一种医用抗菌型UHMWPE缝合线及其制备方法与流程

一种医用抗菌型uhmwpe缝合线及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及医用缝合线技术领域，尤其涉及一种医用抗菌型uhmwpe缝合线及其制备方法。


背景技术：

2.医用缝合线根据生物降解性能可分为可吸收缝合线和不可吸收缝合线。可吸收缝合线采用聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙交酯、聚乙内酯等材料，在体内能够被降解，支撑时间较短；不可吸收缝合线采用聚酯、聚酰胺、聚丙烯等材料，在体内不降解，支撑时间长，可用于缝合愈合缓慢的组织，如软骨、韧带、肌腱、支气管、食管及需要长期固定的移植物等。
3.手术部位感染是外科手术中常见的术后并发症。普通医用缝合线在使用时虽然会经过高温灭菌处理，但缝合线本身不具有抗菌性能，细菌易在缝合线表面粘附和定植，经由缝合线进入手术切口，易造成手术部位感染。特别是对于不可吸收缝合线而言，由于在体内支撑时间较长，因而对其抗菌效果以及抗菌持久性具有更高的要求。
4.目前，缝合线中常用的抗菌剂为壳聚糖(如专利cn105107016b)和银离子(如专利cn103284771b)。当采用壳聚糖作为抗菌剂时，由于壳聚糖在体内会被降解，因而只适用于可吸收缝合线。当采用银离子作为抗菌剂时，往往存在原料成本高、生产过程复杂的问题，且银离子从缝合线表面脱落并经由血液循环积累到组织器官中后，易对组织器官造成危害。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种医用抗菌型uhmwpe缝合线及其制备方法。本发明利用碘作为抗菌剂，成本较低，且碘络合在聚乙烯基吡咯烷酮上缓慢释放，抗菌剂从缝合线中脱落而危害组织器官的风险较小；并且，本发明采用由聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘构成的可吸液膨胀抗菌涂层能够使缝合线在缝合时易于从组织中穿过并收紧，在缝合完成后锚定在组织中，并使其在体内具有较好的抗菌效果以及抗菌持久性。
6.本发明的具体技术方案为：一种医用抗菌型uhmwpe缝合线，包括超高分子量聚乙烯纤维编织线，以及涂覆于超高分子量聚乙烯纤维编织线表面的可吸液膨胀抗菌涂层；所述可吸液膨胀抗菌涂层为由聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘构成的交联网络。
7.相较于现有技术中的银离子镀层而言，本发明采用碘作为抗菌剂，成本较低，且以聚维酮碘的形式存在于可吸液膨胀抗菌涂层中，抗菌剂从缝合线中脱落而危害组织器官的风险较小。
8.本发明采用聚维酮碘，即聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)与碘的络合物，能够降低碘的挥发性，减缓碘的释放。缝合线在使用前采用无菌包装，对缝合线自身的抗菌性要求较低，此时，涂层未吸水，聚维酮碘处于干燥环境中，且涂层处于未膨胀状态，交联网络密度较高，碘释放速度较慢，因而碘的损失较少；在缝合完成后，涂层在组织中逐渐吸液膨胀，聚维酮碘
处于较湿润的环境中，且涂层中交联网络的密度减小，能够加快碘的释放速度，使其发挥较好的抗菌作用。通过这种方式，能够使缝合线在体内具有较好的抗菌效果以及抗菌持久性。
9.本发明采用聚维酮碘，而非其他碘络合物，目的是赋予抗菌涂层吸液膨胀能力，提高缝合线的使用性能，具体而言：在使用缝合线进行缝合时，涂层中含水量较低，处于未膨胀状态，缝合线的直径较小，便于从组织中穿过并收紧；在缝合完成后，组织液通过扩散和毛细作用等方式逐渐进入涂层内，其中的水分子与聚维酮碘结合，通过使涂层内外形成渗透压差而促使水不断被吸收到涂层中，从而使涂层发生膨胀，缝合线直径增大，与组织之间形成紧密结合，进而将缝合线锚定在组织内，防止缝合处发生移位而造成磨损或影响愈合。
10.此外，超高分子量聚乙烯纤维(uhmwpef)是指分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维，将其作为不可吸收医用缝合线材料时，能够赋予缝合线较高的强度、耐磨性和生物惰性，但同时，uhmwpef编织线的表面粗糙度较大，在缝合时与组织之间存在较大的摩擦力，导致缝合线不易从组织中穿过并收紧。而本发明通过在uhmwpef编织线表面涂覆可吸液膨胀抗菌涂层，能够提高缝合线的表面光滑度，使其易于从组织中穿过并收紧。
11.在本发明的缝合线中，超高分子量聚乙烯纤维、聚二甲基硅氧烷(pdms)和聚乙烯基吡咯烷酮均已被报道过具有生物相容性好、细胞毒性低的特点，接入人体内无炎症症状，对人体组织无副作用，符合医用高分子材料的要求。并且，这三种材料的生物惰性较高，在体内不会被降解吸收，因而可用于制备不可吸收性医用缝合线，用于缝合愈合缓慢的组织。
12.作为优选，所述可吸液膨胀抗菌涂层共价接枝于超高分子量聚乙烯纤维编织线表面；所述可吸液膨胀抗菌涂层中，聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘共价交联。
13.涂层的吸液膨胀性在赋予缝合线更好的使用性能的同时，也会造成涂层强度下降：当涂层吸液膨胀时，涂层内部以及涂层与编织线之间的结合易受到破坏，结合强度下降，涂层易脱落而进入到周围组织中，引发组织炎症反应。为此，本发明在涂层与编织线之间，以及涂层内部聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘之间均形成共价连接，提高涂层与编织线之间以及涂层内部的结合强度，从而解决上述技术问题。
14.作为优选，所述可吸液膨胀抗菌涂层的原料包括涂层液和抗菌处理液；所述涂层液包括以下组分：聚二甲基硅氧烷，聚乙烯基吡咯烷酮，夺氢型光敏剂，多乙烯基交联剂，溶剂；所述抗菌处理液中含有碘单质。
15.将涂层液喷涂到编织线表面后，在紫外光作用下，pdms和pvp中的氢被夺氢型光敏剂夺取后，形成自由基，进而与多乙烯基交联剂中的乙烯基反应；由于pdms具有较好的透光性，紫外光能够穿透涂层到达编织线表面，因此，编织线表面同样能够形成自由基，进而接枝上多乙烯基交联剂。通过这种方式，能够利用多乙烯基交联剂在pdms、pvp和编织线之间形成共价连接，从而提高涂层与编织线之间以及涂层内部的结合强度。
16.本发明采用含pvp的涂层液和含碘单质的抗菌处理液，而非直接采用聚维酮碘，原因在于：碘会吸收紫外光，导致穿透涂层到达编织线表面的紫外光减少，造成夺氢型光敏剂主要作用于涂层内，在编织线表面形成的自由基过少，进而导致涂层与编织线之间的结合强度过低。而通过将含pvp的涂层液和含碘单质的抗菌处理液分开使用，先利用涂层液在编织线表面形成涂层，而后再利用抗菌处理液将碘络合到pvp上，能够避免碘对涂层与编织线之间的结合产生影响。
17.进一步地，所述涂层液按重量份计，包括以下组分：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯
基吡咯烷酮5～7.5份，夺氢型光敏剂3～5份，多乙烯基交联剂4.5～6.5份，溶剂200～300份。
18.当pvp的用量过少时，会造成缝合完成后，涂层的吸液膨胀性能较差，难以使缝合线与组织之间形成紧密结合。
19.进一步地，所述抗菌处理液中，碘单质的浓度为2～5wt％。
20.进一步地，所述夺氢型光敏剂为二苯甲酮；所述多乙烯基交联剂为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺。
21.作为优选，所述可吸液膨胀抗菌涂层的厚度占医用抗菌型uhmwpe缝合线线径的14～20％。
22.一种所述医用抗菌型uhmwpe缝合线的制备方法，包括以下步骤：(1)将超高分子量聚乙烯纤维编织成线，获得超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)配制涂层液和抗菌处理液；(3)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用紫外光照射5～8min，穿过预制孔后，再在沿轴向进行环吹风的同时，用紫外光照射50～60min；停止环吹风和紫外光照射后，干燥、洗净并再次干燥后，获得包覆有涂层的编织线；(4)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，浸渍反应后取出，干燥、洗净并再次干燥，获得医用抗菌型uhmwpe缝合线。
23.进一步地，步骤(3)中，所述紫外光的波长为360～380nm。
24.进一步地，步骤(4)中，所述浸渍反应的温度为55～65℃，时间为10～12h。
25.与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)通过在uhmwpe编织线表面涂覆可吸液膨胀抗菌涂层，能够提高缝合线表面的光滑性，便于其从组织中穿过并收紧；(2)利用碘作为抗菌剂，成本较低，且碘络合在聚乙烯基吡咯烷酮上缓慢释放，抗菌剂从缝合线中脱落而危害组织器官的风险较小；(3)采用由聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘构成的交联网络作为可吸液膨胀抗菌涂层，能够使缝合线在体内具有较好的抗菌效果以及抗菌持久性；(4)利用可吸液膨胀抗菌涂层中的聚维酮碘，能够赋予缝合线吸液膨胀特性，使其线径在缝合完成后逐渐增大，有利于提高缝合线的使用性能，使其在缝合时易于从组织中穿过并收紧，在缝合完成后能够锚定在组织中；同时，在缝合完成后，随着可吸液膨胀抗菌涂层的膨胀，涂层中的碘释放速度加快，能够使缝合线在体内具有较好的抗菌效果以及抗菌持久性。
具体实施方式
26.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
27.总实施例一种医用抗菌型uhmwpe缝合线，包括超高分子量聚乙烯纤维编织线，以及涂覆于超高分子量聚乙烯纤维编织线表面的可吸液膨胀抗菌涂层；所述可吸液膨胀抗菌涂层为由聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘构成的交联网络；所述可吸液膨胀抗菌涂层的厚度占医用抗菌型uhmwpe缝合线线径的14～20％。
28.一种上述医用抗菌型uhmwpe缝合线的制备方法，包括以下步骤：(1)将超高分子量聚乙烯纤维编织成线，获得超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯基吡咯烷酮5～7.5份，夺氢型光敏剂3～5份，多乙烯基交联剂4.5～6.5份，溶剂200～300份；混合均匀后，获得涂层液；(3)配制含有2～5wt％碘单质的抗菌处理液；(4)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用360～380nm紫外光照射5～8min，穿过预制孔后，再在沿轴向进行环吹风的同时，用紫外光照射50～60min；停止环吹风和紫外光照射后，干燥、洗净并再次干燥后，获得包覆有涂层的编织线；(5)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，在55～65℃下浸渍反应10～12h后取出，干燥、洗净并再次干燥，获得医用抗菌型uhmwpe缝合线。
29.实施例1通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：(1)采用8锭编织机，对8股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.250
±
0.02mm的超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯基吡咯烷酮5份，二苯甲酮3份，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺4.5份，二氯甲烷250份；混合均匀后，获得涂层液；(3)将碘单质溶解到乙醇中，制成碘单质浓度为3wt％的抗菌处理液；(4)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用365nm紫外光照射5min，穿过一孔径为0.32mm的圆形预制孔后，再在用工业氮气以5m/s的流速沿轴向进行环吹风的同时，用365nm紫外光照射55min；停止环吹风和紫外光照射后，45℃热处理去除二氯甲烷，而后用乙醇洗涤，在室温下挥发去除乙醇，获得包覆有涂层的编织线；(5)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，在65℃下浸渍反应11h后取出，在室温下挥发去除乙醇，而后在正庚烷中浸泡24h，在50℃下挥发去除正庚烷，获得线径为0.309
±
0.01mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
30.实施例2通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：(1)采用8锭编织机，对8股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.250
±
0.02mm的超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯基吡咯烷酮6.5份，二苯甲酮4份，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺5.5份，二氯甲烷300份；混合均匀后，获得涂层液；(3)将碘单质溶解到乙醇中，制成碘单质浓度为2wt％的抗菌处理液；(4)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用365nm紫外光照射6min，穿过一孔径为0.32mm的圆形预制孔后，再在用工业氮气以5m/s的流速沿轴向进行环吹风的同时，用365nm紫外光照射50min；停止环吹风和紫外光照射后，50℃热处理去除二氯甲烷，而后用乙醇洗涤，在室温下挥发去除乙醇，获得包覆有涂层的编织线；(5)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，在55℃下浸渍反应10h后取出，在室温下挥发去除乙醇，而后在正庚烷中浸泡24h，在40℃下挥发去除正庚烷，获得线径为0.305
±
0.01mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
31.实施例3
通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：(1)采用16锭编织机，对16股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.491
±
0.02mm的超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯基吡咯烷酮7.5份，二苯甲酮5份，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺6.5份，二氯甲烷200份；混合均匀后，获得涂层液；(3)将碘单质溶解到乙醇中，制成碘单质浓度为5wt％的抗菌处理液；(4)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用365nm紫外光照射8min，穿过一孔径为0.60mm的圆形预制孔后，再在用工业氮气以10m/s的流速沿轴向进行环吹风的同时，用365nm紫外光照射1h；停止环吹风和紫外光照射后，55℃热处理去除二氯甲烷，而后用乙醇洗涤，在室温下挥发去除乙醇，获得包覆有涂层的编织线；(5)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，在60℃下浸渍反应12h后取出，在室温下挥发去除乙醇，而后在正庚烷中浸泡24h，在45℃下挥发去除正庚烷，获得线径为0.576
±
0.01mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
32.对比例1通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：采用8锭编织机，对8股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.250
±
0.02mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
33.对比例2通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：(1)采用8锭编织机，对8股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.250
±
0.02mm的超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯基吡咯烷酮2份，二苯甲酮3份，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺4.5份，二氯甲烷250份；混合均匀后，获得涂层液；(3)将碘单质溶解到乙醇中，制成碘单质浓度为3wt％的抗菌处理液；(4)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用365nm紫外光照射5min，穿过一孔径为0.32mm的圆形预制孔后，再在用工业氮气以5m/s的流速沿轴向进行环吹风的同时，用365nm紫外光照射55min；停止环吹风和紫外光照射后，45℃热处理去除二氯甲烷，而后用乙醇洗涤，在室温下挥发去除乙醇，获得包覆有涂层的编织线；(5)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，在65℃下浸渍反应11h后取出，在室温下挥发去除乙醇，而后在正庚烷中浸泡24h，在50℃下挥发去除正庚烷，获得线径为0.306
±
0.01mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
34.对比例3通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：(1)采用8锭编织机，对8股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.250
±
0.02mm的超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚乙烯基吡咯烷酮5份，正硅酸乙酯4.5份，二月桂酸二丁基锡1.2份，二氯甲烷250份；混合均匀后，获得涂层液；(3)将碘单质溶解到乙醇中，制成碘单质浓度为3wt％的抗菌处理液；(4)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后在40℃下热处理固
化20min，穿过一孔径为0.32mm的圆形预制孔后，再在用工业氮气以5m/s的流速沿轴向进行环吹风的同时，在40℃下热处理固化5h；停止环吹风和热处理后，用乙醇洗涤，在室温下挥发去除乙醇，获得包覆有涂层的编织线；(5)将包覆有涂层的编织线浸没到抗菌处理液中，在65℃下浸渍反应11h后取出，在室温下挥发去除乙醇，而后在正庚烷中浸泡24h，在50℃下挥发去除正庚烷，获得线径为0.310
±
0.01mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
35.对比例4通过以下步骤制备一种医用抗菌型uhmwpe缝合线：(1)采用8锭编织机，对8股110dtex的超高分子量聚乙烯纤维进行编织，获得线径为0.250
±
0.02mm的超高分子量聚乙烯纤维编织线；(2)按照以下重量份称取原料：聚二甲基硅氧烷50份，聚维酮碘5份，二苯甲酮3份，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺4.5份，二氯甲烷250份；混合均匀后，获得涂层液；(3)将涂层液喷涂到超高分子量聚乙烯纤维编织线表面，而后用365nm紫外光照射5min，穿过一孔径为0.32mm的圆形预制孔后，再在用工业氮气以5m/s的流速沿轴向进行环吹风的同时，用365nm紫外光照射55min；停止环吹风和紫外光照射后，45℃热处理去除二氯甲烷，而后用乙醇洗涤，在室温下挥发去除乙醇，获得线径为0.311
±
0.01mm的医用抗菌型uhmwpe缝合线。
36.测试例1：抗菌性将实施例1～3中制得的缝合线在水中浸泡1d、5d和15d后，参照《gb/t 20944.2-2007纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》，测试大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率，结果见表1。
37.表1表1从表1可以看出，本发明的缝合线具有较好的抗菌效果和抗菌持久性。
38.测试例2：静摩擦系数对实施例1～3和对比例1中制得的缝合线进行表面静摩擦系数测试，结果见表2。
39.表2 静摩擦系数实施例10.06实施例20.08实施例30.06对比例10.25实施例1～3在uhmwpe编织线的表面喷涂由聚二甲基硅氧烷与聚维酮碘构成的可吸液膨胀抗菌涂层，对比例1未喷涂可吸液膨胀抗菌涂层。从表2可以看出，相较于对比例1
而言，实施例1～3的缝合线表面静摩擦系数明显较小，说明通过喷涂本发明的可吸液膨胀抗菌涂层，能够提高缝合线表面的光滑性。
40.测试例3：吸液膨胀性能将实施例1～3和对比例2～4中制得的缝合线浸泡在水中，48h后，检测其直径，并按照以下公式计算吸水膨胀率：吸水膨胀率＝(吸水后直径-吸水前直径)/吸收前直径
×
100％。结果见表3。
41.表3 吸水膨胀率/％实施例16.22实施例27.05实施例37.43对比例22.80对比例33.41对比例46.13实施例1和对比例2中，涂层液原料中pvp与pdms的质量比分别为5:50和2:50，其余原料和制备过程均相同。从表3可以看出，相较于实施例1而言，对比例2的缝合线吸水膨胀率明显较低，说明pvp的加入能够赋予缝合线吸水膨胀特性，并且，当pvp的用量过少时，会造成缝合线的吸水膨胀性能较差。
42.实施例1中采用光敏剂二苯甲酮和交联剂n,n'-亚甲基双丙烯酰胺，通过紫外光照射使涂层固化，对比例3中采用交联剂正硅酸乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡，通过热处理使涂层固化，其余原料和制备过程均相同。从表3来看，对比例3的缝合线吸水膨胀率较低，推测原因可能在于：当采用正硅酸乙酯作为交联剂时，聚二甲基硅氧烷的交联程度较高，不利于涂层的吸水膨胀。
43.测试例4：耐磨性能将实施例1～3和对比例3、4制得的缝合线在水中浸泡48h后烘干，而后采用纤维抱合力仪以150r/min的速率摩擦30次，洗净并烘干后，检测摩擦前后医用缝合线的失重率，结果见表4。
44.表4 失重率/％实施例11.07实施例20.98实施例30.95对比例33.63对比例43.02实施例1中采用光敏剂二苯甲酮和交联剂n,n'-亚甲基双丙烯酰胺，通过紫外光照射使涂层固化，对比例3中采用交联剂正硅酸乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡，通过热处理使涂层固化，其余原料和制备过程均相同。从表4可以看出，相较于对比例3而言，实施例1的缝合线耐磨性能明显较好，推测这是由于：在紫外光照射下，编织线表面以及pdms和pvp中的氢被二苯甲酮夺取后，形成自由基，进而与n,n'-亚甲基双丙烯酰胺中的乙烯基反应，通
过n,n'-亚甲基双丙烯酰胺使涂层与编织线之间形成共价连接，从而提高两者之间的结合强度，使缝合线具有更好的耐磨性能；此外，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺也能够使涂层内部的pdms和pvp形成共价连接，在一定程度上提高缝合线的性能。
45.实施例1先在uhmwpe编织线表面喷涂含pvp的涂层液形成涂层，再用含碘单质的抗菌处理液浸渍，对比例4直接采用聚维酮碘，其余原料和制备过程均相同。从表4可以看出，相较于对比例4而言，实施例1的缝合线耐磨性能明显较好，推测这是由于：当直接采用聚维酮碘时，由于碘会吸收紫外光，会导致穿透涂层到达编织线表面的紫外光减少，造成光敏剂二苯甲酮主要作用于涂层内，在编织线表面形成的自由基过少，进而导致涂层与编织线之间的结合强度过低，进而影响缝合线的耐磨性能。
46.本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
47.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。