[发明专利]一步法制备聚多巴胺-两性离子聚合物含铜抗菌涂层及其应用

说明书

本发明公开了一步法制备聚多巴胺‑两性离子聚合物含铜抗菌涂层及其应用，先制备以酚羟基为端基两性离子聚合物，再与多巴胺混合均匀溶解于碱性缓冲溶液中，进而再加入硫酸铜和过氧化氢形成涂层溶液，最后将植入医疗材料浸入其中，即可在医疗材料表面形成抗菌涂层。硫酸铜与过氧化氢体系可产生大量自由基的加速聚合反应，在极短时间内可达到良好的修饰效果从并且增加了涂层的稳定性。该发明的涂层具备良好的生物相容性以及极佳的抗菌效果，加入CuSO₄/H₂O₂后涂层更加稳定，且加强了涂层的抗菌效果。

技术领域

本发明涉及高分子材料和医用植入物领域，具体涉及两性离子聚合物的制备及其应用于医用植入器械。

背景技术

近年来，医用植入材料在临床上大量应用，然而术后感染是医用植入材料应用中的最主要风险来源。在植入过程中，细菌很容易粘附在植入体表面，粘附的细菌会迅速增殖并分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕而形成的大量细菌聚集的膜样物，即细菌生物膜(菌膜)。菌膜为细菌的庇护所，显著增强细菌对抗菌药物的抗性和对宿主免疫系统的逃避能力，引发顽固性和复发性的感染。为解决这些问题，目前临床上常用的治疗方法是使用抗生素。但是，抗生素的过度使用可能会对人体造成不可避免的损害以及诱导细菌产生耐药性。因此，赋予植入材料良好的生物相容性和抗菌性能，对其安全、长期的应用具有重要的临床意义。

研究表明，两性离子材料具有绝佳的抗污性及亲水性，适合用于表面改性制备抗菌涂层。两性离子具有等量的阴、阳离子，整体呈电中性。两性离子材料可以通过带电端基官能团的溶剂化作用和氢键作用形成致密、稳定的水化层，对细菌的黏附产生了物理及能量上的障碍，可减少材料表面黏附的细菌，进而抑制生物膜的形成，以达到抗菌的效果。将两性离子聚合物接枝到表面的一种方法是使用含有大量邻苯二酚基团的仿生材料多巴胺，可在氧气存在的弱碱条件下氧化自聚合形成聚多巴胺，牢固地附着在大多数表面上。尽管聚多巴胺在表面改性上具有普适性及简易性，但是多巴胺自聚合速度缓慢，反应时间通常长达一天至数天，这极大的限制了其使用范围。近年来，研究者们尝试用添加氧化剂的方法来加速多巴胺(DOPA)的自聚合过程，并提高聚合物的稳定性。其中，硫酸铜作为氧化剂的一种，也常用作无机抑菌剂，其内含的铜离子，可破坏细菌内的蛋白质，抑制细菌生长。因此，如何利用铜离子应用于高分子材料及其医用植入物，值得深入研究。

现有技术如中国专利文献CN112717207A公开的仿生多巴胺长效抗菌多功能涂层，直接将两性离子单体与多巴胺共混，这样的聚合反应难以控制，且稳定性欠佳，抗菌性能仍然未得到解决。再如中国专利文献CN105112894A公开的多巴胺对无机粒子进行表面化学镀铜方法，采用两步法制备聚多巴胺抗菌涂层，先在基底上制备聚多巴胺涂层作为中间层，再在聚多巴胺涂层上聚合抗菌涂层，此法较为繁琐，反应时间长。也有出现了一步法制备聚多巴胺-两性离子聚合物抗菌涂层，如中国专利文献CN110433530A公开的将硫酸铜、过氧化氢、多巴胺和两性离子单体一起加入到Tris缓冲溶液，直接将两性离子单体与硫酸铜共混，但该方法氧化聚合反应效率低，聚合程度不等，难以形成均匀的涂层。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种聚合快速、稳定、抗菌效果得以增强、无毒性的一步法制备聚多巴胺-两性离子聚合物含铜抗菌涂层及其应用。

为克服该技术缺陷，本发明采用的技术方案是：一步法制备聚多巴胺-两性离子聚合物含铜抗菌涂层，先配制缓冲溶液，再将多巴胺、两性离子聚合物和电解质均匀溶解于缓冲溶液中，进而再加入硫酸铜和过氧化氢形成混合溶液，最后将植入医疗材料浸入混合溶液中，聚合反应后在植入医疗材料表面得到抗菌涂层。

优选地，所述多巴胺、两性离子聚合物、电解质、硫酸铜和过氧化氢的浓度分别为：多巴胺1～5mg/ml、两性离子聚合物1～5mg/ml、电解质1～10mg/ml、硫酸铜2～10mg/ml、过氧化氢1～5mg/ml。