一种在生物医用材料表面上制备抗菌表面的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物医用功能高分子材料领域，具体涉及一种结合层层组装技术和主客体相互作用制备抗菌表面的方法。
【背景技术】
[0002]细菌在生物材料表面的黏附和后续生物膜的形成会引起一系列诸如医用植入设备失败，组织感染和炎症等生物感染问题。因此，如何简单、高效、普适地对生物材料进行表面改性以构建抗菌表面具有重要意义。
[0003]在过去的几十年中，有许多种构建抗菌表面的方法被陆续提出，包括接枝聚合法，自组装单分子层法，层层组装法等。其中层层组装法是一种基于静电相互作用将带有相反电荷的聚合物交替沉积在基材表面的改性方法。与其他方法相比，层层组装法具有操作简单、多层膜稳定性好、成膜不受基材大小和形状的限制等多种优点。特别地，层层组装法形成的聚合物膜具有三维结构，通过简单调节组装条件和改变多层膜的厚度，便可以有效地控制聚合物膜的物理化学性质。因此，层层组装技术为抗菌表面的构建提供了一个新途径。它可以简单地通过静电相互作用将杀菌剂或者/和抗细菌黏附剂固定在材料表面，不需要复杂的合成路线，抗菌剂的浓度也可以简单地通过改变PH或者盐浓度进行调节。当前基于层层组装技术制备的抗菌表面的抗菌功能主要依靠两种方式实现。一种方式是采用具有抗菌活性的聚电解质或抗菌分子修饰的聚电解质作为多层膜组分，另一种是在多层膜的组装过程中负载具有抗菌活性的纳米粒子(纳米银粒子，碳纳米粒子等)或生物大分子(抗生素，抗菌肽，抗菌酶等)。目前所报道的这些方法尽管可以在一定程度上有效的实现抗菌性能，但仍有着一些缺点，例如抗菌活性分子的固定过程反应条件苛刻，结合数量较难控制等。
[0004]本发明选用生物惰性和化学稳定性均较好的聚合物多层膜修饰单晶硅、玻璃、镀金单晶硅、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯表面，并通过主客体作用在材料表面固定具有抗菌活性的季铵盐，该反应条件温和可控，极大地保留了季铵盐的活性，从而实现了表面的抗菌功能化，在生物材料领域具有应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:克服现有抗菌表面制备方法所存在的反应过程复杂、基材有限的问题，提供一种操作简单、具有普适性的抗菌表面的制备方法。
[0006]本发明解决其技术问题采用以下的一种技术方案:一种在生物医用材料表面上制备抗菌表面的方法，其特征在于，包括以下步骤:
(I)聚电解质多层膜改性表面的制备:
将氨基化的基材浸泡在丙烯酸单体与1-丙烯酸金刚烷甲醇酯单体的共聚物(P(AA_Ada))的溶液中一段时间，然后再浸泡在聚丙烯胺(PAH)溶液中一段时间，即在氨基化的基材表面得到一层P(AA-Ada)/PAH双分子层，重复浸泡若干次，即得到具有若干层P(AA-Ada)/PAH双分子层的聚电解质多层膜改性表面； (2)聚电解质多层膜改性表面固定季铵盐抗菌分子:
将所得的具有聚电解质多层膜改性表面置于含有修饰了季铵盐的β_环糊精衍生物的溶液中进行反应，即得到固定有季铵盐抗菌分子的聚电解质多层膜改性表面。
[0007]本发明解决其技术问题采用以下的另一种技术方案:一种在生物医用材料表面上制备抗菌表面的方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)将作为基材的单晶硅片、玻璃片、镀金单晶硅片、聚二甲基硅氧烷膜片或聚氨酯膜片的表面进行氨基化处理；
(2)聚电解质多层膜改性表面的制备:
将氨基化的基材浸泡在丙烯酸单体与1-丙烯酸金刚烷甲醇酯单体的共聚物(Ρ(ΑΑ_Ada))的溶液中一段时间，然后再浸泡在聚丙烯胺(PAH)溶液中一段时间，即在氨基化的基材表面得到一层P(AA-Ada)/PAH双分子层，重复浸泡若干次，即得到具有若干层P(AA-Ada)/PAH双分子层的聚电解质多层膜改性表面；
(3)聚电解质多层膜改性表面固定季铵盐抗菌分子:
将所得的具有聚电解质多层膜改性表面置于含有修饰了季铵盐的环糊精衍生物的溶液中进行反应，即得到固定有季铵盐抗菌分子的聚电解质多层膜改性表面。
[0008]优选的，季铵盐修饰的β-环糊精衍生物的制备方法包括以下步骤:
(a)制备7个叠氮基团修饰的β-环糊精(P-CD-(N3)7);
(b)冰水浴下将碘甲烷缓慢加入碳酸钾和3-氨基丙炔的溶液中反应一段时间，反应结束后抽滤，固体用乙酸乙酯洗涤，再用乙醇溶解固体，过滤，后、通过旋蒸除去溶剂，重结晶，真空干燥，最终得到炔基化的季铵盐；
(C)将炔基化的季铵盐和叠氮化的β_环糊精加入催化剂溶液中进行点击反应，制得季铵盐修饰的环糊精。
[0009]优选的，步骤(a)中所述制备方法为:先将β环糊精六号位的羟基进行溴取代(β-CD-(Br)7)或碘取代(f3-CD-(I)7)，然后用叠氮化钠进行叠氮化。
[0010]优选的，所述季铵盐修饰的β-环糊精衍生物的溶液为水溶液、磷酸盐缓冲溶液或其他可以溶解相应生物活性分子的溶液。
[0011]优选的，所述聚电解质的溶液为pH值为5.0的醋酸/醋酸钠缓冲溶液。
[0012]优选的，表面氨基化的单晶硅片或玻璃片的制备过程为:将单晶硅片或玻璃片置于3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)的甲苯溶液中反应一段时间，得到表面氨基化的单晶硅或玻璃基材。
[0013]优选的，表面氨基化的镀金单晶硅片的制备过程为:将镀金单晶硅片置于巯基乙胺盐酸盐的水溶液中反应一段时间，得到表面氨基化的镀金单晶硅基材。
[0014]优选的，表面氨基化的聚二甲基硅氧烷膜片的制备过程为:将聚二甲基硅氧烷膜片置于3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)、水和乙醇的混合溶液中反应一段时间，得到表面氨基化的聚二甲基硅氧烷膜片；
优选的，表面氨基化的聚氨酯膜片的制备过程为:先将聚氨酯膜片置于二苯基甲烷二异氰酸酯和三乙胺的甲苯的混合溶液中反应一段时间，再浸置于乙二胺的甲苯溶液中反应一段时间，得到表面氨基化的聚氨酯膜片。
[0015]本发明提供的制备具有抗菌功能的材料的制备方法，其包括以下具体详细步骤: (I)各个基材的氨基化处理:
(a)将洗净的单晶娃片或玻璃片先用“piranha”溶液(硫酸:双氧水=7:3，体积比)进行预处理，然后置于3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)的甲苯溶液中反应过夜，得到表面氨基化的单晶硅或玻璃基材；
(b )将经过紫外臭氧仪洗净的镀金单晶硅片用氨水，双氧水和去离子水的混合溶液(氨水:双氧水:去离子水=1:1:5，体积比)进行预处理，然后置于巯基乙胺盐酸盐的水溶液中反应过夜，得到表面氨基化的镀金单晶硅基材；
(c)将洗净的聚二甲基硅氧烷膜片先用“piranha”溶液(H2S04:H202=3:1，体积比)进行预处理，真空干燥后置于5% APTES，5%去离子水及90%的无水乙醇溶液中反应24小时，60°C干燥后得到表面氨基化的聚二甲基硅氧烷膜片；
(d)先将洗净的聚氨酯膜片浸没于含有7.5%二苯基甲烷二异氰酸酯和2.5%三乙胺的甲苯溶液中反应100分钟，反应温度为50°C，甲苯清洗后再浸没于2%乙二胺的甲苯溶液中常温反应30分钟，去离子水清洗后得到表面氨基化的聚氨酯膜片。
[0016 ] (2 )聚电解质多层膜改性表面的制备:
配制聚电解质溶液，包括含有金刚烷基团的聚阴离子P(AA-Ada)溶液和聚阳离子PAH溶液;将氨基化的基材浸泡在P(AA-Ada)溶液中，经过清洗去除结合较弱的聚合物后再浸泡在PAH溶液中，经过清洗后即可在表面得到一个P(AA-Ada)/PAH的双分子层，此过程重