制造含铜聚氨酯泡沫的方法与流程

1.通常，本发明涉及抗微生物材料领域。特别地，本发明涉及一种用于制造含铜的抗菌聚氨酯泡沫的方法。


背景技术：

2.有效的伤口治疗是医院最关心的问题，特别是在当今与生活相关的慢性疾病，诸如糖尿病，以及老年人口不断增加的环境下。伤口敷料原始设备制造商(oem)和合约制造商需要生产伤口护理敷料的能力，该伤口护理敷料能防止感染并且对患者是耐用的、适形的以及舒适的。它们通常作为抗微生物剂将铜、氧化铜和铜盐转变成铜，但这并不是没有问题的。
3.伤口敷料原始设备制造商和合约制造商难以回答的问题之一是，如何在其伤口敷料中加入合适的抗微生物材料，以及如何确保他们选择的含铜材料满足医疗标准以及使患者满意。
4.幸运的是，存在含有氧化铜微粒的聚氨酯泡沫，以确保医院能够降低感染速率，同时满足日益增长的对伤口护理的需求。这种含有铜-氧化物的亲水性软质聚氨酯泡沫已经被证明是用于抗微生物敷料的理想解决方案，具有非常快速的抗微生物作用和长期功效。
5.pulutan等人在“嵌入在聚氨酯泡沫上的硫酸铜和氧化铜的抗微生物活性”，材料科学论坛第917卷，第22-26页(2018)中，描述了通过浸渍和压制技术在聚氨酯泡沫(puf)上沉积硫酸铜制造的cuso4和cu沉积的puf。完成puf的按压以确保从泡沫腔体移除空气，从而允许来自溶液的铜离子进入这些腔体。对于cuo沉积的样品，重复相同的工艺，但添加了在70℃的热浴中浸泡在氢氧化钠溶液中的额外步骤，使得氢氧化钠与铜离子反应以形成氢氧化铜沉淀物，该沉淀是亚稳定的并且氧化为氧化铜。
6.sportelli等人在“抗菌铜纳米粒子改性的工业聚氨酯泡沫的研究”，材料，第9卷，544(2016)中描述了抗菌铜纳米粒子，其被电合成并应用于工业聚氨酯泡沫的受控浸渍，用作纺织品生产中的填料或空调系统的过滤器。


技术实现要素：

7.本发明描述了用于通过将金属铜(cu)、氧化亚铜(cu2o)、氧化铜(cuo)或碘化亚铜(cui)的微粒或其组合嵌入聚氨酯泡沫中来制造抗微生物含铜聚氨酯泡沫的方法的实施方案，其中所述微粒均匀地分布在所述泡沫的形成的聚合物基质中。在本发明的一个实施例中，该方法包括以下步骤：
[0008]ⅰa.提供具有100nm至5μm的尺寸的金属铜(cu)、氧化亚铜(cu2o)、氧化铜(cuo)或碘化亚铜(cui)或其组合的微粒，和烷基铵盐共聚物；或
[0009]ⅰb.提供根据以下步骤获得的聚氨酯液体添加剂：其中
[0010]
a.将尺寸为100nm至5μm的金属铜(cu)、氧化亚铜(cu2o)、氧化铜(cuo)或碘化亚铜(cui)或其组合的干燥微粒与烷基铵盐共聚物和多元醇混合，最终浓度在约5-80％w/w的
cu、cu2o、cuo或cui或其组合，以在多元醇中产生含铜微粒的悬浮液；
[0011]
b.搅拌所述悬浮液以获得含铜微粒在多元醇中的分散体；和
[0012]
c.冷却分散体并通过在真空下从所述分散体蒸发空气来干燥分散体，从而形成聚氨酯液体添加剂的半固体浓缩物；
[0013]ⅱ.将cu、cu2o、cuo或cui的微粒或其组合、和步骤(ia)的烷基铵盐共聚物、或在步骤(ib)中获得的所述聚氨酯液体添加剂与多元醇混合到任何2x所需的cu、cu2o、cuo或cui的最终浓度；以及
[0014]ⅲ.将异氰酸酯引入步骤(ii)的所得多元醇混合物中，从而形成稳定的聚氨酯泡沫，其中cu、cu2o、cuo或cui的微粒或其组合均匀地嵌入并分布在所述泡沫的整个形成的聚合物基质中。
[0015]
各种实施例可以允许各种益处，并且可以与各种应用结合使用。在以下附图和说明书中阐述一个或多个实施方案的细节。所述实施方案的其它特征、目标和优点从说明书和附图以及权利要求中将显而易见。
附图说明
[0016]
通过以下结合附图的详细描述，将更全面地理解和认识所公开的实施例。本文包括和描述的附图是示意性的并且不限制本公开的范围。还应注意，在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被放大，并且因此未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不一定对应于本公开实践的实际缩减。
[0017]
图1a-1d示出了由本发明的方法制造的浸铜泡沫以四种不同的放大率的扫描电子显微镜(sem)图像；
[0018]
图1a：x33放大，
[0019]
图1b：x45放大，聚焦在上表面上，高对比度，
[0020]
图1c：x45放大，聚焦在上表面上，
[0021]
图1d：x45，聚焦在底表面上。
[0022]
图2a示出了通过本发明的方法制造的浸铜泡沫在330sem放大倍率下的能量色散x射线光谱(eds)图像。
[0023]
图2b示出了由本发明的方法制造的图2a所示的浸铜泡沫的eds分析。
[0024]
图2c示出了通过本发明的方法制造的浸铜泡沫在3330sem放大倍率下的能量色散x射线光谱(eds)图像。
具体实施方式
[0025]
在以下描述中，将描述本技术的各个方面。出于解释的目的，阐述了特定的配置和细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，本领域技术人员应该理解的是，本发明可以不采用在此所示的特定细节来实现。此外，为了避免造成本发明的模糊，省略或者简化了公知的特征。
[0026]
在权利要求中使用的术语“包括”是“开放式的”，并且是指所列举的元件，或者它们在结构或功能上的等同物，加上任何其它未列举的元件或元件。其不应当被解释为限于此后列出的装置；它不排除其他元件或步骤。其需要解释为详细说明出现的所提及的规定
特征、整数、步骤或组件，而不排除出现或增加其一个或多个其它特征、整数、步骤或组件或分组。因此，表述“包括步骤x和z的方法”的范围不应限于仅由这些步骤组成的方法。
[0027]
除非特别声明，如本文所使用的，术语“大约”被理解为在本领域中的正常公差的范围内，例如在平均值的两个标准偏差内。在一个实施方案中，术语“约”是指在所报告数值的10％以内，优选在所报告数值的5％以内。例如，术语“约”可以被立即理解为所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％。在其它实施例中，取决于例如所使用的实验技术，术语“约”可意指变化的较高公差。本领域技术人员可以理解指定值的所述变化，并且所述变化在本发明的范围内。作为例示，“大约1到大约5”的数值范围应当被解释为不仅包括大约1到大约5的明确表述值，而且还包括所指明的范围内的各个值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是单独的值，例如2、3和4以及子范围，例如1-3、2-4和3-5，以及1、2、3、4、5或6。这个同样原理适用于仅叙述作为最小数或最大数的一个数值的范围。除非上下文另有明确说明，否则本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。其他类似的术语，诸如“基本上”、“一般地”、“上至”等应被解释为修饰术语或数值，使得其不是绝对的。这些术语将由环境和它们修改的术语来定义，如本领域技术人员所理解的。这至少包括用于给定实验、技术或用于测量值的仪器的预期实验误差、技术误差和仪器误差的程度。
[0028]
正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。还将理解，术语(例如常用词典中定义的那些)应解释为具有与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应在理想化或过分正式意义上来解释，除非本文中明确地如此定义。为了简明和/或清楚，公知的功能或结构可以不进行详细介绍。
[0029]
本技术提供了一种用于制造抗微生物含铜聚氨酯泡沫的方法，包括以下步骤：其中
[0030]
ia.提供具有100nm至5μm的尺寸的金属铜(cu)、氧化亚铜(cu2o)、氧化铜(cuo)或碘化亚铜(cui)或其组合的微粒，和烷基铵盐共聚物；或
[0031]
ib.提供根据以下步骤获得的聚氨酯液体添加剂：其中
[0032]
a.将尺寸为100nm至5μm的金属铜(cu)、氧化亚铜(cu2o)、氧化铜(cuo)或碘化亚铜(cui)或其组合的干燥微粒与烷基铵盐共聚物和多元醇混合，最终浓度在约5-80％w/w的cu、cu2o、cuo或cui或其组合，以在多元醇中产生含铜微粒的悬浮液；
[0033]
b.搅拌所述悬浮液以获得含铜微粒在多元醇中的分散体；和
[0034]
c.冷却分散体并通过在真空下从所述分散体蒸发空气来干燥分散体，从而形成聚氨酯液体添加剂的半固体浓缩物；
[0035]
ii.将cu、cu2o、cuo或cui的微粒或其组合、和步骤(ia)的烷基铵盐共聚物、或在步骤(ib)中获得的所述聚氨酯液体添加剂与多元醇混合到任何2x所需的cu、cu2o、cuo或cui的最终浓度；以及
[0036]
iii.将异氰酸酯引入步骤(ii)的所得多元醇混合物中，从而形成稳定的聚氨酯泡沫，其中cu、cu2o、cuo或cui的微粒或其组合均匀地嵌入并分布在所述泡沫的整个形成的聚合物基质中。
[0037]
通过在步骤(iii)中将含铜粒子混合物或含铜聚氨酯液体添加剂与异氰酸酯组合，形成稳定的聚氨酯聚合物，其中cu、cu2o、cuo、cui或其组合的微粒均匀地嵌入整个聚合物基质中。应该注意的是，与不使用本发明的液体分散剂技术的现有技术方法相反，含铜微粒的均匀分布是独特的，并且可以仅通过本发明的方法来实现。具有均匀分布的微粒的聚氨酯泡沫的聚合物基质在图1a-1d中可见，其示出了通过本发明的方法以四种不同的放大率制备的含铜聚氨酯泡沫的扫描电子显微镜(sem)图像。
[0038]
聚氨酯泡沫中浸渍cu、cu2o、cuo或cui微粒产生了具有有效抗微生物性质的泡沫。因此，本发明的主要方面是产生这样的泡沫。本发明的方法基于多元醇与含一个、两个或更多个异氰酸酯基团/分子的异氰酸酯的反应，以根据以下反应方案形成聚氨酯泡沫：其中
[0039][0040]
如在本发明中定义的，“多元醇”是每分子含有至少两个羟基的任何直链或支链有机化合物多元醇。用于本发明的多元醇的非限制性实例为季戊四醇、木糖醇、麦芽糖醇、山梨糖醇、聚乙二醇(peg)、聚丙二醇(ppg)、甘油、聚乙烯醇和聚合物多元醇，例如聚醚多元醇和聚酯多元醇。最后两种聚合物多元醇在制造本发明的聚氨酯泡沫时是优选的。
[0041]
如在本发明中定义的，异氰酸酯可以包含每分子一个、两个或更多个异氰酸酯基团，优选两个基团(二异氰酸酯)。在本发明中使用的二异氰酸酯的非限制性实例是芳族二异氰酸酯，例如二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)和甲苯二异氰酸酯(tdi)，和脂族二异氰酸酯，例如六亚甲基二异氰酸酯(hdi)和异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)。
[0042]
在本发明的方法中使用的烷基甲基铵盐共聚物是充当液体基质和含铜粒子之间的粘合剂的添加剂。需要这种结合以改善微粒分散性、提高抗菌效率、防止微粒沉降，并且实际上赋予该方法的步骤c中以液体糊剂或液体浓缩物的形式获得的聚氨酯液体添加剂更长的保存期。高分子量烷基铵盐共聚物被设计在液体浓缩物中具有高效率，同时保持到最终产品的表面的迁移到最小。
[0043]
在图2a中，示出了用含铜微粒浸渍并且通过本发明的方法制造的泡沫的能量色散x射线光谱(eds)图像，在330sem放大率下，白点是含铜微粒。图2b示出了图2a中所示的并且通过本发明的方法制造的含铜泡沫的eds分析。图2c示出了在3330sem放大下通过本发明的方法制造的浸铜泡沫的能量色散x射线光谱(eds)图像。下表1示出了与图2c所示的泡沫中
嵌入的含铜微粒相关的特定白点的eds分析结果。可以清楚地看到铜的存在。
[0044]
表1：
[0045][0046]
实施例
[0047]
在本实施例中，根据美国纺织化学家和着色师协会(aatcc)测试方法100，测试了含有1.5％和3％cu2o微粒的泡沫，其设计为测试织物的抗微生物功效。1.5％和3％的氧化亚铜微粒都将大肠杆菌和肺炎杆菌细菌的滴度减少超过99.96％(超过3.31对数)。
[0048]
下面详述该实验。简言之，从测试微生物的原代培养物中取出新鲜的移植体，并在37
±
2℃下在胰蛋白酶大豆肉汤(tsb)中生长过夜。进行标准板计数以确定细菌群体滴度。将微生物群体滴度调节至每毫升2-4x107菌落形成单位(cfu)。然后将200μl的微生物溶液添加到如下表2所示的样本中，确保所有液体被完全吸收到对照样品和测试样品中。
[0049]
表2：
[0050][0051]
将容器封闭并置于37℃下培养。温育3小时后，将50ml的停止溶液(停止(d/e)肉汤)加入到所有容器中。然后将具有停止溶液的样本从所有容器转移到无菌处理袋，并且将袋放置(充分混合)2分钟以允许细菌从泡沫分离到液体。然后，通过0.45μm过滤膜(millipore目录号ezhsa474)从每个液体样品中过滤10μl、100μl和1ml等分试样。将具有细菌的膜放置在选择性琼脂培养基(chromagar)上并在37℃下温育。在温育过夜之后，对每个板中的cfu进行计数。
[0052]
使用以下公式确定对数降低计算：loga-logb＝log降低，其中a是从“时间0”样品(初始接种物)回收的重复接种物样品的平均菌落形成单位，b是从“时间3”小时相应样品回收的重复接种物样品的平均菌落形成单位。还将对数降低与没有铜的0％对照泡沫进行比较。
[0053]
下表3总结了实验结果，其是针对具有本发明的聚氨酯泡沫的大肠杆菌和肺炎杆菌细菌的滴定剂生成的。
[0054]
表3
[0055]
大肠杆菌，初始接种物(a)：101666cfu(log＝5.01)
[0056]
肺炎杆菌，初始接种物(a)：221000(log＝5.34)
[0057][0058]
以上表3中呈现的结果表明，与初始接种物相比，以及与没有铜的对照泡沫相比，通过本发明的方法获得的聚氨酯泡沫将细菌滴度降低了超过99.9％。
[0059]
虽然本文已经示出和描述了本技术的某些特征，但是许多修改、替换、改变和等同物对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。因此，将理解，所附的权利要求旨在覆盖如落在本公开的真实精神内的所有这样的修改和改变。