专利名称：用于抗菌处理由硅橡胶材料制成的制品的表面的方法
技术领域：
本发明涉及抗菌涂层组合物和其用于对由聚合物材料制成的物体进行抗菌表面处理的用途的领域；具体地，本发明涉及对由聚合物材料制成的医疗器械且更具体地为小型骨科器械(orthopaedic device)进行抗菌表面处理的方法。技术现状在处理制品的表面时选择所应用的抗菌方式的主要因素是其对病原微生物的功效、毒性程度、作用持续时间和可用性。医疗器械的表面处理优选在抗菌水或水醇溶液中进行。
胍化合物作为用于处理包括由聚合物材料制成的医疗器械在内的医疗器械的表面的抗菌组分传统地应用于医疗实践中。胍化合物的杀生物活性通过与带负电的细菌细胞相互作用的胍盐阳离子来进行。吸附在细胞表面上的阳离子导致对细菌的破坏，阻挡它们的通过细胞壁的呼吸、营养物和代谢产物的输送。根据现有技术现状，对于表面处理，低分子(氯己定)和高分子(聚六亚甲基胍(PHMG))胍化合物均被应用。然而，示出的制剂是有毒性的；它们作用于微生物的功效是不同的。当如，获得基于具有杀菌作用的金属的抗菌制剂备受关注Ag、Au、Pt、Pd、Cu、和Zn (参见H. E. Morton, Pseudomonas in Disinfection, Sterilisation and Preservation,S. S. Block, Lea 和 Febider 编辑，1977 以及 N. Grier, Silver and its Compounds inDisinfection, Sterilisation and Preservation,编辑，S.S.Block, Lea 和 Febider,1977)。因此，具有含有金属的组分、纳米范围的粒径的制剂和含有银的主要超分散的杀生物剂是最有前景的。[参见 Blagitko E. M.,等人《Silver in medicine)), Novosibirsk “Science-Center”，2004，第 256 页)]。被认为是与本发明最接近的现有技术的专利RU N. 2330673/2008描述了通过将由以下组成的组合物应用到器械的表面上来对所述器械进行抗菌表面处理嵌有银或/和铜的离子的膨润土的纳米分散粉末在聚合物粘合剂的溶液中形式的杀生物剂。膨润土粒径不大于150纳米。以上已知的抗菌涂层对由有机聚合物材料制成的器械的表面有效，但当作为涂层被应用时对由具有分子量2· 105-6· IO5的有机硅(聚二甲基硅氧烷)橡胶制成的器械的表面不起作用，有机硅(聚二甲基硅氧烷)橡胶用于制造小型骨科制品(足部矫正器、鞋内底、鞋跟垫等)。对有机硅橡胶不起作用可解释如下-由于烃自由基的典型的表面取向产生的有机硅(聚二甲基硅氧烷)橡胶的表面的显著疏水性，这使得降低所述材料的粘合性；-当应用到小型骨科器械的工作表面上时，抗菌涂层对在使用期间引起的载荷的低的抵抗。
考虑到具有2 · 105-6 · IO5分子量的有机硅橡胶在用于制造骨科器械时密度、弹性和硬度是最佳的，而骨科器械的使用需要有效的抗菌处理，因此，显然的是，很必要生产用于处理由有机硅橡胶制成的器械如在小型骨科手术中所使用的器械的表面的可靠的抗菌涂层。由于在与活组织相互作用时所形成的涂层的低的操作性能，使用从专利RUN. 2330673已知的抗菌制剂用于这些目的时是不起作用的。本发明的问题在于提 供一种用于抗菌处理由聚合物材料制成的制品的表面、具有以下技术成果的方法-在由基于具有2·105-6· IO5分子量的有机硅(聚二甲基硅氧烷)橡胶的聚合物材料制造的制品的表面上获得具有有效的抗菌性质和操作性能的涂层；-在操作制品时保持这些材料的功能性质(functionalproperty)。发明概述考虑到具有2 ·105_6 ·105分子量的橡胶的化学稳定性、热稳定性和高的疏水性，本发明人通过用于改性制品的工作表面的等离子体化学处理解决了上述问题。该处理广泛应用于多个技术分支，包括医学，用于改性聚合物材料的表面。然而，等离子体化学处理伴有例如表面层的金属喷镀。对于由有机硅橡胶制成的、使用时需要保持它们的功能性质(密度、弹性、硬度)的制品，这是不适宜的。本发明通过一种抗菌处理由具有2 · 105-6 · IO5分子量的有机硅橡胶制成的制品的表面的方法解决了上述问题，所述方法在于以两阶段在所述制品的所述表面上形成抗菌涂层(a)在第一阶段，通过在具有13，56MHz频率和容量20_40Wt的高频电磁辐射下、在具有氧气(O2)填充0，8-71/h、工作压力(70-135) ±5Pa的低温氧等离子体下处理(2_3) ± I分钟来改性所述表面；以及(b)在第二阶段，通过将含有以下的抗菌制剂应用于改性表面来处理所述改性表面-杀生物剂，其为嵌有银或/和铜的离子的膨润土的纳米分散粉末，所述膨润土粉末具有不闻于150纳米的粒径；-氟化丙烯酸聚合物粘合剂，其中所述粘合剂溶解在全氟烷基醚的混合物中。根据上述方法，在由具有2 · 105-6 · IO5分子量的有机硅(聚二甲基硅氧烷)橡胶制成的制品的表面上获得具有有效的抗菌性质和合适的操作性能的涂层。聚二甲基硅氧烷是优选用于制造骨科器械的材料，且在上面的抗菌处理后，保持橡胶的功能性质。发明详述优选地，所述聚合物粘合剂是在溶剂中的氟化丙烯酸聚合物，其中所述溶剂选自氟化烷基醚，例如全氟异丁基甲醚、全氟丁基甲醚及它们的混合物。优选地，聚合物粘合剂以下Wt %比与所述溶剂混合氟化丙烯酸聚合物 1-3全氟异丁基甲醚20-80全氟丁基甲醚20-80。抗菌制剂具有以下比的组分杀生物剂在溶剂中的聚合物粘合剂，为I (50-100)重量份。根据本发明的优选实施方式，使用以下比的、嵌有银离子和铜离子的膨润土的纳米分散粉末的混合物作为抗菌制剂中的杀生物剂嵌有银离子的膨润土 嵌有铜离子的膨润土，为I : (0，5-1)重量份。本发明的方法的效力可通过下面解释-两阶段处理的设计，其中用于改性待被抗菌处理的制品的等离子体化学处理的应用使得表面变得亲水性，因为通过低温氧气处理形成硅烷醇(Si-OH)和硅氧烷(Si-O-Si)基团；-在第二阶段的处理中，在被处理的表面上应用含有以下的抗菌制剂矿物杀生物剂纳米分散体、为氟化丙烯酸聚合物的聚合物粘合剂和氟化烷基醚溶剂(即，全氟异丁 基甲醚和全氟丁基甲醚)。应用示出的抗菌制剂赋予与改性表面的有效的粘合相互作用。因此，获得具有抗菌效果、不改变橡胶材料的物理和化学性质并且对人类皮肤不产生刺激影响的新涂层。到目前为止，本申请人既未找到现有技术公开内容描述本发明的方法，也未找到能够允许实现相似结果的其他方法。通过应用适合于实现本发明的已知的技术装置和制品和材料，本发明可在工业上实现。通过下面描述的本发明的实施方式可更好地理解本发明。实验部分材料和装置下面的材料用于实现本发明的方法-杀生物剂，即嵌有银(Ag+)离子或/和锌(Zn2+)离子的膨润土的纳米分散粉末。示出的杀生物剂根据专利RU N. 2330673制造。使用Na形式的膨润土(蒙脱土)、氯化钠(NaCl)、硝酸银(AgNO3)、硫酸铜(Cu2SO4)来制造根据上述俄罗斯专利申请的杀生物剂。以两阶段进行制造杀生物剂的分散粉末的方法。在第一阶段，获得钠离子活化的膨润土的半成品，在第二阶段，通过钠离子对银离子或铜离子的离子交换反应，使半成品嵌有银离子或铜离子；-对于实现本发明，使用嵌有银离子的膨润土的纳米分散粉末或I: I比(重量份)的嵌有银离子的膨润土的粉末和嵌有铜离子的膨润土的粉末的混合物是优选的，因为这降低成本。-商用产品EGC-1700，商标Novec，制造商是3M(US)公司。示出的产品基于氟化丙烯酸聚合物以及全氟异丁基甲醚和全氟丁基甲醚二者来制备。基于具有为全氟异丁基甲醚和全氟丁基甲醚的溶剂的氟化丙烯酸聚合物的产品还用于在医疗目的的制品上形成涂层。该产品具有生物相容性。该产品是非毒性的，且还用于在由硅橡胶制成的接触镜片上形成涂层；-意图用于制品的等离子体化学处理的实验室研究装置。该装置含有具有制品装载和卸载系统的工作室、在室中的氧气的泵输出和供应系统、具有13，56MHz工作频率和高达IkW功率的高频电磁辐射发生器和控制系统；-具有3-IO5分子量的有机硅橡胶的样品。样品的表面积为5cm2。特定种类的有机硅橡胶用于制造小型骨科制品，例如足部矫正器。
使用上述材料、产品和装置进行用于在由具有2 · 105-6 · IO5分子量的有机硅(聚二甲基硅氧烷)橡胶制成的器械的表面上形成抗菌涂层的本发明的工艺方法。对于制造医疗目的的制品、尤其是小型骨科制品，由于其官能特征(密度约l，5-l，6gr/Cm3)，所选择的用于抗菌处理的材料类型是最优的。应用用于实现本发明的特定的工艺操作、模式、使用的材料和产品使得在制品的工作表面上获得具有延长作用和与活组织生物相容的抗菌涂层。另外，在与活组织相互作用期间，该涂层具有有效的操作特性。对指定的条件、模式和材料的变化是不适宜的，且将导致结果的恶化或导致增加整个方法实现的成本、或导致器械材料的物理和化学性质的改变。具体地，增大高频电磁辐射，器械材料的物理和化学性质被破坏，且如果高频电磁辐射下降，不能提供表面的有效改性。通过下面的具体实施例来解释本发明的实施 实施例I在由具有3 · IO5分子量的有机硅橡胶制成的样品表面上形成抗菌涂层。以两阶段进行用于形成抗菌涂层的方法。阶段(a)-样品表面的改性。将样品装入合适的实验室研究装置室中。在室中产生133Pa的真空。以0，81/时的速率将氧气(O2)供给到室中。通过30Wt和频率13. 56MHz的高频电磁辐射辐射样品，持续2分钟周期。通过在低温氧等离子体的环境中在指定的上述条件下的等离子体化学处理,样品的表面由此被改性,并且表面变得亲水性。阶段(b)-用抗菌组合物涂布改性表面。通过混合以下制备抗菌组合物-嵌有银离子(Ag+)的膨润土的纳米分散粉末的形式的杀生物剂，粉末的颗粒尺寸不大于100纳米。根据专利RU N. 2330673获得膨润土的纳米分散粉末；-以全氟异丁基甲醚和其余为全氟丁基甲醚的2%溶液(从3M以EGC-1700可商购)形式的聚合物粘合剂。上面的抗菌混合物含有各自以I : 50(重量份)的量的杀生物剂/产品EGC-1700。如上描述所获得的抗菌组合物应用于橡胶样品的改性表面上。实施例2根据如上描述的阶段I改性与实施例I的样品相同的表面样品，并且然后用与实施例I不同的抗菌组合物涂布，在该抗菌组合物中，杀生物剂由以I : 1(重量份)比的嵌有银离子的膨润土的纳米分散粉末和嵌有铜离子的膨润土的纳米分散粉末组成。实施例3 (比较)根据如上描述的阶段I改性与实施例I的样品相同的表面样品，并且然后用含有以下的抗菌组合物涂布-嵌有银离子(Ag+)的膨润土的纳米分散粉末的形式的杀生物剂，粉末的颗粒尺寸不大于100纳米。根据专利RU N. 2330673获得膨润土的纳米分散粉末；-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剂，其中所述粘合剂是根据专利RU N. 2330673(以Penta_1009可商购)的粘合剂。上面的所述抗菌组合物含有各自以I : 100 (重量份)量的杀生物剂聚合物粘合剂的溶液。如下表征和测试根据实施例1-3的涂布的样品-润湿接触角的测定。对于测定表面的品质或应用于工作表面上的涂层的品质，该参数是最有效的。基于液体向根据实施例1-3的样品的表面的实验滴落来确定润湿接触角；-抗微生物性质的生物测试。通过进行所示出的测试方法在模拟产品的操作过程下来评价根据实施例1-3的样品的抗菌性质。
实施例4 (接触角的测定)沉积在所得到的样品表面上的去离子水滴的接触角(θ、Θ i、Θ 2、Θ 3、Θ 4和Θ 5)如下-在通过低温氧等离子体处理的阶段I之前，在由有机硅橡胶(分子量3·IO5)制成的初始样品的表面上，接触角(Θ )为108° ；-在低温等离子体改性后的样品(如实施例I)的表面上，接触角(ΘD为73° ;-在第二阶段处理后的样品(如实施例I)的表面上，接触角(θ2)为95°;-在第二阶段处理后的样品(如实施例3)的表面上，接触角(θ3)为85°;-在室温下保持样品24小时的第二阶段处理后的样品(相应地，实施例I和3)的表面上，接触角(Θ 4)(实施例I的样品)为92° ;润湿接触角(Θ 5)(实施例3的样品)为80。。上述结果可概括如下-通过低温氧等离子体处理橡胶表面增强表面的粘合性；-在氧等离子体处理后应用的抗菌涂层产生相对于初始的橡胶表面增强的粘合性。实施例5 (体外抗微牛物测试)对上面获得的样品(实施例1-3)进行抗微生物性质测试。通过标准技术应用培养金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)进行抗微生物性质评价。在24小时内在37°C温度下在牛肉浸膏琼脂(BEA)环境中获得培养物。然后制备细胞在去离子水中的均匀悬浮体。将所制备的Iml量悬浮体的结构引入具有干BEA环境的培养皿，并且通过无菌刮刀均匀地分配在环境的表面上以用于通过稠厚菌苔的培养物发生。然后用无菌镊子将根据实施例1-3获得的样品的(1X1) (cm2)片密集地应用于琼脂的表面上。以彼此2cm的间距且离皿的中心约2，5cm的距离放置样品片。将用样品接种的皿恒温控制在37°C。通过形成抑制微生物的菌株生长的区域来测定每个样品片的抗微生物性质，该区域精确地分配在所测试的培养基的生长的稠厚菌苔的基底上。使所测试的样品经历(5次)用水洗涤来进行抗微生物性质的测定，这些洗涤被选为模拟骨科制品的操作条件。得出，在五次洗涤后，对于例如根据实施例1-2的样品金黄色葡萄球菌菌株的生长比根据实施例3的样品低30%。实施例I和2的抗微生物性质的评价还表明，通过实施例I获得的抗菌涂层的抗微生物性质比通过实施例2获得的涂层的相似性质更有效。这证实了关于含银制剂具有广谱抗微生物活性的已知数据。同时制造给定制品的成本是相当高的，这是不合适的。因此，所进行的研究作为整体证实了本发明的方法用于抗菌处理由具有
2· 105-6 · IO5分子量的有机硅橡胶制成的制品的表面的功效。
权利要求
1.一种抗菌处理由具有2 ·105-6 ·105分子量的有机硅橡胶制成的制品的表面的方法，所述方法在于以两阶段在所述制品的所述表面上形成抗菌涂层 (a)在第一阶段，通过在具有13，56MHz频率和容量20-40Wt的高频电磁辐射下、在具有氧气(O2)填充0，8-71/h、工作压力(70-135) ±5Pa的低温氧等离子体下处理(2_3) ± I分钟来改性所述表面；以及 (b)在第二阶段，通过将含有以下的抗菌制剂应用于改性表面来处理所述改性表面 -杀生物剂，其为嵌有银或/和铜的离子的膨润土的纳米分散粉末，所述膨润土粉末具有不闻于150纳米的粒径； -氟化丙烯酸聚合物粘合剂，其中所述粘合剂溶解在全氟烷基醚的混合物中。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述全氟烷基醚选自全氟异丁基甲醚和全氟丁基甲醚。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述粘合剂为包含以wt%份表示的以下组分的溶液 氟化丙烯酸聚合物 1-3 全氟异丁基甲醚20-80 全氟丁基甲醚20-80。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述抗菌制剂具有以下比的组分杀生物剂在溶剂中的聚合物粘合剂，为I : (50-100)重量份。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述杀生物剂为具有以下比的、嵌有银离子和嵌有铜离子的膨润土的纳米分散粉末的混合物 嵌有银离子的膨润土 嵌有铜离子的膨润土，为I : (0，5-1)重量份。
全文摘要
本发明涉及抗菌处理由具有2·105-6·105分子量的有机硅橡胶制成的制品的表面的方法，所述方法在于以两阶段在所述制品的所述表面上形成抗菌涂层(a)在第一阶段，通过在高频电磁辐射下在低温氧等离子体中的处理来改性所述表面；以及(b)在第二阶段，通过将含有以下的抗菌制剂应用于改性表面来处理所述改性表面-杀生物剂，其为嵌有银或/和铜的离子的膨润土的纳米分散粉末；氟化丙烯酸聚合物粘合剂，其中所述粘合剂溶解在氟烷基醚的混合物中。该方法使形成的涂层具有有效的抗菌性质和操作性能，尤其是当将涂层应用于小型骨科器械(足部矫正器、鞋内底、鞋跟垫等)的表面上时。
文档编号B29C59/14GK102905524SQ201080056842
公开日2013年1月30日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月15日
发明者阿拉·阿沙维罗维奇·阿布拉米扬, 米哈伊尔·迈佛蒂维奇·阿法纳西耶夫, 维亚切斯拉夫·伊凡诺维奇·贝克列米雪夫, 伊戈尔·伊凡诺维奇·马霍宁, 翁贝托·奥拉齐奥·吉赛普·毛杰里, 弗拉基米尔·亚历山德罗维奇·索洛多斯尼科夫 申请人:科洛斯托克公司 "应用纳米技术研究所", 萨尔瓦多毛杰里基金会劳动康复医院研究所, 斯博实验室有限公司