一种抗菌涂层及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于生物医药技术领域，尤其涉及一种抗菌涂层及其制备方法和应用。


背景技术：

2.导尿管是一种临床常见的医疗设备，主要通过尿路插入膀胱腔以排尿和冲洗膀胱为目的的管状器械。目前临床上使用的导尿管主要是硅橡胶、乳胶类(包括硅化乳胶导尿管)、聚氯乙烯等，导尿管引发的尿路感染主要是由于导尿管的长时间内置，导致外界细菌能处于合适的环境黏附、繁殖，进而形成生物膜，细菌的耐药性增强，并且难以除去。导尿管相关尿路感染是医源性尿路感染的最常见原因，发生率占尿路感染到80％。目前解决尿路感染最直接的方法是频繁更换导尿管，避免长时间的内置，但是运用存在一定的局限性。
3.留置导尿管长时间的使用，会使得患者感染cauti(catheter-associated urinary tract infections，导尿管相关性尿路感染)的风险增加，因此开发抗菌、抑菌涂层是很有必要的。目前的导尿管表面的抗菌改性主要分为物理性改性及化学性改性。物理性改性主要包括材料表面改性，抑制细菌的初始附着以及通过导管涂层使导管表面更易于尿道插入，减轻患者的二次伤害。这一方法的主要代表是防污涂层，防污涂层并不直接杀死微生物，而是阻止细菌附着在表面，从而形成生物膜。防污材料的机理包括空间斥力、静电斥力和低表面能，以防止污垢附着在导管表面，从而防止浮游细菌形成调理膜，抑制生物膜的形成。化学性改性主要包括使用各种抗菌物质，包括官能团、聚合物、抗生素、噬菌体、抗菌肽等。目前临床测试的生物杀菌涂料以抗生素为主，许多其他的药物(三氯生、氯己定、一氧化氮、酶、抗菌肽等)目前正处于研究阶段，具有很大的潜力。
4.当前的装载药物抑制细菌膜的生成容易产生耐药性。其中细菌产生耐药性的机制主要包括：
①
耐药菌株通过合成某种钝化酶作用于抗菌药物,使其失去抗菌活性；
②
药物作用的靶位发生改变；
③
细胞壁通透性的改变和主动外排机制。而抑制细菌生物膜方法以不同的试剂及装载方式为主，对于单一药物的释放曲线较少关注，即药物释放无法控释。其主要原因在于当前抗菌涂层构成比较单一，目前应用于临床中的抗生素涂层，其负载药物的会在较短的时间内释放大部分药物，药物浓度不能长时间维持最小杀菌浓度，容易促成细菌耐药性的产生。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一个方面提出一种抗菌涂层，该抗菌涂层具备润滑作用和抗菌作用。
6.本发明的第二个方面提出了一种上述抗菌涂层的制备方法。
7.本发明的第三个方面提出了一种包括上述抗菌涂层的硅橡胶。
8.本发明的第四个方面提出了一种上述硅橡胶的制备方法。
9.根据本发明的第一个方面，提出了一种抗菌涂层，包括改性壳聚糖(chi-c)涂层和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)微球，所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球负载在所述改性壳
聚糖涂层的表面。
10.在本发明的一些实施方式中，所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的直径为30μm～50μm。
11.在本发明的一些优选的实施方式中，所述改性壳聚糖涂层与所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的质量比为(35～55)：1。
12.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述抗菌涂层还包括至少一种药物，所述药物负载在所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球上。
13.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的载药率占所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球质量的10％～13％。
14.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述改性壳聚糖涂层为酰基化改性壳聚糖涂层。所述酰基化改性采用的试剂选自二羟基苯基丙酸、二甲基甲酰胺中的任意一种。
15.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述药物选自抗生素、分子泵抑制剂、酶、噬菌体中的至少一种。
16.根据本发明的第二个方面，提出了一种抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球加入至改性壳聚糖溶液中，搅拌后制得。
17.在本发明的一些优选的实施方式中，所述搅拌的转速为500rpm～1000rpm。
18.根据本发明的第三个方面，提出了一种硅橡胶，包括多巴胺修饰硅橡胶和所述抗菌涂层，所述抗菌涂层涂覆在所述多巴胺修饰硅橡胶的表面。
19.在本发明的一些实施方式中，所述多巴胺修饰硅橡胶为硅橡胶浸泡在盐酸多巴胺溶液中制得。
20.根据本发明的第四个方面，提出了一种上述硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
21.s1：硅橡胶浸泡至盐酸多巴胺溶液中，制得多巴胺修饰硅橡胶；
22.s2：将上述抗菌涂层涂覆至所述多巴胺修饰硅橡胶的表面。
23.在本发明的一些实施方式中，s1中，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为1.0～3.5mg/ml。
24.在本发明的一些优选的实施方式中，s1中，所述浸泡的时间为2h～5h。
25.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述硅橡胶的制备方法还包括在所述s1前对所述硅橡胶进行清洗，所述清洗采用氨水与过氧化氢的混合溶液进行；进一步优选的，所述混合溶液为体积浓度为30％的氨水与过氧化氢按照体积比为(1～1.5)：1混合而成。
26.本发明的有益效果为：
27.1.本发明的抗菌涂层具备优异的润滑作用，chi-c涂层能够在硅橡胶表面使亲水角大幅降低，从而增加硅橡胶表面的亲水性，建立起抑制非特异性蛋白质吸附的屏障，还能有效降低硅橡胶表面摩擦，降低因硅橡胶摩擦引起的接触面破损。
28.2.本发明的抗菌涂层具备优异的抗菌作用，plga微球能够装载至少一种药物，不仅能够实现药物之间的协同作用，降低耐药性的产生，而且能通过plga微球起到药物缓释的效果，延长药物释放时间，以维持药物的最小杀菌浓度时间，可以延长导管堵塞时间。
29.3.3.将硅橡胶表面多巴胺修饰后，使抗菌涂层更容易粘附在硅橡胶表面且两者的结合更加稳定。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
31.图1为本发明plga微球的扫描电镜图。
32.图2为本发明实施例1抗菌涂层的扫描电镜截面图。
33.图3为本发明对比例1抗菌涂层的扫描电镜截面图。
34.图4为本发明实施例1抗菌涂层的扫描电镜表面图。
35.图5为本发明对比例1抗菌涂层的扫描电镜表面图。
36.图6为未涂覆抗菌涂层的硅橡胶与对比例1制得的硅橡胶的红外光谱。
37.图7为本发明试验例2不同硅橡胶对奇异变形杆菌的抗菌效果图。
38.图8为本发明试验例2不同硅橡胶对金黄色葡萄球菌的抗菌效果图。
39.图9为本发明试验例3不同硅橡胶与细胞共培养1天(左图)、3天(右图)的细胞生物相容性实验结果图。
具体实施方式
40.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
41.以下实施例或对比例中，硅橡胶的处理如下：
42.硅橡胶的清洗：取出裁好的硅橡胶，使用去离子水冲洗后，配置好的30％体积浓度的氨水与过氧化氢按1：1(v/v)混合的溶液，将硅橡胶放入混合溶液中匀速搅拌10min，取出，使用氮气风干。
43.硅橡胶的表面多巴胺修饰处理：将风干后的硅橡胶取出，取2mg/ml的盐酸多巴胺溶液，加入硅橡胶，完全浸泡3h。
44.本发明实施例或对比例中采用的plga微球的扫描电镜图如图1所示，从图1可看出，plga微球的直径约为30μm～50μm。
45.实施例1
46.本实施例制备了一种涂覆有载药微球涂层的硅橡胶，具体过程为：
47.s1：chi-c溶液的制备：将壳聚糖(130kda，3.25mmol)和二羟苯丙酸(hca，6.49mmol)溶解于pbs(50ml，ph＝5)中。然后将edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，6.49mmol)加入混合物中，在室温下搅拌12小时，经过广泛透析(mw：3500)后，将产品储存在离心管中。
48.s2：抗菌涂层的制备：取1.8g的chi-c溶液，加入20mg的载三氯生plga微球与20mg载洗必泰plga微球，在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速率为500rpm～1000rpm；
49.s3：硅橡胶制备：将混合溶液旋涂在硅橡胶表面，放入烘箱中以50℃烘干。
50.实施例2
51.本实施例制备了一种涂覆有载药微球涂层的硅橡胶，具体过程为：
52.s1：chi-c溶液的制备：将壳聚糖(130kda，3.25mmol)和二羟苯丙酸(hca，3.25mmol)溶解于pbs(50ml，ph＝5)中。然后将edc(3.25mmol)加入混合物中，在室温下搅拌
12小时，经过广泛透析(mw：3500)后，将产品储存在离心管中。
53.s2：抗菌涂层的制备：取1.8g的chi-c溶液，加入40mg的载三氯生plga微球，在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速率为500rpm～1000rpm；
54.s3：将混合溶液旋涂在硅橡胶表面，放入烘箱中以50℃烘干，制得硅橡胶chi-c tms。
55.实施例3
56.本实施例制备了一种涂覆有载药微球涂层的硅橡胶，具体过程为：
57.s1：chi-c溶液的制备：将壳聚糖(130kda，3.25mmol)和二羟苯丙酸(hca，9.75mmol)溶解于pbs(50ml，ph＝5)中。然后将edc(9.75mmol)加入混合物中，在室温下搅拌12小时，经过广泛透析(mw：3500)后，将产品储存在离心管中。
58.s2：抗菌涂层的制备：取1.8g的chi-c溶液，加入40mg的载洗必泰plga微球，在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速率为500rpm～1000rpm；
59.s3：将混合溶液旋涂在硅橡胶表面，放入烘箱中以50℃烘干，制得硅橡胶chi-c cms。
60.实施例4
61.本实施例制备了一种涂覆有微球涂层的硅橡胶，与实施例1的区别在于微球不载药，具体过程为：
62.s1：chi-c溶液的制备：将壳聚糖(130kda，3.25mmol)和二羟苯丙酸(hca，6.49mmol)溶解于pbs(50ml，ph＝5)中。然后将edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，6.49mmol)加入混合物中，在室温下搅拌12小时，经过广泛透析(mw：3500)后，将产品储存在离心管中。
63.s2：抗菌涂层的制备：取1.8g的chi-c溶液，加入40mg的plga微球，在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速率为500rpm～1000rpm；
64.s3：硅橡胶制备：将混合溶液旋涂在硅橡胶表面，放入烘箱中以50℃烘干，制得硅橡胶chi-c。
65.对比例1
66.本对比例制备了一种涂覆有涂层的硅橡胶，与实施例1的区别在于不负载plga微球，具体过程为：
67.涂层的制备：取一定量的chi-c溶液，采用旋涂法涂在硅橡胶表面，放入烘箱中以50℃烘干。
68.对实施例1和对比例1制得的硅橡胶进行电镜扫描，实施例1和对比例1的抗菌涂层截面图分别对应如图2、图3所示，表面图分别对应如图4，图5所示。
69.对比图2和图3可看出，实施例1和对比例1制得涂层均能稳定附着在硅橡胶表面，对比图2和图3、图4和图5可看出，实施例1制得的硅橡胶表面涂层还负载有许多微球，
70.试验例1
71.对未涂覆抗菌涂层的硅橡胶与对比例1制得的涂覆有抗菌涂层的硅橡胶(chi-c)进行红外光谱扫描分析，结果分别如图6所示。
72.从图6可看出，chi-c共轭物的ftir光谱中，3300cm-1
处的信号分配给羟基和氨基的拉伸振动，光谱中1735cm-1
处的峰值分配给碳基的拉伸振动。酰胺带分别在1649cm-1
和
1560cm-1
处出现峰，而在3009cm-1
处出现峰，显示苯环上有c-h结合，证明多巴胺成功移植到chi上。
73.试验例2
74.分别将未涂覆涂层的硅橡胶、实施例1～4制得的硅橡胶经过紫外灭菌处理后放入加了奇异变形杆菌菌液和金黄色葡萄球菌菌液的肉汤中培养15d，并定期观察其抗菌效果，抗菌效果分别如图7、图8所示。其中，未涂覆涂层的硅橡胶记为样品1、对比例1制得的硅橡胶记为样品2、实施例1～实施例3制得的硅橡胶对应记为样品3、样品4、样品5。
75.从图7与图8可看出，载药微球复合涂层具有良好的抗菌效果，在共培养15天后仍然表现出对细菌生长的优异的抑制效果，并且从图中可以发现，三氯生与洗必泰的联合作用能够对细菌产生更优异的抗菌作用，更显著地抑制细菌地繁殖。
76.试验例3
77.将未涂覆涂层的硅橡胶、实施例2～实施例4制得的硅橡胶与细胞共培养1天、3天来测定样品的生物相容性，结果如图9所示，其中图9左图为共培养1天的吸光度(od)结果；图9右图为共培养3天的吸光度(od)结果。
78.从图9可以看出，与未涂覆涂层的硅橡胶相比，涂有涂层的硅橡胶的生物相容性良好。
79.上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。