专利名称：医用高分子基的纳米银材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抗菌材料的制备方法，尤其是一种应用于医用材料与医疗器械领域的医用高分子基的纳米银材料的制备方法。
背景技术：
目前，细菌感染、血栓和钙化是用于血液接触生物医用材料和医疗器械所面临的三大主要并发症，感染成为最主要的疾病危害之一。在美国，院内或者与医院有关的细菌感染，位于死亡原因的第五位，仅次于心脏病、癌症、中风和肺炎和流感之后。美国的疾病控制中心(CDC)估计，医院对每位院内感染患者的诊断和治疗费超过2300美元。目前在金属离子抗菌研究中最多的是含银离子的抗菌剂，美国科学家研究表明，银离子有破坏细菌、病毒的呼吸功能和分裂细胞的功能。在纳米工艺下研究制造的纳米银超微颗粒，使得纳米银与微生物表面接触的概率大大增加。因此，纳米银的抗菌性能远远大于传统的银系抗菌剂。纳米银对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有很好的抗菌效果。纳米银的抗菌特性使之在医用导管类材料、牙科材料、医用器械和植入体等生物医用材料领域中得到广泛的应用。而大部分含银抗菌聚合物中，主要是含有元素银和或者高水溶性银盐和银复合物，都存在着在水溶液环境中释放银离子速度慢或者银离子释放过快等问题。此外，关于纳米银的毒性还有很多问题有待深入研究，但是如果能够有效控制纳米银颗粒或者银离子浓度，就可以保证纳米银在体内的安全性。因此，在纳米银的制造工艺上，如何保持高效，持久和可控的释放银离子，一直是纳米银抗菌材料研究的重点和难点。聚合物为基体的金属纳米复合材料，其作用原理是通过聚合物的每一个分子提供多个连接部位同时与颗粒的自组装，对纳米微粒起到很好的保护作用。同时，纳米银/ 聚合物复合材料为纳米银在材料表面的结合和抗菌性银离子的长效释放提供了一个很好的基础。纳米银/聚合物复合材料中，纳米银可以均勻的分散在聚合物基质中，该方法制备的材料，可以有效避免纳米颗粒的团聚。医用高分子聚合物和银的纳米复合物有望一方面能够通过聚合物固定纳米银颗粒防止纳米颗粒进入血液和组织，另外一方面可以实现长久的银离子释放。虽然在现有技术中已经为在保持银离子的抗菌性能前提下提高银离子的安全性问题上找到了突破口，但目前的复合材料中存在着安全性、抗菌性和银离子释放等方面的问题，不能很好的满足实际的需要。有鉴于此，有必要对现有的医用高分子基的纳米银材料的制备方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医用高分子基的纳米银材料的制备方法，通过该方法制得的纳米银颗粒的浓度或粒径存在一个梯度变化，从而实现材料中的银离子长久释放， 进而具有长时间的抗菌效果。
为实现上述发明目的，本发明的一种医用高分子基的纳米银材料的制备方法，其包括如下步骤
a.在室温下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3 1:30的比例，配制医用高分子有机溶液，使粘度范围控制在15(Tl500cp ；
b.将质量浓度为0.019Γ3%的Ag/Ti02晶须加入步骤a配置的医用高分子溶液中，强烈搅拌，以使二者充分混合均勻；
c.控制温度和湿度在特定条件下，将步骤b获得的混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备薄膜；其中Ag/Ti02晶须根据自身重力形成在高分子溶液中的浓度梯度分布；
d.溶剂完全挥发成膜后，获得医用高分子基的纳米银复合材料，将其清洗干净后，真空干燥至重量恒定后保存使用。作为本发明的进一步改进，所述医用高分子材料包括医用聚氨酯、或医用聚氯乙烯、或医用聚乙烯、或医用聚乳酸、或医用硅橡胶、或医用聚醚酮。作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂包括四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯仿、庚烷、环己烷、丁酮、丙酮、或乙醇。作为本发明的进一步改进，所述Ag/Ti02晶须是指在氧化钛晶须表面担载有不同粒径纳米银颗粒的材料，所述纳米银颗粒的粒径范围为2(T800nm。作为本发明的进一步改进，所述纳米银颗粒的质量含量小于或等于3%。为实现上述发明目的，本发明的另一种医用高分子基的纳米银材料的制备方法， 其包括如下步骤
a.在室温下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3 1:30的比例，配制医用高分子溶液；
b.将质量浓度为0.019Γ3%的纳米银颗粒加入步骤a配置的医用高分子溶液中，强烈搅拌，使二者充分混合均勻；
c.控制温度和湿度在特定条件下，将步骤b获得的混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备纳米银颗粒均勻分布的薄膜；
d.溶剂完全挥发成膜后，改变纳米银颗粒的浓度或粒径，重复步骤b和C，获得具有浓度梯度或粒径梯度特性的抗菌复合材料；
e.溶剂完全挥发成膜后，将步骤d获得的复合材料清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。作为本发明的进一步改进，所述医用高分子材料包括医用聚氨酯、或医用聚氯乙烯、或医用聚乙烯、或医用聚乳酸、或医用硅橡胶、或医用聚醚酮。作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂包括四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯仿、庚烷、环己烷、丁酮、丙酮、或乙醇。作为本发明的进一步改进，所述Ag/Ti02晶须是指在氧化钛晶须表面担载有不同粒径纳米银颗粒的材料，所述纳米银颗粒的粒径范围为2(T800nm。作为本发明的进一步改进，所述纳米银颗粒的质量含量小于或等于3%。与现有技术相比，本发明的有益效果是由于Ag/Ti02晶须在复合材料中的浓度呈梯度分布，或者纳米银颗粒的浓度或粒径在复合材料中呈梯度分布，使材料能够实现银离子长久释放，从而具有长时间的抗菌效果。并且，根据对抗菌性的要求，可以调节纳米银颗粒的浓度变化及其薄膜的厚度。此外，通过这种方法制得的复合材料可以充分发挥医用高分子材料与纳米银的协同效应，降低纳米银的使用，节约成本。另外，该制备方法适用的医用高分子较多，应用范围广；且薄膜制备过程简单，对设备要求低，易实现工业化生产。
图1为通过本发明的制备方法的一具体实施方式
制备出的Ag/Ti02晶须在高分子材料中的浓度呈梯度分布的示意图。图2为通过本发明的制备方法的另一具体实施方式
制备出的纳米银颗粒在高分子材料中的浓度呈梯度分布的示意图。图3为通过本发明的制备方法的另一具体实施方式
制备出的纳米银颗粒在高分子材料中的粒径呈梯度分布的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细的描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做的反应条件、反应物或原料用量上的变换均包含在本发明的保护范围内。梯度材料是指一类组成结构和性能在材料厚度或长度方向连续或准连续变化的非均质复合材料。第一实施方式中，采用Ag/Ti02晶须作为抗菌原料。Ag/Ti02晶须是指在氧化钛 (Ti02)晶须表面担载有纳米银颗粒的材料。晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小(微米数量级)，不含有通常材料中存在的缺陷(晶界、位错、空穴等)，其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体理论值，其机械强度等于邻接原子间力。Ag/Ti02晶须可以通过银盐，如硝酸银溶液与二氧化钛(Ti02)晶须在搅拌和无氧条件下，采用光化学还原法还原银离子，以获得在Ti02晶须表面制备纳米银颗粒。Ti02晶须的构型可以为金红石型、锐钛矿型、Ti02 (B)、板钛型中的一种或它们的组合。本实施方式中，医用高分子基的纳米银材料的制备方法包括如下步骤
a.室温下，如1纩25°C条件下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3 1:30的比例溶解完全，并按照浓度的不同严格控制医用高分子溶液粘度，典型的粘度控制在 15(Tl500Cp。医用高分子材料包括医用级的聚氨酯、聚氯乙烯，聚乙烯、聚乳酸、硅橡胶和聚醚醚酮等。溶解医用高分子材料的有机溶剂包括四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯仿、庚烷、环己烷、丁酮、丙酮、乙醇等；
b.按照质量浓度为0.019Γ3%的Ag/Ti02晶须材料加入医用高分子溶液，强烈搅拌，混勻。其中Ti02晶须的纳米银颗粒粒径范围为2(T800nm ；
c.控制温度和湿度情况下，将混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备薄膜。溶剂挥发成膜的方法可以采用通风橱内成膜、溶剂室内自然挥发成膜、真空干燥成膜、鼓风干燥成膜等方法。成膜过程中溶剂挥发的温度为1(T80°C，相对湿度30、0%。依靠Ag/Ti02晶须与溶液的相互作用和Ag/Ti02晶须自身重力作用，形成如图1所示的Ag/Ti02晶须在高分子材料中的浓度梯度。通过控制高分子溶液的粘度，可以控制晶须自身重力和浮力的相互关系。晶须重力大时，就会在溶剂挥发过程中缓慢下落，从而形成梯度材料； d.溶剂完全挥发成膜后，蒸馏水清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。第二实施方式中，采用纳米银颗粒作为抗菌原料，其制备方法包括如下步骤
a.室温下，如1纩25°C条件下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3 1:30的比例溶解完全。医用高分子材料包括医用级的聚氨酯、聚氯乙烯，聚乙烯、聚乳酸、硅橡胶和聚醚醚酮等。溶解医用高分子的有机溶剂包括四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、 二氯甲烷、氯仿、庚烷、环己烷、丁酮、丙酮、乙醇等；
b.将质量浓度为0.01% 的纳米银颗粒加入到医用高分子溶液，强烈搅拌，混勻；
c.控制温度和湿度情况下，将混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备薄膜，制备纳米银颗粒均勻分布的薄膜。其中纳米银颗粒粒径范围为2(T800nm。溶剂挥发成膜的方法可以采用通风橱内成膜、溶剂室内自然挥发成膜、真空干燥成膜、鼓风干燥成膜等方法。成膜过程中溶剂挥发的温度为1(T80°C，相对湿度30 90% ；
d.溶剂完全挥发成膜，改变纳米银颗粒浓度或者粒径，重复b和c步骤，获得具有梯度特性的抗菌材料。如图2所示的纳米银颗粒的浓度呈梯度分布的复合材料，以及如图3所示的纳米银颗粒的粒径呈梯度分布的复合材料；
e.溶剂完全挥发成膜后，复合材料蒸馏水清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。通过上述方法制得的复合材料中，纳米银颗粒(包括Ti02晶须表面的纳米银颗粒)的质量含量不超过3%，纳米银颗粒(包括Ti02晶须表面的纳米银颗粒)粒径范围为 2(T800nm。由于Ag/Ti02晶须在复合材料中的浓度呈梯度分布，或者纳米银颗粒的浓度或粒径在复合材料中呈梯度分布，使材料能够实现银离子长久释放，从而具有长时间的抗菌效果。通过实验，制备的薄膜在连续20天的清洗后，仍具有良好的抗菌性。以下结合具体实施例来对本发明做进一步说明。实施例一以Ag/Ti02晶须作为抗菌原料
称取23g聚氨酯母粒和IOOg四氢呋喃，将聚氨酯母粒溶解在四氢呋喃中，配制聚氨酯高分子溶液。待聚氨酯完全溶解后，加入0. 4g表面担载IlOnm的银纳米颗粒的锐钛矿型Ti02 晶须，充分搅拌4h，使二者相互分散均勻。在室温、相对湿度约为50%的条件下，将含有Ag/Ti02晶须溶液放在不锈钢容器中静置，采用溶剂挥发法制备成膜，其中Ag/Ti02晶须在材料中的浓度呈梯度分布，如图1所
7J\ ο将所制得的梯度材料在蒸馏水中清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存备用。实施例二 以纳米银颗粒为抗菌原料
在室温下，按照聚乳酸和氯仿质量比1:8配制聚乳酸氯仿溶液。采用原位还原或者直接加纳米银颗粒的办法分别配置含20nm，40nm和IOOnm纳米银颗粒的聚乳酸氯仿溶液各一份，其中纳米银颗粒的质量是聚乳酸质量的1%，强烈搅拌，混
^J ο ο控制温度25°C，湿度80%，将含IOOnm的纳米银颗粒混合溶液倒入玻璃培养皿中， 采用溶剂挥发法制备成纳米银颗粒分布均勻的薄膜。然后在已有抗菌薄膜的表面，依次选择40nm和20nm的纳米银颗粒的聚乳酸氯仿溶液，混勻，成膜，获得具有粒径梯度变化的抗菌材料，如图3所示。所得梯度材料采用蒸馏水清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。实施例三以Ag/Ti02晶须作为抗菌原料
称取18g聚氨酯母粒和IOOg四氢呋喃有机溶剂，将聚氨酯母粒溶解在四氢呋喃中，配制聚氨酯高分子溶液。待聚氨酯完全溶解后，加入0. 4g表面担载500nm左右的纳米银颗粒的金红石-锐钛矿型Ag/Ti02晶须，充分搅拌4h，在搅拌过程中，溶液表面暴露在敞开的通风橱中，使得部分溶剂挥发。 在室温，相对湿度为50%的条件下，将含有Ag/Ti02晶须溶液静置，溶剂挥发成膜。制得的梯度材料在蒸馏水中清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。实施例四以纳米银颗粒为抗菌原料
室温下，按照聚氨酯和四氢呋喃质量比1:5配制溶液，完全溶解聚氨酯。分别配置纳米银质量浓度为0. 02%，0. 3%和1%的IOOnm纳米银颗粒的聚氨酯溶液各40ml，强烈搅拌，混勻。控制温度30°C，湿度70%，将含IOOnm纳米银颗粒的1%混合溶液倒入直径为16cm 玻璃培养皿中，采用溶剂挥发法制备薄膜，制备纳米银颗粒均勻分布的薄膜，溶剂完全挥发后成平整的薄膜。然后在已有抗菌薄膜的表面，依次选择0. 3%和0. 02%的纳米银颗粒的聚氨酯溶液，混勻，成膜，获得具有浓度梯度变化的抗菌材料，如图2所示。梯度材料采用蒸馏水清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种医用高分子基的纳米银材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括如下步骤a.在室温下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3 1:30的比例，配制医用高分子有机溶液，使粘度范围控制在15(Tl500cp ；b.将质量浓度为0.019Γ3%的Ag/Ti02晶须加入步骤a配置的医用高分子溶液中，强烈搅拌，以使二者充分混合均勻；c.控制温度和湿度在特定条件下，将步骤b获得的混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备薄膜；其中Ag/Ti02晶须根据自身重力形成在高分子溶液中的浓度梯度分布；d.溶剂完全挥发成膜后，获得医用高分子基的纳米银复合材料，将其清洗干净后，真空干燥至重量恒定后保存使用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述医用高分子材料包括医用聚氨酯、或医用聚氯乙烯、或医用聚乙烯、或医用聚乳酸、或医用硅橡胶、或医用聚醚酮。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述有机溶剂包括四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯仿、庚烷、环己烷、丁酮、丙酮、或乙醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述Ag/Ti02晶须是指在氧化钛晶须表面担载有不同粒径纳米银颗粒的材料，所述纳米银颗粒的粒径范围为2(T800nm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述相对于医用高分子材料纳米银颗粒的质量含量小于或等于3%。
6.一种医用高分子基的纳米银材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括如下步骤a.在室温下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3 1:30的比例，配制医用高分子溶液；b.将质量浓度为0.019Γ3%的纳米银颗粒加入步骤a配置的医用高分子溶液中，强烈搅拌，使二者充分混合均勻；c.控制温度和湿度在特定条件下，将步骤b获得的混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备纳米银颗粒均勻分布的薄膜；d.溶剂完全挥发成膜后，改变纳米银颗粒的浓度或粒径，重复步骤b和C，获得具有浓度梯度或粒径梯度特性的抗菌复合材料；e.溶剂完全挥发成膜后，将步骤d获得的复合材料清洗干净，真空干燥至重量恒定后保存使用。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述医用高分子材料包括医用聚氨酯、或医用聚氯乙烯、或医用聚乙烯、或医用聚乳酸、或医用硅橡胶、或医用聚醚酮。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述有机溶剂包括四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、氯仿、庚烷、环己烷、丁酮、丙酮、或乙醇。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述Ag/Ti02晶须是指在氧化钛晶须表面担载有不同粒径纳米银颗粒的材料，所述纳米银颗粒的粒径范围为2(T800nm。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述纳米银颗粒的质量含量相对于医用高分子材料小于或等于3%。
全文摘要
本发明提供一种医用高分子基的纳米银材料的制备方法，其包括如下步骤a.在室温下，按照医用高分子材料和有机溶剂质量比1:3~1:30的比例，配制医用高分子有机溶液，使粘度范围控制在150~1500cp；b.将质量浓度为0.01%~3%的Ag/TiO2晶须加入步骤a配置的医用高分子溶液中，强烈搅拌，以使二者充分混合均匀；c.控制温度和湿度在特定条件下，将步骤b获得的混合溶液倒入器皿中，采用溶剂挥发法制备薄膜；其中Ag/TiO2晶须根据自身重力形成在高分子溶液中的浓度梯度分布；d.溶剂完全挥发成膜后，获得医用高分子基的纳米银复合材料，将其清洗干净后，真空干燥至重量恒定后保存使用。由于Ag/TiO2晶须在复合材料中的浓度呈梯度分布，使材料能够实现银离子长久释放，从而具有长时间的抗菌效果。
文档编号A61L31/10GK102294052SQ20111021217
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者周雪锋, 张天柱, 江筱莉, 顾宁 申请人:东南大学