一种多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片及其制备方法和用途与流程

1.本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片及其制备方法和用途。


背景技术：

2.由于腹壁薄弱、腹壁筋膜缺失或者腹壁完全缺失，在腹内压的作用下往往会导致腹腔内的脏器或组织离开正常解剖位置，向缺失部位突出，形成疝。通过手术对腹壁进行修复是目前根治疝的唯一方式。目前临床上使用最多的腹壁修复假体材料就是聚丙烯补片材料。
3.聚丙烯具有超疏水性和生物惰性，在植入体内后往往会导致机体强烈的异物反应，聚丙烯补片材料周围会产生较强的免疫排斥，最终导致补片与脏器发生严重的粘连。同时，未经过改性的聚丙烯材料不具备抗感染特性，不宜用于污损感染缺损的修补。由于其对机体的强烈刺激导致的腹腔粘连和缺乏抗感染性能的缺陷极大地限制了它的应用。因此，对聚丙烯进行改性以改善其生物相容性、抗菌性能具有重要意义。
4.但是，由于聚丙烯表面惰性，普通方式难以有效接枝抗菌药物，而药物洗脱补片由于采用物理涂覆，药物无法在聚丙烯表面有效固着；另外，对聚丙烯改性往往涉及到复杂的化学反应和有毒试剂的应用，因此不适合用于植入性医疗器械；由强生公司推出的补片采用的混纺工艺，其专利被垄断，我国尚不具备该纺织工艺，并且该补片防粘连效果有限，不具备抗菌功效。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片及其制备方法和用途。
6.首先，本发明提供了一种多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片，它是表面同时接枝氧化右旋糖酐和ε-聚赖氨酸的聚丙烯补片。
7.进一步地，所述ε-聚赖氨酸为25-30个赖氨酸残基的多聚赖氨酸。
8.进一步地，所述聚丙烯补片的制备方法为先利用单宁酸和ε-聚赖氨酸在惰性聚丙烯表面形成共聚沉积层作为二次反应平台，然后将氧化右旋糖酐接枝到上述沉积层上，再交替接枝ε-聚赖氨酸和氧化右旋糖酐，最终得到表面同时接枝氧化右旋糖酐和ε-聚赖氨酸的聚丙烯补片。
9.进一步地，所述聚丙烯补片的制备方法包括如下步骤：
10.(1)将聚丙烯补片浸没于单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中，干燥；或者先将聚丙烯补片先浸没于单宁酸溶液中，再浸没于ε-聚赖氨酸溶液中，干燥；
11.(2)将氧化右旋糖酐溶解在蒸馏水中，得氧化右旋糖酐水溶液；
12.(3)将ε-聚赖氨酸溶解在蒸馏水中，得ε-聚赖氨酸水溶液；
13.(4)将步骤(1)得到的聚丙烯补片浸没于氧化右旋糖酐水溶液中浸泡，洗涤后再浸没于ε-聚赖氨酸水溶液中浸泡，洗涤；
14.(5)重复步骤(4)所述步骤，干燥，即得。
15.进一步地，
16.步骤(1)中，所述单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中，单宁酸浓度为1.5～2.0mg/ml，ε-聚赖氨酸浓度为1.0～5.0mg/ml；
17.和/或，步骤(1)中，所述单宁酸溶液中，单宁酸浓度为1.5～2.0mg/ml；
18.和/或，步骤(1)中，所述ε-聚赖氨酸溶液中ε-聚赖氨酸浓度为1.0～5.0mg/ml；
19.和/或，步骤(1)中，所述混合溶液的溶剂为弱碱性水溶液；
20.和/或，步骤(1)中，所述单宁酸溶液的溶剂为弱碱性水溶液；
21.和/或，步骤(1)中，所述ε-聚赖氨酸溶液的溶剂为蒸馏水；
22.和/或，步骤(2)中，所述氧化右旋糖酐水溶液浓度为1.0～5.0wt％；
23.和/或，步骤(3)中，所述ε-聚赖氨酸水溶液的浓度为0.1～1.0wt％。
24.进一步地，
25.步骤(1)中，所述单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中，单宁酸浓度为2.0mg/ml，ε-聚赖氨酸浓度为2.0mg/ml；
26.和/或，步骤(1)中，所述单宁酸溶液中，单宁酸浓度为2.0mg/ml；
27.和/或，步骤(1)中，所述ε-聚赖氨酸溶液中ε-聚赖氨酸浓度为5.0mg/ml；
28.和/或，步骤(1)中，所述弱碱性水溶液为tris-hcl缓冲液；
29.和/或，步骤(2)中，所述氧化右旋糖酐水溶液浓度为4wt％；
30.和/或，步骤(3)中，所述ε-聚赖氨酸水溶液的浓度为0.5wt％；
31.优选地，步骤(1)中，所述tris-hcl缓冲液的浓度为10mm，ph为8.5。
32.进一步地，
33.步骤(1)中，所述将聚丙烯补片浸没于单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中后室温搅拌12～24小时；
34.和/或，步骤(1)中，所述先将聚丙烯补片先浸没于单宁酸溶液中后室温搅拌12～24小时；
35.和/或，步骤(1)中，所述再浸没于ε-聚赖氨酸溶液中后室温静置1～3小时；
36.和/或，步骤(1)中，所述干燥为真空干燥；
37.和/或，步骤(4)中，所述浸泡时间为1～3小时；
38.和/或，步骤(5)中，所述重复步骤(4)所述步骤1～5次；
39.和/或，步骤(5)中，所述干燥为真空干燥；
40.优选地，
41.和/或，步骤(4)中，所述浸泡时间为1小时；
42.和/或，步骤(5)中，所述重复步骤(4)所述步骤5次。
43.进一步地，所述氧化右旋糖酐的制备方法如下：
44.①
将右旋糖酐溶解于水中，制成右旋糖酐水溶液；
45.②
在右旋糖酐水溶液中加入氧化剂，反应，即得；
46.优选地，
47.步骤
①
中，所述右旋糖酐水溶液的浓度为1～2wt％；
48.和/或，步骤
①
中，所述右旋糖酐为分子量为100k或150k的右旋糖酐；
49.和/或，步骤
②
中，所述氧化剂为高碘酸钠；
50.和/或，步骤
②
中，所述氧化剂的用量为右旋糖酐分子中所含糖单元物摩尔量的50％～80％；
51.更优选地，
52.步骤
①
中，所述右旋糖酐水溶液的浓度为1.5wt％；
53.和/或，步骤
②
中，所述反应温度为25～30℃；和/或，所述反应时间为6～24h；
54.和/或，步骤
②
中，所述反应后加入乙二醇终止反应，透析，干燥，即得；
55.进一步优选地，
56.步骤
②
中，所述氧化剂和右旋糖酐所含糖单元的物质量摩尔比为80％；
57.和/或，步骤
②
中，加入乙二醇的摩尔量为氧化剂的30％。
58.本发明还提供了前述的抗菌防粘连医用聚丙烯补片的制备方法，它包括如下步骤：
59.1)将聚丙烯补片浸没于单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中，干燥；或者先将聚丙烯补片先浸没于单宁酸溶液中，再浸没于ε-聚赖氨酸溶液中，干燥；
60.2)将氧化右旋糖酐溶解在蒸馏水中，得氧化右旋糖酐水溶液；
61.3)将ε-聚赖氨酸溶解在蒸馏水中，得ε-聚赖氨酸水溶液；
62.4)将步骤1)得到的聚丙烯补片浸没于氧化右旋糖酐水溶液中浸泡，洗涤后再浸没于ε-聚赖氨酸水溶液中浸泡，洗涤；
63.5)重复步骤4)所述步骤，干燥，即得；
64.优选地，
65.步骤1)中，所述单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中，单宁酸浓度为1.5～2.0mg/ml，ε-聚赖氨酸浓度为1.0～5.0mg/ml；
66.和/或，步骤1)中，所述单宁酸溶液中，单宁酸浓度为1.5～2.0mg/ml；
67.和/或，步骤1)中，所述ε-聚赖氨酸溶液中ε-聚赖氨酸浓度为1.0～5.0mg/ml；
68.和/或，步骤1)中，所述混合溶液的溶剂为弱碱性水溶液；
69.和/或，步骤1)中，所述单宁酸溶液的溶剂为弱碱性水溶液；
70.和/或，步骤1)中，所述ε-聚赖氨酸溶液的溶剂为蒸馏水；
71.和/或，步骤1)中，所述将聚丙烯补片浸没于单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中后室温搅拌12～24小时；
72.和/或，步骤1)中，所述先将聚丙烯补片先浸没于单宁酸溶液中后室温搅拌12～24小时；
73.和/或，步骤1)中，所述再浸没于ε-聚赖氨酸溶液中后室温静置1～3小时；
74.和/或，步骤1)中，所述干燥为真空干燥；
75.和/或，步骤2)中，所述氧化右旋糖酐水溶液浓度为1～5wt％；
76.和/或，步骤3)中，所述ε-聚赖氨酸水溶液的浓度为0.1～1wt％；
77.和/或，步骤4)中，所述浸泡时间为1～3小时；
78.和/或，步骤5)中，所述重复步骤4)所述步骤1～5次；
79.和/或，步骤5)中，所述干燥为真空干燥；
80.更优选地，
81.步骤1)中，所述单宁酸和ε-聚赖氨酸的混合溶液中，单宁酸浓度为2mg/ml，ε-聚赖氨酸浓度为2mg/ml；
82.和/或，步骤1)中，所述单宁酸溶液中，单宁酸浓度为2mg/ml；
83.和/或，步骤1)中，所述ε-聚赖氨酸溶液中ε-聚赖氨酸浓度为5mg/ml；
84.和/或，步骤1)中，所述弱碱性水溶液为tris-hcl缓冲液；
85.和/或，步骤2)中，所述氧化右旋糖酐水溶液浓度为4wt％；
86.和/或，步骤(3)中，所述ε-聚赖氨酸水溶液的浓度为0.5wt％；
87.和/或，步骤4)中，所述浸泡时间为1小时；
88.和/或，步骤5)中，所述重复步骤4)所述步骤5次；
89.进一步优选地，
90.步骤1)中，所述tris-hcl缓冲液的浓度为10mm，ph为8.5。
91.本发明还提供了前述的抗菌防粘连医用聚丙烯补片在制备抗菌防粘连修复材料中的用途；
92.优选地，所述修复材料为腹壁修复材料和/或疝修复材料。
93.本发明中，室温是指25
±
5℃，过夜是指12
±
2h。
94.本发明中，右旋糖酐分子中所含糖单元物质的量：以右旋糖酐质量来确定右旋糖酐糖单元摩尔数。即例如1g右旋糖酐
÷
右旋糖酐糖单元分子量＝右旋糖酐糖单元摩尔数。右旋糖酐单元分子式为c6h
10
o5分子量为162。也就是1/162＝0.006mol糖单元。
95.相对于现有技术中的方案，本发明的有益效果是：
96.本发明多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片具有优良的组织顺应性和组织相容性，能够有效的与腹壁组织整合，且能够减少炎性细胞浸润。同时，ε-聚赖氨酸和氧化右旋糖酐共同接枝在聚丙烯上，对于抗菌和防粘连均发挥了协同增效作用。该抗菌防粘连医用聚丙烯补片不仅具有优良的防治术后粘连发生的功效，可有效的防止补片与脏器粘连，减少并发症发生；还具有广谱抑菌效果，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有显著的抑菌能力，并且其抑菌作用不依赖于抗生素类药物。此外，该抗菌防粘连医用聚丙烯补片结构稳定，抗菌防粘连多层结构层能够稳定接枝在惰性聚丙烯补片表面，且用于补片制备的原料均为cfda批准的原料，保证了补片使用时的稳定性和安全性，具有良好的应用前景。
97.显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
98.以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
99.图1为各样品组抑菌圈大小。
100.图2为各样品组术后粘连发生情况：a为pp组；b为实施例1；c为对比例1；d为对比例2。
101.图3为各样品组术后粘连面积评分结果。
具体实施方式
102.本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
103.ε-聚赖氨酸为25～30个赖氨酸残基的ε-聚赖氨酸。
104.右旋糖酐为：分子量为100k或150k的右旋糖酐。
105.实施例1、本发明多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片的制备
106.(1)氧化右旋糖酐的制备：将1.5g右旋糖酐溶解于100ml蒸馏水中，即得浓度为1.5％的右旋糖酐水溶液。在右旋糖酐水溶液中加入1.58g高碘酸钠，25℃避光反应24小时，加入乙二醇0.5ml终止反应1小时。将得到的反应液转移到分子截留量为3500da的透析袋中，在蒸馏水中透析3天，将截留液冷冻干燥48小时，得到氧化右旋糖酐。
107.(2)聚丙烯补片表面接枝活性基团：将0.2g单宁酸溶解于100ml浓度为10mm的tris-hcl缓冲液中，缓冲液ph＝8.5，得单宁酸溶液；将0.5gε-聚赖氨酸溶解于100ml蒸馏水中，得ε-聚赖氨酸溶液。再将聚丙烯补片先浸没于单宁酸溶液中，室温条件下磁力搅拌24小时，蒸馏水洗涤后，将上述聚丙烯补片再浸没于ε-聚赖氨酸溶液中，室温下静置1小时。上述聚丙烯补片用蒸馏水漂洗2次，30℃真空干燥24小时。
108.(3)多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片的制备：将步骤(1)所得的氧化右旋糖酐溶解在100ml蒸馏水中，得浓度为4％(质量体积比)的氧化右旋糖酐水溶液。将0.5gε-聚赖氨酸溶解于100ml蒸馏水中，得浓度为0.5％(质量体积比)的ε-聚赖氨酸水溶液。将步骤(2)所得的聚丙烯补片浸没于氧化右旋糖酐水溶液中，浸泡1小时，用蒸馏水洗涤，再将其浸没于ε-聚赖氨酸水溶液中，浸泡1小时，用蒸馏水洗涤；重复上述浸泡步骤(浸泡于氧化右旋糖酐水溶液中后，再浸泡于ε-聚赖氨酸水溶液中)5次，将浸泡后的聚丙烯补片真空干燥24小时，即得多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片。
109.实施例2、本发明多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片的制备
110.(1)氧化右旋糖酐的制备：将1.5g右旋糖酐溶解于100ml蒸馏水中，即得浓度为1.5％的右旋糖酐水溶液。在右旋糖酐水溶液中加入1.58g高碘酸钠，25℃避光反应6小时，加入乙二醇0.5ml终止反应1小时。将得到的反应液转移到分子截留量为3500da的透析袋中，在蒸馏水中透析3天，将截留液冷冻干燥48小时，得到氧化右旋糖酐。
111.(2)聚丙烯补片表面接枝活性基团：将0.2g单宁酸溶解于100ml浓度为10mm的tris-hcl缓冲液中，缓冲液ph＝8.5。再将0.2gε-聚赖氨酸溶解于上溶液中，得混合溶液。再将聚丙烯补片浸没于上述混合溶液中，室温条件下磁力搅拌24小时，然后将聚丙烯补片用蒸馏水漂洗2次，30℃真空干燥24小时。
112.(3)多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片的制备：将步骤(1)所得的氧化右旋糖酐溶解在100ml蒸馏水中，得浓度为4％(质量体积比)的氧化右旋糖酐水溶液。将0.5gε-聚赖氨酸溶解于100ml蒸馏水中，得浓度为0.5％(质量体积比)的ε-聚赖氨酸水溶液。将步骤(2)所得的聚丙烯补片浸没于氧化右旋糖酐水溶液中，浸泡1小时，用蒸馏水洗涤，再将其浸没于ε-聚赖氨酸水溶液中，浸泡1小时，用蒸馏水洗涤；重复上述浸泡步骤(浸泡于氧化右旋糖酐水溶液中后，再浸泡于氧化右旋糖酐水溶液中)5次，将浸泡后的聚丙烯补片真空
干燥24小时，即得多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片。
113.对比例1、其他多层表面结构的抗菌医用聚丙烯补片
114.(1)聚丙烯补片表面接活性基团：将0.2g单宁酸溶解于100ml浓度为10mm的tris-hcl缓冲液中，缓冲液ph＝8.5。再将聚丙烯补片浸没于上述溶液中，室温条件下磁力搅拌24小时，然后将聚丙烯补片用蒸馏水漂洗2次，备用；将0.5gε-聚赖氨酸溶解于100ml蒸馏水中，得ε-聚赖氨酸溶液。再将上述备用聚丙烯补片浸没于ε-聚赖氨酸溶液中，轻微搅拌24小时，蒸馏水洗涤后，30℃真空干燥24小时。
115.(2)多层表面结构的抗菌医用聚丙烯补片的制备：将0.5gε-聚赖氨酸溶解于100ml蒸馏水中，得浓度为0.5％(质量体积比)的ε-聚赖氨酸水溶液。将步骤(1)所得的聚丙烯补片浸没于ε-聚赖氨酸水溶液中，浸泡1小时，用蒸馏水洗涤；重复上述浸泡步骤5次，将浸泡后的聚丙烯补片真空干燥24小时，即得多层表面结构的抗菌医用聚丙烯补片。
116.对比例2、其他多层表面结构的防粘连医用聚丙烯补片
117.(1)氧化右旋糖酐的制备：将1.5g右旋糖酐溶解于100ml蒸馏水中，即得浓度为1.5％的右旋糖酐水溶液。在右旋糖酐水溶液中加入1.58g高碘酸钠，25℃避光反应12小时，加入乙二醇0.5ml终止反应1小时。将得到的反应液转移到分子截留量为3500da的透析袋中，在蒸馏水中透析3天，将截留液冷冻干燥48小时，得到氧化右旋糖酐。
118.(2)聚丙烯补片表面接活性基团：将0.2g单宁酸溶解于100ml浓度为10mm的tris-hcl缓冲液中，缓冲液ph＝8.5。再将聚丙烯补片浸没于上述溶液中，室温条件下磁力搅拌24小时，然后将聚丙烯补片用蒸馏水漂洗2次，30℃真空干燥24小时。
119.(3)多层表面结构的防粘连医用聚丙烯补片的制备：将步骤(1)所得的氧化右旋糖酐溶解在100ml蒸馏水中，得浓度为4％(质量体积比)的氧化右旋糖酐水溶液。将步骤(2)所得的聚丙烯补片浸没于氧化右旋糖酐水溶液中，浸泡1小时，用蒸馏水洗涤，重复上述浸泡步骤5次，将浸泡后的聚丙烯补片真空干燥24小时，即得多层表面结构的防粘连医用聚丙烯补片。
120.以下通过具体的试验例证明本发明的有益效果
121.试验例1、本发明医用聚丙烯补片的抗菌效果测试
122.1、试验方法
123.采用实施例1制备的抗菌防粘连医用聚丙烯补片、对比例1制备的抗菌医用聚丙烯补片和对比例2制备的防粘连医用聚丙烯补片，进行抗菌效果测试，测试方法采用琼脂平板法。
124.步骤如下：
125.1)分别制备大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬液(1
×
108cfu/ml)；
126.2)取200μl菌悬液均匀涂覆lb琼脂培养基表面；
127.3)将实施例1、对比例1和对比例2制备的补片裁剪为1.0
×
1.0cm的大小，以无菌普通聚丙烯补片(pp)作为对照，以浸泡青霉素的无菌滤纸作为阳性对照。
128.4)将步骤3中的样品分别置于步骤2的培养皿中，37℃孵育24小时。
129.5)取出步骤4的培养皿，拍照记录抑菌圈大小。
130.6)抑菌圈测量：以补片中心为起始，垂直于补片边缘，测量从中心到抑菌圈边缘的距离，计为d；
131.在抗菌测试过程中，各补片使用剂量大小相同，同种补片制备方式相同，细菌的密度也相同。
132.2、试验结果
133.各组抑菌结果如图1和表1所示。结果表明，对比例2与普通聚丙烯补片一样，没有抑菌效果，对比例1和实施例1的聚丙烯补片均有抑菌效果。其中，实施例1聚丙烯补片对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果均优于对比例1。即在相同条件下，实施例1在丙烯补片上共同接枝右旋糖酐和ε-聚赖氨酸的抑菌效果显著优于单接右旋糖酐(对比例2)或单接ε-聚赖氨酸(对比例1)，说明本发明聚丙烯补片的抗菌性能发挥了协同增效作用，进一步提高了聚丙烯补片的抗菌性能。
134.表1.各组抑菌圈半径结果
[0135][0136]
试验例2、本发明医用聚丙烯补片的防粘连效果测试
[0137]
1、试验方法
[0138]
按文献方法(s.lu,w.hu,z.zhang,z.ji,t.zhang,hernia 2018,22,1051.)构建sd大鼠(体重200-250g，雌性，40只)腹壁全缺损模型，采用实施例1制备的抗菌防粘连医用聚丙烯补片、对比例1制备的抗菌医用聚丙烯补片和对比例2制备的防粘连医用聚丙烯补片，进行防粘连效果测试，以pp补片作为对照组。各组10只，粘连防治效果以术后发生粘连面积为依据。
[0139]
在防粘连测试过程中，各补片使用剂量相同。
[0140]
2、试验结果
[0141]
各组防粘连结果如图2和图3所示。实验结果表明，pp组(图2a)和对比例1(图2c)均发生了严重的术后粘连，对比例2(图2d)和实施例1(图2b)均具有防粘连效果，其中实施例1防粘连效果优于对比例2。从粘连面积上按照文献方法(s.lu,w.hu,z.zhang,z.ji,t.zhang,hernia 2018,22,1051.)进行半定量分析也可知(图3)：对比例1和pp粘连面积最大，对比例2次之，实施例1粘连面积最少。可见，在相同条件下，实施例1在丙烯补片上共同接枝右旋糖酐和ε-聚赖氨酸的防粘连效果显著优于单接右旋糖酐(对比例2)或单接ε-聚赖氨酸(对比例1)，说明本发明聚丙烯补片的防粘连性能发挥了协同增效作用，进一步提高了聚丙烯补片的防粘连效果。
[0142]
综上，本发明多层表面结构的抗菌防粘连医用聚丙烯补片具有优良的组织顺应性和组织相容性，能够有效的与腹壁组织整合，且能够减少炎性细胞浸润。同时，ε-聚赖氨酸和氧化右旋糖酐共同接枝在聚丙烯上，对于抗菌和防粘连均发挥了协同增效作用。该抗菌
防粘连医用聚丙烯补片不仅具有优良的防治术后粘连发生的功效，可有效的防止补片与脏器粘连，减少并发症发生；还具有广谱抑菌效果，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有显著的抑菌能力，并且其抑菌作用不依赖于抗生素类药物。此外，该抗菌防粘连医用聚丙烯补片结构稳定，抗菌防粘连多层结构层能够稳定接枝在惰性聚丙烯补片表面，且用于补片制备的原料均为cfda批准的原料，保证了补片使用时的稳定性和安全性，具有良好的应用前景。