一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子水凝胶技术领域，尤其涉及一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层及其制备方法，所述水凝胶涂层中含有透明质酸，所述水凝胶涂层为两性离子聚合物且聚合物分子链上同时带有阴、阳离子基团。本发明专利技术的制备方法简洁、高效且环保，对环境友好；水凝胶涂层和聚合物基底之间形成界面互穿牢固结合，具有一定的结合力和较低摩擦系数，在细菌分泌透明质酸酶的情况下使涂层降解脱落达到抗细菌黏附的效果；在去离子水中能够长期保存；具有优异的亲水性、抗弯折性能以及耐摩擦性能，在生物医用表面材料领域，尤其是作为医用导管表面涂层等方面具有广阔的应用前景。表面涂层等方面具有广阔的应用前景。表面涂层等方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子水凝胶
，尤其涉及一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]在生物医疗领域，生物污染极易发生在如传感器、介入导管或骨类材料等器械设备上，从而导致炎症反应、排斥反应等。同时，由于医疗设备应用广泛，常处在血液、体液等复杂环境内，该领域中形成的生物污染以血栓和细菌膜生成为主，这对患者的生命安全造成了极大威胁。生物污染的发展过程首先是蛋白质在材料表面吸附，形成一层蛋白质层，接着，细菌、血细胞等的黏附被引发，最终导致细菌感染或血栓等。所以用于生物医用领域的水凝胶涂层的抗菌和抗粘附特性对于避免细菌感染是必需的。Kisuk Yang等人使用儿茶酚功能化聚合物水凝胶膜在尿道导管制备坚固的低摩擦抗生素涂层。使用简单的浸涂方法，在弱碱性缓冲液中使用儿茶酚缀合的壳聚糖溶液在基材上形成微米级厚度的稳定壳聚糖水凝胶涂层。该水凝胶涂层可以减少表面摩擦，通过使用共轭邻苯二酚基团作为还原剂简单地添加硝酸银溶液，将抗菌银纳米颗粒掺入水凝胶可以最大限度地减少细菌在导管表面的结合(Kisuk Yang,Kyuri Kim,Eunjee A.Lee,et al,Robust Low Friction Antibiotic Coating of Urethral Catheters Using a Catechol
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Functionalized Polymeric Hydrogel Film[J].Frontiers in Materials,2019,6:274.)。
[0003]透明质酸(HA)是一种天然多糖，其重复单元由D
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葡萄糖醛酸和N
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乙酰氨基葡萄糖组成，是细胞外基质的关键成分。由于细菌分泌透明质酸酶，与底物透明质酸反应后可以使表面的细菌随HA层降解脱落，这样独特的响应性使得透明质酸有很大的潜力被用于治疗抗细菌黏附的场合。Pirah Ayaz等人开发了一种基于聚丙烯酸和壳聚糖季铵盐的逐层组装的抗菌药物控释多层表面。其中硫酸庆大霉素(GS)被加入多层，透明质酸被用作顶部的密封层。在细菌进攻时，微环境的pH值略有升高，多层膜随之膨胀后会释放药物。同时，细菌分泌的透明质酸酶(HAase)触发HA层降解加速GS释放，发挥抗菌活性。该表面对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都表现出很高的抗菌活性(Pirah Ayaz,Bingjie Xu,Xiansheng Zhang,et al.ApH and hyaluronidase dual
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responsive multilayer
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based drug delivery system for resisting bacterial infection[J].Applied Surface Science,2020,527:146806.)。
[0004]但是上述多层缓释表面的制备较为复杂，且容易受到环境因素的影响而导致水凝胶涂层或透明质酸层的脱落，从而导致抗菌性能的下降与抗菌时间的缩短。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术中制备工艺复杂、稳定性较低的缺点，提供一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层及其制备方法，实现如下的目的：一、探索具
有一定流程，使其制备过程更加简便、高效。结合力的水凝胶涂层的配方；二、使水凝胶涂层在细菌分泌透明质酸酶作用下降解涂层防止细菌黏附具有细菌响应性；三、水凝胶涂层具有优异的稳定性和机械性能；四、简化制备。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层，所述水凝胶涂层中含有透明质酸，所述水凝胶涂层为两性离子聚合物且聚合物分子链上同时带有阴、阳离子基团。
[0007]水凝胶涂层中含有的透明质酸能够在细菌分泌透明质酸酶的条件下降解水凝胶涂层，水凝胶涂层降解后，细菌和其他微生物也随降解的涂层脱落，从而能够有效防止细菌和蛋白的黏附。水凝胶涂层为两性离子聚合物，聚合物分子链上同时带有阴、阳离子基团，可以通过溶剂化作用强烈结合水分子，产生排斥力，能够有效地抵抗蛋白质或者细菌、细胞的黏附。
[0008]一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层，按如下方法制得：1)将透明质酸上接枝甲基丙烯酰胺；2)将聚合物基底在氧等离子体处理后再在疏水性引发剂下浸泡；3)配制两性离子单体、透明质酸、N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂混合溶液；4)对混合溶液进行除氧，并去除混合溶液中的气泡，得到预液；5)将预液均匀的滴涂在聚合物基底表面，静置一段时间；6)将静置结束的聚合物基底，在紫外光通过透光模具照射下反应结束后，在超声清洗除去未交联的水凝胶涂层，结束后得到均匀的具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层。
[0009]本专利技术采用先将透明质酸接枝有甲基丙酰胺后，在两性离子单体、透明质酸与N,N
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亚甲基双丙烯酰胺(MBA)在引发剂的作用下与聚合物基底在一定条件下进行反应，使得聚合物基底在疏水性引发剂的浸泡下，通过共价键的方式接枝了水凝胶的弹性网络，从而使得含有透明质酸的水凝胶涂层与聚合物基底之间形成界面互穿并牢固地结合在一起，具有一定的结合力与较低的摩擦系数，从而具有较好的稳定性且能够长期保存。具体的，本专利技术制备得到的两性离子水凝胶涂层能够在细菌响应作用下防止细菌黏附时间为132h，在132h时细菌仍只有较少的黏附；和/或在去离子水中的保存时间为2个月无明显变化；和/或弯折150次无裂纹；和/或摩擦400次水接触角变化不大。
[0010]作为优选，所述步骤1)中：透明质酸分子量小于5000；和/或透明质酸的接枝率为65～75％。过高分子量的透明质酸可能会导致其在受到细菌分泌的透明质酸酶后，仅部分降解而不能及时与其上的细菌一起脱落，导致本专利技术防细菌黏附的效果降低。
[0011]作为优选，所述步骤2)中：聚合物基底为PDMS；和/或氧等离子体处理时间为0.5～5min；和/或疏水性引发剂为二苯甲酮甲醇或异丙醇溶液，浸泡时间为5～240min；作为优选，所述步骤3)的混合溶液中：两性离子单体的浓度为0.1～4.0mol/L；和/或透明质酸的浓度为相对于两性离子单体的0.4～0.8mol％；和/或N,N
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亚甲基双丙烯酰胺的浓度为相对于两性离子单体的0.01～0.20mol％；和/或引发剂用量为相对于两性离子单体的0.5～4.0mol％；和/或配置过程为将两性离子单体、透明质酸、N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂溶解于溶剂中随后搅拌均匀。
[0012]作为优选，所述溶剂包括水。
[0013]作为优选，所述步骤3)中：引发剂包括α
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酮戊二酸；和/或两性离子单体包括磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯与羧酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种。磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯(SBMA)与羧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层，其特征在于，所述水凝胶涂层中含有透明质酸，所述水凝胶涂层为两性离子聚合物且聚合物分子链上同时带有阴、阳离子基团。2.一种具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：1）将透明质酸上接枝甲基丙烯酰胺；2）将聚合物基底在氧等离子体处理后再在疏水性引发剂下浸泡；3）配制两性离子单体、透明质酸、N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和引发剂混合溶液；4）对混合溶液进行除氧，并去除混合溶液中的气泡，得到预液；5）将预液均匀的滴涂在聚合物基底表面，静置一段时间；6）将静置结束的聚合物基底，在紫外光照射下反应结束后，在超声清洗除去未交联的水凝胶涂层，结束后得到均匀的具有细菌响应性防污的两性离子水凝胶涂层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中：透明质酸分子量小于5000；和/或透明质酸的接枝率为65～75 %。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中：氧等离子体处理时间为0.5～5 min；和/或疏水性引发剂为二苯甲酮甲醇或异丙醇溶液，浸泡时间为5～240 min。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）的混合溶液中：两性离子单体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，吴敏敏，彭湃，罗鑫鑫，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：