一种表面兼有抗菌性和生物相容性的材料及制备与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种表面兼有抗菌性和生物相容性 的材料及制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 植入性生物材料或医学器械表面的细菌等微生物黏附及随后形成的生物膜是导 致植入物感染和医疗器械故障失效的主要原因之一，严重威胁着人类的身体健康和生命安 全。目前，采用抗菌剂涂层（活性抑菌）和形成抗生物黏附表面（惰性抑菌）是解决植入 器械因微生物感染而引发并发症或失效的两种策略。前者的代表技术是表面偶联或涂覆 抗菌材料，如含季铵、卤胺、胍及季膦的有机小分子抗菌剂和合成高分子抗菌剂、壳聚糖及 其衍生物、含银化合物等无机抗菌剂等，能有效杀灭周围细菌微生物，但一方面植入材料或 器械表面被杀死的细菌微生物仍然可能引发免疫反应和炎症，另一方面抗菌活性组分的含 量随时间不断下降，影响抗菌有效期，并可能对正常细胞有毒性影响。后者的代表技术是表 面引入具有抗蛋白质和细菌黏附功能的聚乙二醇或聚两性离子（如磷酸胆碱、磺基甜菜碱 等）化合物，其自身能有效减少细菌黏附而抑制生物膜的形成，并具有良好的血液相容性 和细胞相容性，但临床使用时仍然存在细菌引入而导致植入失败的风险。为此，构建一种集 成抗菌性和生物相容性表面的改性方法被认为是解决上述问题的有效途径。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种表面兼有抗菌 性和生物相容性的材料的制备方法。该制备方法主要是通过表面固定磷酸二胆碱化壳聚糖 盐来实现。
[0004] 本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的表面兼有抗菌性和生物相 容性的材料。
[0005] 本发明的再一目的在于提供所述表面兼有抗菌性和生物相容性的材料的应用。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0007] -种表面兼有抗菌性和生物相容性的材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008] (1)利用氨基硅烷偶联剂实现材料表面的氨基化，得到表面氨基化的材料；
[0009] (2)将步骤（1)得到的表面氨基化的材料与二醛反应实现材料表面的醛基化，得 到表面醛基化的材料；
[0010] (3)将步骤（2)得到的表面醛基化的材料与磷酸二胆碱化壳聚糖盐反应实现材料 表面的磷酸二胆碱化壳聚糖盐固定化，水洗，得到表面兼有抗菌性和生物相容性的材料。
[0011] 步骤（1)中所述的氨基硅烷偶联剂优选为3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES);
[0012] 步骤（1)中所述的材料优选为金属、金属氧化物、陶瓷或高分子，必要时需进行预 处理，使其可与氨基硅烷偶联剂反应；
[0013] 步骤（1)中所述的氨基化的条件优选为室温氨基化24h;
[0014] 步骤（2)中所述的二醛优选为丁二醛或戊二醛；
[0015] 步骤（2)中所述的醛基化的条件优选为20~40°C醛基化12~24h;
[0016] 步骤（3)中所述的磷酸二胆碱化壳聚糖盐的分子结构如式I所示：
[0017]
[0018] 其中x/n= 0~0. 2,即壳聚糖的脱乙酰度为80%~100% ;磷酸二胆碱基团的取 代度为7/11，优选为7/11 = 30%~90%;更优选为7/11 = 30%~75%;11为结构式中重复单 元数；R(反离子R)优选为：卤素离子、硝酸根、醋酸根或果酸根离子等。
[0019] 所述的磷酸二胆碱化壳聚糖盐的制备方法，包括如下步骤：
[0020] 将壳聚糖改性得到的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（CsTr)溶于反应介质；加入双取 代胆碱膦酸酯，其中6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（CsTr)中的氨基与膦酸酯的摩尔比为1: (2~10)，0~40°C搅拌反应4~24h;旋干溶剂，加入甲酸，室温搅拌0. 5~6h;旋干甲酸， 用生理盐水和去离子水透析，冷冻干燥，得到磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐。
[0021] 所述的壳聚糖改性得到的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（CsTr)按照文献 "S.J.Nishmura, 0·Kohgo,K.Kurita,Macromolecules24 (1991) 4745-4748. " 中的制备方法 制备得到；
[0022] 所述的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（CsTr)中的氨基与膦酸酯的摩尔比优选为1 : (3 ~8);
[0023] 所述的搅拌反应的条件优选为0~40 °C搅拌反应6~24h;
[0024] 所述的室温搅拌的时间优选为1~6h;
[0025] 所述的反应介质优选为二甲基乙酰胺、三乙胺和四氯化碳的混合溶液；其中每 100mL二甲基乙酰胺中含有1~10g的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖，优选为含有1~1. 25g; 其中三乙胺、四氯化碳与6-0-三苯基甲醚化壳聚糖的氨基摩尔比例优选为6 :4 :1 ;
[0026] 所述的双取代胆碱膦酸酯由氯化胆碱和对苯氧基膦酸酯按摩尔比2 :1在二甲亚 砜/吡啶混合溶剂中反应2小时制得；
[0027] 步骤（3)中所述的固定化的条件优选为20~40 °C固定化6~24h;
[0028] -种表面兼有抗菌性和生物相容性的材料，通过上述制备方法得到；
[0029] 所述的表面兼有抗菌性和生物相容性的材料在医疗领域中的应用，特别适合用于 制备植入性和介入性医疗器械。
[0030] 本发明的原理：采用本发明方法制备表面兼有抗菌性和生物相容性的材料的反应 过程如图1所示。
[0031] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0032] (1)与现有技术相比，本发明采用的抗菌剂磷酸二胆碱化壳聚糖盐在生理环境下 具有良好的细胞相容性、血液相容性和广谱抗菌性，可生物降解；且可在温和条件下固定在 材料表面，获得表面兼有良好抗菌性和生物相容性的材料，适用于植入和介入性医疗器械。
[0033] (2)磷酸二胆碱化壳聚糖盐是一种阳离子型细胞膜仿生壳聚糖衍生物，可生物降 解，在生理环境下具有良好的细胞相容性、血液相容性和广谱抗菌性，将其固定在材料表面 可有效集成抗菌性和生物相容性这两种性能，可广泛用于植入和介入性生物材料及医疗器 械。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明的制备反应过程图。
[0035] 图2是实施例4中表面固定磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐的钛片的ATR-FTIR谱图。
[0036] 图3是实施例6中表面固定磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐的钛片的抗菌效果图；其 中，图3A为表面处理的钛片；图3B为空白；图3C为未处理的钛片。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0038] 实施例1磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐的制备。
[0039] 取200mg由壳聚糖（x/n= 0)改性得到的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（CsTr)溶于 20mL无水二甲基乙酰胺，同时加入0. 42mL的三乙胺和0. 19mL的四氯化碳；缓慢加入0. 46g 双取代胆碱膦酸酯，其中CsTr中的氨基与膦酸酯的摩尔比为1 :3,0°C搅拌反应6小时；旋 干溶剂，加入甲酸，室温搅拌1小时；旋干甲酸，用生理盐水和去离子水透析3天，冷冻干燥， 得到磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐。其中磷酸二胆碱基团的取代度为30%。
[0040] 实施例2磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐的制备。
[0041] 取500mg由壳聚糖（x/n= 0. 2)改性得到的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（CsTr) 溶于40mL无水二甲基乙酰胺，同时加入1. 05mL的三乙胺和0. 49mL的四氯化碳；缓慢加入 2. 3g双取代胆碱膦酸酯，其中CsTr中的氨基与膦酸酯的摩尔比为1