阳极氧化铝(AAO)模板：1.1、将铝片用乙醇、去离子水超声，吹干，抛光；1.2、对经步骤1.1)处理的铝片的表面进行高压硬质阳极氧化，压力为80～100V，得到初始纳米排布阵列，并去除氧化铝膜；1.3、对经步骤1.2)处理的铝片的表面进行低压温和阳极氧化和磷酸扩孔交替处理，压力为60～80V，获得AAO模板。步骤2、采用模板热压印法制备纳米锥结构表面：使用热压机在140～160℃，4～5MPa下将聚甲基丙烯酸甲酯与步骤1)中获得的AAO模板结合；热压印后，移走AAO模板，去除聚甲基丙烯酸甲酯表面的氧化铝膜，并对聚甲基丙烯酸甲酯表面锥度进行刻蚀；得到排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm。步骤3、采用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)接枝在纳米锥结构表面：3.1、步骤2)中获得的纳米锥结构表面在去离子水超声，吹干后，采用波长为258nm的紫外光辐照15min，辐照距离为15～20cm，以进行羟基化；3.2、使用乙二胺、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-3-[3-(二甲氨基)丙基]碳化二亚胺盐酸盐对步骤3.1)中经羟基化的纳米锥结构表面进行胺功能化，将26.4mgN-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯(NHS-BMP，0.5×10-3M)溶解于20mL二甲基亚砜中，与磷酸盐缓冲液按照体积比1:10混合，制备引发剂溶液。将大分子引发剂NHS-BMP固定在经胺功能化的纳米锥结构表面上。其中，每平方厘米纳米锥表面反应所需引发剂溶液体积为19～20mL；3.3)、使用氯化亚铜和(三[2-(二甲基氨基)乙基]胺)作为催化剂体系，配置0.5MN-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)溶液，将PNIPAAm接枝在步骤3.2)中获得的固定有引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯的纳米锥结构表面上，每平方厘米纳米锥表面反应所需NIPAAm溶液体积为9～10mL。进一步地，通过上述方法制备的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面在生理温度下能够杀死粘附在表面的细菌细胞，且在降温至低于最低临界溶解温度(LCST，约为32℃)后，能够脱除残留在表面上的细菌细胞及死细菌。另一方面，本专利技术提供了一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面，其包括纳米锥结构表面和接枝在纳米锥结构表面的PNIPAAm，其中，纳米锥结构由聚甲基丙烯酸甲酯制成，纳米锥结构表面具有排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm。本专利技术的效果和优点是：(1)采用纳米锥结构对粘附在表面上的细菌进行杀灭，杀灭过程属于物理过程。与采用化学机制或成分，使材料表面的细菌微生物细胞体失活，从而达到杀菌抑菌目的抗菌表面相比，抗菌效果稳定，不会出现细菌细胞的耐药性。(2)将温度响应型聚合物PNIPAAm接枝到该表面上，当温度大于其最低临界溶解温度时，PNIPAAm链呈疏水性，链蜷缩在表面上，此时粘附在表面上的细菌细胞结构遭到纳米锥将破本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：/n步骤1、采用多步阳极氧化法制备硬质阳极氧化铝模板：/n1.1、将铝片用乙醇、去离子水超声，吹干，抛光；/n1.2、对经步骤1.1)处理的铝片的表面进行阳极氧化，压力为80～100V，得到初始纳米排布阵列，并去除氧化铝膜；/n1.3、对经步骤1.2)处理的铝片的表面进行阳极氧化和磷酸扩孔交替处理，压力为60～80V，获得阳极氧化铝模板；/n步骤2、采用模板热压印法制备纳米锥结构表面：/n使用热压机在140～160℃，4～5MPa下将聚甲基丙烯酸甲酯与步骤1)中获得的阳极氧化铝模板结合；热压印后，移走阳极氧化铝模板，去除聚甲基丙烯酸甲酯表面的氧化铝膜，并对聚甲基丙烯酸甲酯表面锥度进行刻蚀；得到排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm；/n步骤3、采用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在纳米锥结构表面：/n3.1、步骤2)中获得的纳米锥结构表面在去离子水超声，吹干后，采用波长为258nm的紫外光辐照15min，辐照距离为15～20cm，以进行羟基化；/n3.2、使用乙二胺、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-3-[3-(二甲氨基)丙基]碳化二亚胺盐酸盐对步骤3.1)中经羟基化的纳米锥结构表面进行胺功能化，将26.4mg N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯溶解于20mL二甲基亚砜中，与磷酸盐缓冲液按照体积比1:10混合，制备引发剂溶液；将大分子引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯固定在经胺功能化的纳米锥结构表面上；其中，每平方厘米纳米锥表面反应所需引发剂溶液体积为19～20mL；/n3.3)、使用氯化亚铜和(三[2-(二甲基氨基)乙基]胺)作为催化剂体系，配置0.5M N-异丙基丙烯酰胺溶液，将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在步骤3.2)中获得的固定有引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯的纳米锥结构表面上，每平方厘米纳米锥表面反应所需N-异丙基丙烯酰胺溶液体积为9～10mL。/n...

【技术特征摘要】
1.一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤1、采用多步阳极氧化法制备硬质阳极氧化铝模板：
1.1、将铝片用乙醇、去离子水超声，吹干，抛光；
1.2、对经步骤1.1)处理的铝片的表面进行阳极氧化，压力为80～100V，得到初始纳米排布阵列，并去除氧化铝膜；
1.3、对经步骤1.2)处理的铝片的表面进行阳极氧化和磷酸扩孔交替处理，压力为60～80V，获得阳极氧化铝模板；
步骤2、采用模板热压印法制备纳米锥结构表面：
使用热压机在140～160℃，4～5MPa下将聚甲基丙烯酸甲酯与步骤1)中获得的阳极氧化铝模板结合；热压印后，移走阳极氧化铝模板，去除聚甲基丙烯酸甲酯表面的氧化铝膜，并对聚甲基丙烯酸甲酯表面锥度进行刻蚀；得到排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm；
步骤3、采用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在纳米锥结构表面：
3.1、步骤2)中获得的纳米锥结构表面在去离子水超声，吹干后，采用波长为258nm的紫外光辐照15min，辐照距离为15～20cm，以进行羟基化；
3.2、使用乙二胺、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-3-[3-(二甲氨基)丙基]碳化二亚胺盐酸盐对步骤3.1)中经羟基化的纳米锥结构表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天庆，吴琦琪，李香琴，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21