光滑注液多孔表面和其生物学应用制造技术

技术编号:9859605 阅读:122 留言:0更新日期:2014-04-02 19:23
本发明专利技术描述了一种自修复、抗刮痕光滑表面,所述表面是通过将化学惰性的、高密度液体涂料芯吸在以微米尺度和纳米尺度形貌为特征的粗糙化的固体表面上来制造。所述光滑表面显示出抗润湿特性,并且展现出广泛范围的生物材料(包括悬浮液或溶液中的颗粒)的粘附的显著减少。具体地说,所述光滑表面可以被施加至医疗装置和设备上以便有效地排斥生物材料如血液,并且防止、减少、或延迟凝固和表面介导的凝块形成。此外,所述光滑表面可以用于防止由微生物如细菌造成的积垢。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光滑注液多孔表面和其生物学应用相关申请本申请要求以下各项的优先权:于2011年I月19日提交的美国专利申请号61 /434,217;于2011年3月22日提交的美国专利申请号61 / 466,352 ;于2011年4月I日提交的美国专利申请号61 / 470,973 ;于2011年6月14日提交的美国专利申请号61 /496, 883 ;于2011年7月19日提交的美国专利申请号61 / 509, 488 ;于2011年8月31日提交的美国专利申请号61 / 529,734;于2011年9月22日提交的美国专利申请号61 /538,100,所述专利申请的内容是以引用的方式全部并入本文。通过引用并入本文所引用的所有专利、专利申请、以及公布特此以引用的方式全部并入本文,以便更全面地描述如本领域技术人员在截至本文所描述的专利技术的日期为止所已知的技术发展水平。专利
本公开总体上涉及防止生物来源的流体、固体、或流体和固体的混合物吸附或沉积的表面和其用途。置量液体排斥表面的当 前发展受到动物、昆虫以及植物上的许多天然表面的自清洁能力的启发。这些天然表面上的水滴维持近似球形的形状并且容易地滚落,从而将污垢一起带走。水排斥功能被归因于许多这些天然表面上的微/纳米结构的存在。在过去十年中,这些观察已经引起了对制造仿生水排斥表面的极大兴趣,这是由于仿生水排斥表面从水排斥织物到摩擦减少表面的范围的广泛的潜在应用。更具体地说,本领域中的合成液体排斥表面是受到莲花效应的启发(Barthlott,W.&Neinhuis,C.Purity of the sacred lotus,or escape from contamination inbiological surfaces.Planta202,1-8 (1997)),其中水滴由使水滴能够容易地从表面滚落的复合固体/空气界面上的表面纹理支撑(Cassie,A.B.D.& Baxter,S.Wettability ofporous surfaces.Trans.Faraday Soc.40,0546-0550 (1944) ;Cassie, A.B.D.& Baxter,S.Large contact angles of plant and animal surfaces.Naturel55,21-22 (1945))。然而,这种方法具有严重地限制其可应用性的固有局限性。首先,截留的空气对具有使悬浮液滴强烈地动摇的低表面张力的、与水不同的有机流体或复杂混合物在很大程度上是无效的缓冲(Shafrin,E.G.& Zisman,W.A.Constitutive relations in the wettingof low energy surfaces and the theory of the retraction method of preparingmonolayers.J.Phys.Chem.64,519-524 (1960))。此外,截留在表面纹理内的空气不能承受压力,因此液体——特别是具有低表面张力的那些——在即使略微升高的压力下或在碰撞时(大风雨或在地下输送管道中通常遭遇的条件)可以容易地渗透表面纹理(Nguyen,T.P.N.,Brunet,P.,Coffinien Y.&Boukherroub, R.Quantitative testing of robustness on superomniphobic surfacesby drop impact.Langmuir26,18369-18373 (2010))。此外,合成的纹理化的固体易于由于机械损伤和制作缺点而出现不可逆的缺陷(Quere, D.Wetting and roughness.Annu.Rev.Mater.Res.38,71-99(2008) ;Bocquet,L.& Lauga,E.A smooth future?Nature Mater.10,334-337(2011))。因为每种缺陷增加了液滴束缚(pinning)和粘接就位的可能性,纹理化的表面不仅难以针对液体移动性进行优化,而且不可避免地随时间的推移随着损伤累积而停止工作。用日益复杂的结构和化学法在推进这些限制方面的最近进展仍然由物理稳定性、光学特性、大规模可行性、和/或制作的难度和费用方面的很多权衡所超过(Tuteia,A.等,Science318,1618-1622(2007) ;Tuteja, A.等,Proc.Natl.Acad.Sc1.USA105,18200-18205(2008) ;Ahuja, A.等,Langmuir24,9-14(2008) ;Li, Y.等,Angew.Chem.1nt.Ed.49,6129-6133(2010)) o尽管十多年的紧张研究,本领域的表面仍然被限制它们的实际应用的问题所困扰:它们在高的接触角滞后的情况下展现出有限的疏油性;在压力下失效;当受损时不能自修复;并且生产成本高。例如,还未研发出延迟或防止血液凝结(依赖于血小板和蛋白质粘附至表面作为第一步骤的过程)的表面。必须将可溶性抗凝血剂如肝素添加至任何体外分流中的流动血液中以便防止凝块形成。某些聚合物种类如聚乙二醇(PEG)链可以影响表面水合层以便防止蛋白质吸附并且将血液凝结控制至有限的程度(Barstad, R.M等,Thrombosis andhaemostasis79,302-305(1998) ;Niimi, Y.等,Anesth.Analg.89,573-579(1999) ;Chen,S.等,Polymer51, 5283-5293 (2010)) 0然而,它们不是完全有效的并且仍然必须将可溶性抗凝血剂添加至血液。细菌主要作为生物膜的成员——粘附至自然和人为环境中的表面的结构化的多细胞群落——以 它们的自然状态存在。这些群落主要由包埋在聚合物有机基质内的许多细胞组成。生物膜形成对于工业和卫生保健而言是值得关注的,因为它造成配管、油井、热交换器、建筑通风、食物贮藏、医学植入物、以及其它系统的污染。生物膜通过触发免疫反应、释放有害内毒素和外毒素、以及阻塞留置导管而威胁人类健康;事实上,生物膜造成了美国每年接近100,000例的医院内死亡和人类中所有微生物感染的80%或更多。系统性和局部抗微生物产品已经广泛用于对抗卫生保健、农业、以及工业环境中的生物膜污染,并且还被公众越来越多地使用。商业产品采用经常以液体形式并且有时作为蒸气递送的多种多样的活性化学剂、或杀生物剂。对防腐剂和消毒剂的一篇评论鉴别了12类液体剂和5种常见类型的气相消毒剂。不管具体的化学法或机制,杀生物剂必须能够到达靶细胞以便造成损伤。因此,在多细胞水平下,有效的杀生物剂必须渗透至细胞外基质(ECM)——生物膜的粘液样“粘合剂”中。然而,生物膜向其成员细胞提供保护免受环境威胁。据报道ECM充当某些抗生素的扩散障壁和带电的结合过滤器,并且它对去除抗微生物剂的细胞补充酶和多抗药性泵。对威胁的抗性覆盖范围广泛的处理:据报道暴露至氯漂白剂持续60分钟的生物膜仍然具有活细胞;在管道中用多种杀生物剂连续冲洗7天的生物膜在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于排斥生物材料的物品,所述物品包括:润滑液层,其中所述润滑液是与生物材料不混溶的,所述润滑液层在粗糙化的固体衬底上形成超平滑表面;其中所述润滑液粘附至所述衬底并且所述衬底优选地由所述润滑液润湿,所述固体衬底和润滑液形成被构造和安排成与生物材料相接触的光滑表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.19 US 61/434,217;2011.03.22 US 61/466,352;1.一种用于排斥生物材料的物品,所述物品包括: 润滑液层,其中所述润滑液是与生物材料不混溶的,所述润滑液层在粗糙化的固体衬底上形成超平滑表面; 其中所述润滑液粘附至所述衬底并且所述衬底优选地由所述润滑液润湿, 所述固体衬底和润滑液形成被构造和安排成与生物材料相接触的光滑表面。2.如权利要求1所述的物品,其中所述物品满足以下条件:YBXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX〉O(el) 其中Yax是所述生物材料与周围介质的界面能; 其中Ybx是所述润滑液与所述周围介质的界面能; 其中ΘΑΧ是所述生物材料在浸溃在所述周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角;并且 其中ΘΒΧ是所述润滑液的液体在浸溃在所述周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角。3.如权利要求1所述的物品,其中当所述物品暴露于介质X时,其中X是空气/气体/水/不混溶的生物材料,所述物品满足以下两个条件:R ( Y BXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX) _ Y AB〉O(e2)R ( Y BXc0s 9 BX - Y AXc0s 9 AX) + Y AX- Y BX〉O(e3) 其中YAX是所述生物材料与周围介质的界面能; 其中YBX是所述润滑液与所述周围介质的界面能; 其中Yab是所述生物材料与所述润滑液界面的界面能; 其中θΑχ是所述生物材料在浸溃在所述周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角; 其中ΘΒΧ是所述润滑液在浸溃在所述周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角; 其中R是所述粗糙化的表面的粗糙度因子。4.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底是包含多孔材料的粗糙化的表面。5.如权利要求1所述的物品,其中所述固体衬底是导电性的、非导电性的、磁性的、非磁性的、弹性的、非弹性的、光敏性的、或非光敏性的。6.如权利要求4所述的物品,其中多孔材料包括具有多个孔的固体衬底、孔和一种或多种材料的三维互连的网状物、或纤维材料的无规则的阵列。7.如权利要求1所述的物品,其中微小颗粒或纳米颗粒被施加至平整衬底上以便形成粗糙化的多孔衬底。8.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底是硅烷化的。9.如权利要求1所述的物品,其中所述润滑液通过毛细管作用浸润所述衬底。10.如权利要求7所述的物品,其中所述衬底是使用以下各项来进行粗糙化:光刻、投影光刻、电子束写入或光刻、沉积纳米线阵列、在衬底的表面上生长纳米结构、软光刻、复制模制、溶液沉积、溶液聚合、电聚合、电纺丝、电镀、气相沉积、分层沉积、聚合物纳米纤维的旋转喷射纺丝、接触印刷、蚀刻、转印图案化、微压印、自组装、勃姆石(Y-AlO(OH))形成、喷涂、以及其组合。11.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底由含氟聚合物组成。12.丢失13.丢失14.丢失15.丢失16.丢失17.丢失18.丢失19.丢失20.哲?浬酬誥1?练客蓉劭,斛丑驾练旰蓉过韋裥_埘阵皿&泛屮恥錨降铒3降3笛 _3翁潘妈^4?潘:键炼 l-H_ iS (ActinObaCillUS)(宣难 0000?爾(Actinobacillus actinomycetemcomitans))λ ^ 咎 If 爾(ACinetObaCter)(室处H,MFP-^&lf爾(Acinetobacter baumannii)) λ ^^諸 _|1(AerOmOnaS) λ _ _ 雄Fp爾m(BOrdetella) (a^,mi0mt$_#?p_ (Bordetella pertussis) Λ^^ _ 淳 iflff__φ?ρ爾(Bordetella bronchiseptica) Λ5Ξ^15Π^0 贫 W _φ?ρ爾(Bordetellaparapertussis)) λ 霞袖^^爾(BreVibaCillUS) λ M φ 0 0 (Brucellar0?爾31(BaCterOideS)(室芦 0 I.0?_ (Bacteroides fragilis)) Λ^^?^_?ρ_(BUrkhOlderia)(宣咎,^_命掛?资__ (Burkholderia cepacia)?^挪碌命掛歸^?_?ρ_ (Burkholderia pseudomallei)) Λι^?靜甚?(BOrelia)(宣咎,命^^?^甚(Borelia bur gdor fen)) Λ^?啤l-H_ _ (Bacillus)(宣咎,雜碌^窗l-H_ (Bacillusanthracis)--^^窗?爾(Bacillus subtilis)) ΛΑ?Ι-Η爾(Campylobacter)(宣咎,$^a?1-h_ (Campylobacter jejuni)) λ hit4t^il^潘 _js (CaPnOCytOPhaga) >e>--?(CardiObaCteriUm)(宣咎,Ae>lf爾(cardiobacterium hominis)) >^鶴驟笛爾 _ (CitrObaCter) >藤爾 jS (Clostridium)(宣咎,爵密^藤爾(Clostridium tetani)^^稱藤_ (Clostridium diff icile)) >^铜甚 _ (chlamydia)(宣咎,^^^铜甚(chlamydia trachomatis) ΛΒ?^對^^(chlamydia pneumoniae)5Ξ,s.s.^對?^(chlamydia psiffaci)) Λ^^?ρ爾 jS (Eikenella)(宣咎,晶 t&M^?p爾(EikenellaCorrodens)) λ 朝 l-H_ll(EnterObaCter) Λ^雜汗 _|1(Escherichia)(宣咎,H 0?_ (Escherichia coli)) Λ?:Μ^Κ:_31(FranCiSella)(宣咎,±弹致撫sms?p_(Francisella deHarensis)) λ ?1-H爾雇(FUSObaCteriUm) λ (FlaVObaCteriUm) λilifl If _ll(Haemophilus)(宣咎,洋掛 _*_ Ι-Η_ (Haemophilus ducreyi)m^m爾(Haemophilus influenzae)) Λ?ι-Η爾?(Helicobacter) (a^,l-n?lf 爾(Helicobacter pylori)) Λ^?ρ__ (Kingella) (a^,^?p^?p_ (Kingella kingae)r 3克雷白氏杆菌属(Klebsiella)(例如,肺炎克雷白氏杆菌(Klebsiella pneumoniae))、军团杆菌属(Legionella)(例如,嗜肺性军团杆菌(Legionella pneumophila))、李斯特菌属(Listeria)(例如,单核细胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes))、细螺旋体属(Leptospirae)、莫拉克斯氏菌属(Moraxella)(例如,卡他莫拉菌(Moraxellacatarrhalis))、摩根氏菌属(Morganella)、支原体属(Mycoplasma)(例如,人型支原体(Mycoplasma hominis)和肺炎支原体(Mycoplasma pneumoniae))、分枝杆菌属(Mycobacterium)(例如,结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)或麻风分枝杆菌(Mycobacterium leprae))、奈瑟氏球菌属(Neisseria)(例如,淋病奈瑟氏球菌(Neisseria gonorrhoeae)或脑膜炎奈瑟氏球菌(Neisseria meningitidis))、巴斯德氏菌属(Pasteurella)(例如,出血败血性巴斯德氏菌(Pasteurella multocida))、变形杆菌属(Proteus)(例如,普通变形杆菌(Proteus vulgaris)和奇异变形杆菌(Proteusmirablis))、普雷沃氏菌属(Prevotella)、邻单胞菌属(Plesiomonas)(例如,类志贺邻单胞菌(Plesiomonas shigel 1ides))、假单胞菌属(Pseudomonas)(例如,绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa))、普罗维登斯菌属(Providencia)、立克次氏体属(Rickettsia)(例如,立克氏立克次氏体(Rickettsia rickettsii)和斑疫伤寒立克次氏体(Rickettsia typhi))、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)(例如,嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophila))、葡萄球菌属(Staphylococcus)(例如,金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis))、链球菌属(Streptococcus)(例如,草绿色链球菌(Streptococcus viridans)、酿胺链球菌(Streptococcus pyogenes) (A 群)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae) (B 群)、牛链球菌(Streptococcus bovis)、以及肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae))、链霉菌属(Streptomyces)(例如,吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus))、沙门氏菌属(Salmonella)(例如,肠炎沙门氏菌(Salmonella enteriditis)、伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)以及鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium))、沙雷氏菌属(Serratia)(例如,粘 质沙雷氏菌(Serratia marcescens))、志贺氏杆菌属(Shigella)、螺菌属(Spirillum)(例如,小螺菌(Spirillum minus))、密螺旋体属(Treponema)(例如,梅毒密螺旋体(Treponema pallidum))、韦荣球菌属(Veillonella)、弧菌属(Vibrio)(例如,霍乱弧菌(Vibrio cholerae)、副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、以及创伤弧菌(Vibrio vulnificus))、耶尔森氏菌属(Yersinia)(例如,小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterocolitica)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)、以及假结核耶尔森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis))、黄单胞菌属(Xanthomonas)(例如,嗜麦芽黄单胞菌(Xanthomonas maltophilia))以及其组合。21.如权利要求1所述的物品,其中所述生物材料是含有选自由以下各属的成员组成的组的真菌的溶液或悬浮液:曲霉属(Aspergillus)(例如,黄曲霉(Aspergillusflavus)、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)、灰绿曲霉(Aspergillus glaucus)、构巢曲霉(Aspergillus nidulans)、黑曲霉(Aspergillus niger)、以及土曲霉(Aspergillusterreus))、皮炎芽生菌(Blastomyces dermatitidis)、念珠菌属(Candida)(例如,白色念珠菌(Candida albicans)、光滑念珠菌(Candida glabrata)、热带念珠菌(Candidatropicalis)、近平滑念珠菌(Candida parapsilosis)、克柔念珠菌(Candida krusei)以及吉勒莫地念珠菌(Candida guillermondii))、粗球抱子菌(Coccidioides immitis)、隐球菌属(Cryptococcus)(例如,新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)、浅白隐球菌(Cryptococcus albidus)、以及罗伦隐球酵母(Cryptococcus laurentii))、荚膜组织胞衆菌荚膜变种(Histoplasma capsulatum var.capsulatum)、荚膜组织胞衆菌杜波氏变种(Histoplasma cap su latum var.duboisii)、巴西副球抱子菌(Paracoccidioidesbrasiliensis)、申克抱子丝菌(Sporothrix schenckii)、伞枝梨头霉(Absidiacorymb if era);微小根毛霉(Rhizomucor pusillus)、无根根霉(Rhizopus arrhizous)、以及其组合。22.如权利要求1所述的物品,其中所述生物材料是含有选自由以下各项组成的组的病毒的溶液或悬浮液:巨细胞病毒(CMV)、登革热、Epstein-Barr、汉坦病毒、人嗜T-淋巴细胞病毒(HTLV 1/11)、细小病毒、肝炎病毒(例如,甲型肝炎、乙型肝炎、以及丙型肝炎)、人类乳头瘤病毒(HPV)、人类免疫缺陷病毒(HIV)、后天性免疫缺陷综合征(AIDS)、呼吸道合胞体病毒(RSV)、水痘带状疱疹、西尼罗河病毒、疱疹、脊髓灰质炎、天花、黄热病、鼻病毒、冠状病毒、正粘病毒科(流感病毒)(例如,甲型流感病毒、乙型流感病毒、丙型流感病毒、传染性鲑鱼贫血病毒属以及索戈托病毒属)、以及其组合。23.如权利要求1所述的物品,其中所述生物材料是含有选自由以下各项组成的组的颗粒的溶液或悬浮液:正常细胞、病变细胞、寄生的细胞、癌细胞、外源细胞、干细胞、以及感染的细胞、微生物、病毒、病毒样颗粒、细菌、噬菌体、蛋白质、细胞组分、细胞器、细胞碎片、细胞膜、细胞膜碎片、病毒、病毒样颗粒、噬菌体、细胞溶质蛋白、分泌性蛋白、信号分子、包埋性蛋白、核酸/蛋白复合物、核酸沉淀剂、染色体、细胞核、线粒体、叶绿体、鞭毛、生物矿物、蛋白复合物、以及微细胞。24.如权利要求1所述的物品,其中所述生物材料是药物、静脉内溶液、药物制造、以及药剂递送系统中使用的天然或合成溶液。25.如权利要求1所述的物品,其中所述润滑液能够在所述衬底的物理性损伤之后通过芯吸回至所述衬底的损伤区域来自修复,以形成所述超平滑表面。26.如权利要求25所述的物品,其中自修复的恢复时间发生在小于50ms、60ms、70ms、80ms、 90ms 、 1OOms 、 110ms、120ms、130ms、140ms、150ms、160ms、170ms、180ms、190ms、200ms、210ms、220ms、230ms、240ms、250ms、l 秒、5 秒、10 秒、30 秒、60 秒、90 秒、或 120 秒或更长时间内。27.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底具有多个孔、孔和一种或多种材料的三维互连的网状物、或纤维材料的无规则的阵列。28.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底由选自由以下各项组成的组的材料组成:聚合物、金属、蓝宝石、玻璃、金刚石、石墨、炭黑、或陶瓷。29.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底是血液相容性材料。30.如权利要求1所述的物品,其中所述衬底是选自由以下各项组成的组的聚合物--聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、以及氟化乙丙烯。31.如权利要求1所述的物品,其中所述润滑液具有的密度大于所述生物材料的密度。32.如权利要求1所述的物品,其中所述润滑液具有的密度大于润滑液,具有超过.1.0g/cm3、l.6g/cm3、或 1.9g/cm3 的密度。33.如权利要求1所述的物品,其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·艾森贝格B·哈顿D·E·英伯M·苏珀T·S·王
申请(专利权)人:哈佛学院院长等
类型:发明
国别省市:美国;US

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