專(zhuān)利名稱(chēng)：用于抗菌處理由硅橡膠材料制成的制品的表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抗菌涂層組合物和其用于對(duì)由聚合物材料制成的物體進(jìn)行抗菌表面處理的用途的領(lǐng)域；具體地，本發(fā)明涉及對(duì)由聚合物材料制成的醫(yī)療器械且更具體地為小型骨科器械(orthopaedic device)進(jìn)行抗菌表面處理的方法。技術(shù)現(xiàn)狀在處理制品的表面時(shí)選擇所應(yīng)用的抗菌方式的主要因素是其對(duì)病原微生物的功效、毒性程度、作用持續(xù)時(shí)間和可用性。醫(yī)療器械的表面處理優(yōu)選在抗菌水或水醇溶液中進(jìn)行。
胍化合物作為用于處理包括由聚合物材料制成的醫(yī)療器械在內(nèi)的醫(yī)療器械的表面的抗菌組分傳統(tǒng)地應(yīng)用于醫(yī)療實(shí)踐中。胍化合物的殺生物活性通過(guò)與帶負(fù)電的細(xì)菌細(xì)胞相互作用的胍鹽陽(yáng)離子來(lái)進(jìn)行。吸附在細(xì)胞表面上的陽(yáng)離子導(dǎo)致對(duì)細(xì)菌的破壞，阻擋它們的通過(guò)細(xì)胞壁的呼吸、營(yíng)養(yǎng)物和代謝產(chǎn)物的輸送。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，對(duì)于表面處理，低分子(氯己定)和高分子(聚六亞甲基胍(PHMG))胍化合物均被應(yīng)用。然而，示出的制劑是有毒性的；它們作用于微生物的功效是不同的。當(dāng)如，獲得基于具有殺菌作用的金屬的抗菌制劑備受關(guān)注Ag、Au、Pt、Pd、Cu、和Zn (參見(jiàn)H. E. Morton, Pseudomonas in Disinfection, Sterilisation and Preservation,S. S. Block, Lea 和 Febider 編輯，1977 以及 N. Grier, Silver and its Compounds inDisinfection, Sterilisation and Preservation,編輯，S.S.Block, Lea 和 Febider,1977)。因此，具有含有金屬的組分、納米范圍的粒徑的制劑和含有銀的主要超分散的殺生物劑是最有前景的。[參見(jiàn) Blagitko E. M.,等人《Silver in medicine)), Novosibirsk “Science-Center”，2004，第 256 頁(yè))]。被認(rèn)為是與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)的專(zhuān)利RU N. 2330673/2008描述了通過(guò)將由以下組成的組合物應(yīng)用到器械的表面上來(lái)對(duì)所述器械進(jìn)行抗菌表面處理嵌有銀或/和銅的離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末在聚合物粘合劑的溶液中形式的殺生物劑。膨潤(rùn)土粒徑不大于150納米。以上已知的抗菌涂層對(duì)由有機(jī)聚合物材料制成的器械的表面有效，但當(dāng)作為涂層被應(yīng)用時(shí)對(duì)由具有分子量2· 105-6· IO5的有機(jī)硅(聚二甲基硅氧烷)橡膠制成的器械的表面不起作用，有機(jī)硅(聚二甲基硅氧烷)橡膠用于制造小型骨科制品(足部矯正器、鞋內(nèi)底、鞋跟墊等)。對(duì)有機(jī)硅橡膠不起作用可解釋如下-由于烴自由基的典型的表面取向產(chǎn)生的有機(jī)硅(聚二甲基硅氧烷)橡膠的表面的顯著疏水性，這使得降低所述材料的粘合性；-當(dāng)應(yīng)用到小型骨科器械的工作表面上時(shí)，抗菌涂層對(duì)在使用期間引起的載荷的低的抵抗。
考慮到具有2 · 105-6 · IO5分子量的有機(jī)硅橡膠在用于制造骨科器械時(shí)密度、彈性和硬度是最佳的，而骨科器械的使用需要有效的抗菌處理，因此，顯然的是，很必要生產(chǎn)用于處理由有機(jī)硅橡膠制成的器械如在小型骨科手術(shù)中所使用的器械的表面的可靠的抗菌涂層。由于在與活組織相互作用時(shí)所形成的涂層的低的操作性能，使用從專(zhuān)利RUN. 2330673已知的抗菌制劑用于這些目的時(shí)是不起作用的。本發(fā)明的問(wèn)題在于提 供一種用于抗菌處理由聚合物材料制成的制品的表面、具有以下技術(shù)成果的方法-在由基于具有2·105-6· IO5分子量的有機(jī)硅(聚二甲基硅氧烷)橡膠的聚合物材料制造的制品的表面上獲得具有有效的抗菌性質(zhì)和操作性能的涂層；-在操作制品時(shí)保持這些材料的功能性質(zhì)(functionalproperty)。發(fā)明概述考慮到具有2 ·105_6 ·105分子量的橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和高的疏水性，本發(fā)明人通過(guò)用于改性制品的工作表面的等離子體化學(xué)處理解決了上述問(wèn)題。該處理廣泛應(yīng)用于多個(gè)技術(shù)分支，包括醫(yī)學(xué)，用于改性聚合物材料的表面。然而，等離子體化學(xué)處理伴有例如表面層的金屬?lài)婂?。?duì)于由有機(jī)硅橡膠制成的、使用時(shí)需要保持它們的功能性質(zhì)(密度、彈性、硬度)的制品，這是不適宜的。本發(fā)明通過(guò)一種抗菌處理由具有2 · 105-6 · IO5分子量的有機(jī)硅橡膠制成的制品的表面的方法解決了上述問(wèn)題，所述方法在于以?xún)呻A段在所述制品的所述表面上形成抗菌涂層(a)在第一階段，通過(guò)在具有13，56MHz頻率和容量20_40Wt的高頻電磁輻射下、在具有氧氣(O2)填充0，8-71/h、工作壓力(70-135) ±5Pa的低溫氧等離子體下處理(2_3) ± I分鐘來(lái)改性所述表面；以及(b)在第二階段，通過(guò)將含有以下的抗菌制劑應(yīng)用于改性表面來(lái)處理所述改性表面-殺生物劑，其為嵌有銀或/和銅的離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末，所述膨潤(rùn)土粉末具有不聞?dòng)?50納米的粒徑；-氟化丙烯酸聚合物粘合劑，其中所述粘合劑溶解在全氟烷基醚的混合物中。根據(jù)上述方法，在由具有2 · 105-6 · IO5分子量的有機(jī)硅(聚二甲基硅氧烷)橡膠制成的制品的表面上獲得具有有效的抗菌性質(zhì)和合適的操作性能的涂層。聚二甲基硅氧烷是優(yōu)選用于制造骨科器械的材料，且在上面的抗菌處理后，保持橡膠的功能性質(zhì)。發(fā)明詳述優(yōu)選地，所述聚合物粘合劑是在溶劑中的氟化丙烯酸聚合物，其中所述溶劑選自氟化烷基醚，例如全氟異丁基甲醚、全氟丁基甲醚及它們的混合物。優(yōu)選地，聚合物粘合劑以下Wt %比與所述溶劑混合氟化丙烯酸聚合物 1-3全氟異丁基甲醚20-80全氟丁基甲醚20-80?？咕苿┚哂幸韵卤鹊慕M分殺生物劑在溶劑中的聚合物粘合劑，為I (50-100)重量份。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，使用以下比的、嵌有銀離子和銅離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末的混合物作為抗菌制劑中的殺生物劑嵌有銀離子的膨潤(rùn)土 嵌有銅離子的膨潤(rùn)土，為I : (0，5-1)重量份。本發(fā)明的方法的效力可通過(guò)下面解釋-兩階段處理的設(shè)計(jì)，其中用于改性待被抗菌處理的制品的等離子體化學(xué)處理的應(yīng)用使得表面變得親水性，因?yàn)橥ㄟ^(guò)低溫氧氣處理形成硅烷醇(Si-OH)和硅氧烷(Si-O-Si)基團(tuán)；-在第二階段的處理中，在被處理的表面上應(yīng)用含有以下的抗菌制劑礦物殺生物劑納米分散體、為氟化丙烯酸聚合物的聚合物粘合劑和氟化烷基醚溶劑(即，全氟異丁 基甲醚和全氟丁基甲醚)。應(yīng)用示出的抗菌制劑賦予與改性表面的有效的粘合相互作用。因此，獲得具有抗菌效果、不改變橡膠材料的物理和化學(xué)性質(zhì)并且對(duì)人類(lèi)皮膚不產(chǎn)生刺激影響的新涂層。到目前為止，本申請(qǐng)人既未找到現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)內(nèi)容描述本發(fā)明的方法，也未找到能夠允許實(shí)現(xiàn)相似結(jié)果的其他方法。通過(guò)應(yīng)用適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的已知的技術(shù)裝置和制品和材料，本發(fā)明可在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。通過(guò)下面描述的本發(fā)明的實(shí)施方式可更好地理解本發(fā)明。實(shí)驗(yàn)部分材料和裝置下面的材料用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法-殺生物劑，即嵌有銀(Ag+)離子或/和鋅(Zn2+)離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末。示出的殺生物劑根據(jù)專(zhuān)利RU N. 2330673制造。使用Na形式的膨潤(rùn)土(蒙脫土)、氯化鈉(NaCl)、硝酸銀(AgNO3)、硫酸銅(Cu2SO4)來(lái)制造根據(jù)上述俄羅斯專(zhuān)利申請(qǐng)的殺生物劑。以?xún)呻A段進(jìn)行制造殺生物劑的分散粉末的方法。在第一階段，獲得鈉離子活化的膨潤(rùn)土的半成品，在第二階段，通過(guò)鈉離子對(duì)銀離子或銅離子的離子交換反應(yīng)，使半成品嵌有銀離子或銅離子；-對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，使用嵌有銀離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末或I: I比(重量份)的嵌有銀離子的膨潤(rùn)土的粉末和嵌有銅離子的膨潤(rùn)土的粉末的混合物是優(yōu)選的，因?yàn)檫@降低成本。-商用產(chǎn)品EGC-1700，商標(biāo)Novec，制造商是3M(US)公司。示出的產(chǎn)品基于氟化丙烯酸聚合物以及全氟異丁基甲醚和全氟丁基甲醚二者來(lái)制備?；诰哂袨槿惗』酌押腿』酌训娜軇┑姆┧峋酆衔锏漠a(chǎn)品還用于在醫(yī)療目的的制品上形成涂層。該產(chǎn)品具有生物相容性。該產(chǎn)品是非毒性的，且還用于在由硅橡膠制成的接觸鏡片上形成涂層；-意圖用于制品的等離子體化學(xué)處理的實(shí)驗(yàn)室研究裝置。該裝置含有具有制品裝載和卸載系統(tǒng)的工作室、在室中的氧氣的泵輸出和供應(yīng)系統(tǒng)、具有13，56MHz工作頻率和高達(dá)IkW功率的高頻電磁輻射發(fā)生器和控制系統(tǒng)；-具有3-IO5分子量的有機(jī)硅橡膠的樣品。樣品的表面積為5cm2。特定種類(lèi)的有機(jī)硅橡膠用于制造小型骨科制品，例如足部矯正器。
使用上述材料、產(chǎn)品和裝置進(jìn)行用于在由具有2 · 105-6 · IO5分子量的有機(jī)硅(聚二甲基硅氧烷)橡膠制成的器械的表面上形成抗菌涂層的本發(fā)明的工藝方法。對(duì)于制造醫(yī)療目的的制品、尤其是小型骨科制品，由于其官能特征(密度約l，5-l，6gr/Cm3)，所選擇的用于抗菌處理的材料類(lèi)型是最優(yōu)的。應(yīng)用用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特定的工藝操作、模式、使用的材料和產(chǎn)品使得在制品的工作表面上獲得具有延長(zhǎng)作用和與活組織生物相容的抗菌涂層。另外，在與活組織相互作用期間，該涂層具有有效的操作特性。對(duì)指定的條件、模式和材料的變化是不適宜的，且將導(dǎo)致結(jié)果的惡化或?qū)е略黾诱麄€(gè)方法實(shí)現(xiàn)的成本、或?qū)е缕餍挡牧系奈锢砗突瘜W(xué)性質(zhì)的改變。具體地，增大高頻電磁輻射，器械材料的物理和化學(xué)性質(zhì)被破壞，且如果高頻電磁輻射下降，不能提供表面的有效改性。通過(guò)下面的具體實(shí)施例來(lái)解釋本發(fā)明的實(shí)施 實(shí)施例I在由具有3 · IO5分子量的有機(jī)硅橡膠制成的樣品表面上形成抗菌涂層。以?xún)呻A段進(jìn)行用于形成抗菌涂層的方法。階段(a)-樣品表面的改性。將樣品裝入合適的實(shí)驗(yàn)室研究裝置室中。在室中產(chǎn)生133Pa的真空。以0，81/時(shí)的速率將氧氣(O2)供給到室中。通過(guò)30Wt和頻率13. 56MHz的高頻電磁輻射輻射樣品，持續(xù)2分鐘周期。通過(guò)在低溫氧等離子體的環(huán)境中在指定的上述條件下的等離子體化學(xué)處理,樣品的表面由此被改性,并且表面變得親水性。階段(b)-用抗菌組合物涂布改性表面。通過(guò)混合以下制備抗菌組合物-嵌有銀離子(Ag+)的膨潤(rùn)土的納米分散粉末的形式的殺生物劑，粉末的顆粒尺寸不大于100納米。根據(jù)專(zhuān)利RU N. 2330673獲得膨潤(rùn)土的納米分散粉末；-以全氟異丁基甲醚和其余為全氟丁基甲醚的2%溶液(從3M以EGC-1700可商購(gòu))形式的聚合物粘合劑。上面的抗菌混合物含有各自以I : 50(重量份)的量的殺生物劑/產(chǎn)品EGC-1700。如上描述所獲得的抗菌組合物應(yīng)用于橡膠樣品的改性表面上。實(shí)施例2根據(jù)如上描述的階段I改性與實(shí)施例I的樣品相同的表面樣品，并且然后用與實(shí)施例I不同的抗菌組合物涂布，在該抗菌組合物中，殺生物劑由以I : 1(重量份)比的嵌有銀離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末和嵌有銅離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末組成。實(shí)施例3 (比較)根據(jù)如上描述的階段I改性與實(shí)施例I的樣品相同的表面樣品，并且然后用含有以下的抗菌組合物涂布-嵌有銀離子(Ag+)的膨潤(rùn)土的納米分散粉末的形式的殺生物劑，粉末的顆粒尺寸不大于100納米。根據(jù)專(zhuān)利RU N. 2330673獲得膨潤(rùn)土的納米分散粉末；-聚二甲基硅氧烷和聚氨酯的嵌段共聚物的0，75%w/w醇溶液的形式的聚合物粘合劑，其中所述粘合劑是根據(jù)專(zhuān)利RU N. 2330673(以Penta_1009可商購(gòu))的粘合劑。上面的所述抗菌組合物含有各自以I : 100 (重量份)量的殺生物劑聚合物粘合劑的溶液。如下表征和測(cè)試根據(jù)實(shí)施例1-3的涂布的樣品-潤(rùn)濕接觸角的測(cè)定。對(duì)于測(cè)定表面的品質(zhì)或應(yīng)用于工作表面上的涂層的品質(zhì)，該參數(shù)是最有效的。基于液體向根據(jù)實(shí)施例1-3的樣品的表面的實(shí)驗(yàn)滴落來(lái)確定潤(rùn)濕接觸角；-抗微生物性質(zhì)的生物測(cè)試。通過(guò)進(jìn)行所示出的測(cè)試方法在模擬產(chǎn)品的操作過(guò)程下來(lái)評(píng)價(jià)根據(jù)實(shí)施例1-3的樣品的抗菌性質(zhì)。
實(shí)施例4 (接觸角的測(cè)定)沉積在所得到的樣品表面上的去離子水滴的接觸角(θ、Θ i、Θ 2、Θ 3、Θ 4和Θ 5)如下-在通過(guò)低溫氧等離子體處理的階段I之前，在由有機(jī)硅橡膠(分子量3·IO5)制成的初始樣品的表面上，接觸角(Θ )為108° ；-在低溫等離子體改性后的樣品(如實(shí)施例I)的表面上，接觸角(ΘD為73° ;-在第二階段處理后的樣品(如實(shí)施例I)的表面上，接觸角(θ2)為95°;-在第二階段處理后的樣品(如實(shí)施例3)的表面上，接觸角(θ3)為85°;-在室溫下保持樣品24小時(shí)的第二階段處理后的樣品(相應(yīng)地，實(shí)施例I和3)的表面上，接觸角(Θ 4)(實(shí)施例I的樣品)為92° ;潤(rùn)濕接觸角(Θ 5)(實(shí)施例3的樣品)為80。。上述結(jié)果可概括如下-通過(guò)低溫氧等離子體處理橡膠表面增強(qiáng)表面的粘合性；-在氧等離子體處理后應(yīng)用的抗菌涂層產(chǎn)生相對(duì)于初始的橡膠表面增強(qiáng)的粘合性。實(shí)施例5 (體外抗微牛物測(cè)試)對(duì)上面獲得的樣品(實(shí)施例1-3)進(jìn)行抗微生物性質(zhì)測(cè)試。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用培養(yǎng)金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)進(jìn)行抗微生物性質(zhì)評(píng)價(jià)。在24小時(shí)內(nèi)在37°C溫度下在牛肉浸膏瓊脂(BEA)環(huán)境中獲得培養(yǎng)物。然后制備細(xì)胞在去離子水中的均勻懸浮體。將所制備的Iml量懸浮體的結(jié)構(gòu)引入具有干BEA環(huán)境的培養(yǎng)皿，并且通過(guò)無(wú)菌刮刀均勻地分配在環(huán)境的表面上以用于通過(guò)稠厚菌苔的培養(yǎng)物發(fā)生。然后用無(wú)菌鑷子將根據(jù)實(shí)施例1-3獲得的樣品的(1X1) (cm2)片密集地應(yīng)用于瓊脂的表面上。以彼此2cm的間距且離皿的中心約2，5cm的距離放置樣品片。將用樣品接種的皿恒溫控制在37°C。通過(guò)形成抑制微生物的菌株生長(zhǎng)的區(qū)域來(lái)測(cè)定每個(gè)樣品片的抗微生物性質(zhì)，該區(qū)域精確地分配在所測(cè)試的培養(yǎng)基的生長(zhǎng)的稠厚菌苔的基底上。使所測(cè)試的樣品經(jīng)歷(5次)用水洗滌來(lái)進(jìn)行抗微生物性質(zhì)的測(cè)定，這些洗滌被選為模擬骨科制品的操作條件。得出，在五次洗滌后，對(duì)于例如根據(jù)實(shí)施例1-2的樣品金黃色葡萄球菌菌株的生長(zhǎng)比根據(jù)實(shí)施例3的樣品低30%。實(shí)施例I和2的抗微生物性質(zhì)的評(píng)價(jià)還表明，通過(guò)實(shí)施例I獲得的抗菌涂層的抗微生物性質(zhì)比通過(guò)實(shí)施例2獲得的涂層的相似性質(zhì)更有效。這證實(shí)了關(guān)于含銀制劑具有廣譜抗微生物活性的已知數(shù)據(jù)。同時(shí)制造給定制品的成本是相當(dāng)高的，這是不合適的。因此，所進(jìn)行的研究作為整體證實(shí)了本發(fā)明的方法用于抗菌處理由具有
2· 105-6 · IO5分子量的有機(jī)硅橡膠制成的制品的表面的功效。
權(quán)利要求
1.一種抗菌處理由具有2 ·105-6 ·105分子量的有機(jī)硅橡膠制成的制品的表面的方法，所述方法在于以?xún)呻A段在所述制品的所述表面上形成抗菌涂層 (a)在第一階段，通過(guò)在具有13，56MHz頻率和容量20-40Wt的高頻電磁輻射下、在具有氧氣(O2)填充0，8-71/h、工作壓力(70-135) ±5Pa的低溫氧等離子體下處理(2_3) ± I分鐘來(lái)改性所述表面；以及 (b)在第二階段，通過(guò)將含有以下的抗菌制劑應(yīng)用于改性表面來(lái)處理所述改性表面 -殺生物劑，其為嵌有銀或/和銅的離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末，所述膨潤(rùn)土粉末具有不聞?dòng)?50納米的粒徑； -氟化丙烯酸聚合物粘合劑，其中所述粘合劑溶解在全氟烷基醚的混合物中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述全氟烷基醚選自全氟異丁基甲醚和全氟丁基甲醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述粘合劑為包含以wt%份表示的以下組分的溶液 氟化丙烯酸聚合物 1-3 全氟異丁基甲醚20-80 全氟丁基甲醚20-80。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述抗菌制劑具有以下比的組分殺生物劑在溶劑中的聚合物粘合劑，為I : (50-100)重量份。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述殺生物劑為具有以下比的、嵌有銀離子和嵌有銅離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末的混合物 嵌有銀離子的膨潤(rùn)土 嵌有銅離子的膨潤(rùn)土，為I : (0，5-1)重量份。
全文摘要
本發(fā)明涉及抗菌處理由具有2·105-6·105分子量的有機(jī)硅橡膠制成的制品的表面的方法，所述方法在于以?xún)呻A段在所述制品的所述表面上形成抗菌涂層(a)在第一階段，通過(guò)在高頻電磁輻射下在低溫氧等離子體中的處理來(lái)改性所述表面；以及(b)在第二階段，通過(guò)將含有以下的抗菌制劑應(yīng)用于改性表面來(lái)處理所述改性表面-殺生物劑，其為嵌有銀或/和銅的離子的膨潤(rùn)土的納米分散粉末；氟化丙烯酸聚合物粘合劑，其中所述粘合劑溶解在氟烷基醚的混合物中。該方法使形成的涂層具有有效的抗菌性質(zhì)和操作性能，尤其是當(dāng)將涂層應(yīng)用于小型骨科器械(足部矯正器、鞋內(nèi)底、鞋跟墊等)的表面上時(shí)。
文檔編號(hào)B29C59/14GK102905524SQ201080056842
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者阿拉·阿沙維羅維奇·阿布拉米揚(yáng), 米哈伊爾·邁佛蒂維奇·阿法納西耶夫, 維亞切斯拉夫·伊凡諾維奇·貝克列米雪夫, 伊戈?duì)枴ひ练仓Z維奇·馬霍寧, 翁貝托·奧拉齊奧·吉賽普·毛杰里, 弗拉基米爾·亞歷山德羅維奇·索洛多斯尼科夫 申請(qǐng)人:科洛斯托克公司 "應(yīng)用納米技術(shù)研究所", 薩爾瓦多毛杰里基金會(huì)勞動(dòng)康復(fù)醫(yī)院研究所, 斯博實(shí)驗(yàn)室有限公司