抗感染人工韧带的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种抗感染人工韧带的制备方法；具体包含下述步骤：将PET人工韧带进行超声波清洗去除表面污垢；对PET人工韧带进行电晕处理；制备纳米银表面涂层溶液；对PET人工韧带表面涂层；清洗并真空干燥。本发明制备方法制得的人工韧带表面纳米银涂层厚度为50～300nm，能改善人工韧带的生物相容性及骨传导性，使人工韧带具有抗菌、抗炎性能，使之在生物活性和力学性能方面满足临床医学的要求。
【专利说明】抗感染人工韧带的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学领域，涉及一种抗感染人工韧带的制备方法，具体是采用银 涂层改善PET材料人工韧带的生物相容性及骨传导性，使人工韧带具有抗菌、抗炎性能。
【背景技术】
[0002] 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)人工韧带作为膝关节交叉韧带损伤重建的移植物 选择，多项临床研究已证明其术后的中短期疗效及安全性较为满意，但仍因组织相容性问 题，会出现滑膜炎、感染等并发症问题；且关节滑液内的炎症产物会破坏关节内结构，影响 腱骨愈合。这些成为导致膝关节交叉韧带重建手术失败的重要因素之一。因此，提高PET 材料的生物相容性，增加其抗菌、抗炎性能，减少人工韧带移植物本身材料缺陷所产生的术 后移植部位炎症问题尤为重要。
[0003] 在各种具有抗菌性能的无机金属离子当中银离子具有较高的抗菌性，银粒子的尺 寸越小、分布越均匀，其抗菌活性也越强。银离子具有与菌体中酶蛋白的巯基-SH迅速结合 的能力，使一些以此为必要基的酶失活而无法生存，从而达到杀灭细菌、修复组织、促进伤 口的愈合作用。同时也具有治疗和预防细菌、真菌的作用。纳米技术出现，使银在纳米状态 下的杀菌能力产生了质的飞跃，极少的纳米银可产生强大的杀菌作用。从目前的研究开发 来看，纳米银具有安全性高、耐热性好、抗菌范围较广、持续杀菌的有效期长、能够促进伤口 的愈合、细胞的生长及受损细胞的修复，无任何毒性反应等优点。目前，不同制备方式（专 利：CN103722181A，CN103691967A，CN103691966A，CN103710390A 等）纳米银制备的各种具 有抗感染性医疗材料（专利：CN103505472A，CN203089546U，CN203089574U，CN203089573U 等）临床应用很多，但是针对PET材料人工韧带，仍没有利用纳米银修饰人工韧带的相关文 献和专利报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种抗感染人工韧带的制 备方法；主要解决人工韧带在临床应用中暴露会由于感染导致滑膜炎的问题。本发明通过 利用金属银的抗感染和抗炎效果，在人工韧带表面进行银涂层修饰，制备具有抗菌、抗炎性 能的新型PET人工韧带，减少膝关节交叉韧带重建术后滑膜炎、感染等并发症，促进人工韧 带在膝关节交叉韧带重建中的腱骨愈合。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 第一方面，本发明涉及一种抗感染人工韧带的制备方法，所述方法包含如下步 骤：
[0007] (1)将PET人工韧带进行超声波清洗去除表面污垢；
[0008] (2)对PET人工韧带进行电晕处理；
[0009] (3)制备纳米银表面涂层溶液；
[0010] (4)对PET人工韧带表面涂层；
[0011] (5)清洗并真空干燥；
[0012] (6)重复步骤（4)和步骤（5)，直至所述涂层厚度为50?500nm。
[0013] 优选地，所述电晕处理后，PET人工韧带材料表面张力值为45?85mN/m。
[0014] 优选地，所述纳米银表面涂层溶液是将动物明胶溶液和硝酸银溶液混匀得到反应 前体液，调整pH至7?12,加入抗坏血酸还原制得的。最后得粒径为10?100nm纳米银涂 层溶液。所述调整pH采用1M NaOH进行调节。
[0015] 优选地，所述明胶溶液的浓度为10?50mg/ml，所述硝酸银溶液的浓度为 10?100mM，所述硝酸银溶液、动物明胶溶液、抗坏血酸三者的体积比为1 : (0.1? 10) : (0.01?10);所述混匀是在室温?60°C条件下。
[0016] 更优选，所述硝酸银溶液、动物明胶溶液、抗坏血酸三者的体积比为1 : (1? 5) : (0· 01 ?10)。
[0017] 优选地，所述抗坏血酸的浓度为10?lOOmM，用量为0. 1?100ml ;所述还原反应 的时间为30?120min。
[0018] 优选地，所述动物明胶是兔、猪、狗、牛明胶中的一种或者几种的混合物。
[0019] 优选地，所述对PET人工韧带材料表面涂层具体为：在37?70°C下，将步骤⑵处 理好的PET人工韧带材料浸泡于步骤（3)制得的纳米银表面涂层溶液中10?30min。
[0020] 优选地，重复步骤⑷和步骤（5) 5?30次。
[0021] 第二方面，本发明涉及一种抗感染人工韧带，所述抗感染人工韧带表面的纳米银 涂层厚度为50?500nm。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0023] (1)纳米银涂层可改善人工韧带的生物相容性、力学性能，使韧带具有抗菌、抗炎 性能，促进腱骨愈合；
[0024] (2)该制备方法可在医用的人工韧带上形成较为均匀的涂层，可解决前期研究中 通过在材料表面应用直接人工涂覆的方法而造成的涂层不均匀、稳定性较差的问题；
[0025] (3)本制备过程简单、条件温和、节能环保、成本低廉，具有良好的市场应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0027] 图1为新鲜所制备的抗感染人工韧带对不同菌株的抑制效果对比图；
[0028] 图2为所制备的抗感染人工韧带浸泡在人工模拟液中的Ag离子释放率示意图；
[0029] 图3为所制备的抗感染人工韧带不同时间段的浸出液对不同菌株抑制效果示意 图；
[0030] 图4为不同人工韧带与骨髓间充质细胞共培养在不同时间段的细胞增殖效果对 比图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0032] 本发明公开一种制备纳米银涂层修饰的人工韧带方法。本发明方法操作简单，条 件温和，成本低且环境友好，纳米银涂层修饰后的人工韧带涂层稳定性、抗菌、抗炎性和生 物相容明显改善，是一种对目前人工韧带技术改进的简单方法，拥有巨大的市场应用价值。 具体如以下各实施例：
[0033] 实施例1
[0034] 在室温条件下，以水为溶剂，将5ml50mmol/L的AgN03以及5ml25mg/L的猪明胶溶 液混合，调节pH值到8,然后加入lOOul新鲜制备10mM抗坏血酸溶液，在25°C下搅拌反应 30min，得到纳米银涂层溶液。
[0035] 取PET材料的人工韧带先超声清洗lOmin，超纯水冲洗3遍，真空烘干，电晕处理 5min，得到表面张力值为65mNm的PET人工韧带，真空干燥备用。
[0036] 在37°C条件下，将人工韧带浸泡于前面获得的纳米银涂层溶液中，搅拌反应 30min，使体系中纳米涂层与人工韧带表面充分结合，取出人工韧带真空干燥，重复以上步 骤5次，通过扫描电镜观测，得到纳米银涂层厚度在50 ±6. 8nm的新型人工韧带。并通过进 一步的体外抗菌实验（图1)，将受试菌按照在各自生长适宜条件下制备好的菌悬液，控制 茵液浓度为1〇 5?107CFU/mL，分装50mL的三角瓶，每瓶各20mL菌悬液，分别加入预先灭好 菌的新型人工韧带，同时设未做表面处理的人工韧带作为阴性对照。37°C、150r/min的摇 床处理2h后，采用梯度稀释平板菌落计数法计算菌悬液中活菌数。根据处理后菌悬液活 菌数的差异，计算出材料对细菌的抑制率。如图1，发现所制备的抗感染人工韧带对大肠杆 菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和黑根霉菌都有很好的抑制效果，对于细菌的抑制率都 在90%以上，具有良好的抗感染效果。
[0037] 同时，通过将所制备的抗感染人工韧带浸泡于人体模拟液进行体外稳定性实验， 也发现所制备抗感染人工韧带的涂层具有很好的稳定性，在实验的24天之内，并没出现涂 层崩解或者脱落的现实，同时对浸泡液也进行了银离子浓度分析如图2,发现所制备的抗感 染人工韧带具有较长的缓释周期，缓释周期达24天，说明所制备人工韧带的抗感染效果是 一个长时间的作用过程。
[0038] 随后的对不同菌种的不同时间的抗菌实验也证明，在实验的24天周期内，人工韧 带的浸泡液对不同菌种都有着良好的抑制效果如图3。
[0039] 进一步通过相关的细胞实验（图4)，通过培养骨髓间充质（BMCS)细胞，DMEM培养 基生长至对数生长期，消化传代，24h后待细胞贴壁长好，加入原始材料浸提液，同时设置未 表面处理PET人工韧带浸提液处理细胞作为对照组。继续培养不同时间后，通过MTT法测 定细胞在490nm的吸收值，也表明所制备的抗感染人工韧带能有效促进骨髓间充质细胞粘 附和生长。
[0040] 实施例2
[0041] 在室温条件下，以水为溶剂，将10mll0mmol/L的AgN03以及25ml25mg/L的兔明胶 溶液混合，调节pH值到8,然后加入100ul新鲜制备100mM抗坏血酸溶液，在60°C下搅拌反 应120min，得到纳米银涂层溶液。
[0042] 取PET材料的人工韧带先超声清洗5min，超纯水冲洗3遍，真空烘干，电晕处理 20min，得到表面张力值为85mN/m的人工韧带，真空干燥备用。
[0043] 在70°C条件下，将人工韧带浸泡于前面获得的纳米银涂层溶液中，搅拌反应 lOmin，使体系中纳米涂层与PET材料表面充分结合，取出滤纸晾干，重复以上步骤30次，得 到纳米银涂层厚度在300±25. 6nm之间的新型人工韧带。
[0044] 实施例3
[0045] 在室温条件下，以水为溶剂，将10ml50mmol/L的AgN03以及50mll0mg/L的牛明胶 溶液混合，调节pH值到7,然后加入100ml新鲜制备80mM抗坏血酸溶液，在35°C下搅拌反 应30min，得到纳米银涂层溶液。
[0046] 取PET材料的人工韧带先超声清洗20min，超纯水冲洗3遍，真空烘干，电晕处理 3min，得到表面张力值为45mN/m的PET韧带，真空干燥备用。
[0047] 在37°C条件下，将人工韧带浸泡于前面获得的纳米银液中，搅拌反应，14min，使体 系中纳米涂层与PET材料表面充分结合，取出滤纸晾干，重复以上步骤10次，得到纳米银涂 层厚度在1〇〇 ±18. 6nm之间的人工韧带。
[0048] 实施例4
[0049] 在室温条件下，以水为溶剂，将10mll00mmol/L的AgN03以及50ml50mg/L的牛明 胶溶液混合，调节pH值到12,然后加入50ml新鲜制备50mM抗坏血酸溶液，在45°C下搅拌 反应45min，得到纳米银涂层溶液。
[0050] 取PET材料的人工韧带先超声清洗20min，超纯水冲洗3遍，真空烘干，电晕处理 lOmin，得到表面张力值为75mN/m的PET韧带，真空干燥备用。
[0051] 在50°C条件下，将人工韧带浸泡于前面获得的纳米银液中，搅拌反应25min，使体 系中纳米涂层与PET材料表面充分结合，取出滤纸晾干，重复以上步骤7次，得到纳米银涂 层厚度在70 ± 15. 6nm之间的人工韧带。
[0052] 综上所述，本发明采用银涂层改善PET材料人工韧带的生物相容性及骨传导性， 使人工韧带具有抗菌、抗炎性能，使之在生物活性和力学性能方面满足临床医学的要求。
[0053] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【权利要求】
1. 一种抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤： (1) 将PET人工韧带进行超声波清洗去除表面污垢； (2) 对PET人工韧带进行电晕处理； (3) 制备纳米银表面涂层溶液； (4) 对PET人工韧带表面涂层； (5) 清洗并真空干燥； (6) 重复步骤（4)和步骤（5)，直至所述PET人工韧带表面涂层厚度为50?300nm。
2. 根据权利要求1所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述电晕处理后， PET人工韧带材料表面张力值为45?85mN/m。
3. 根据权利要求1所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述纳米银表面 涂层溶液是将动物明胶溶液和硝酸银溶液混匀得到反应前体液，调整pH至7?12,加入抗 坏血酸还原制得的。
4. 根据权利要求3所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述明胶溶液的 浓度为10?50mg/ml，所述硝酸银溶液的浓度为10?100mM ;所述硝酸银溶液、动物明胶溶 液、抗坏血酸三者的体积比为1 : (0. 1?10) : (0. 01?10);所述混匀是在室温?60°C 条件下搅拌进行的。
5. 根据权利要求3所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述抗坏血酸的 浓度为10?l〇〇mM，用量为〇. 1?l〇〇ml ;所述还原反应的时间为30?120min。
6. 根据权利要求3所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述动物明胶是 兔、猪、狗、牛明胶中的一种或几种的混合物。
7. 根据权利要求1所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，所述对PET人工韧 带材料表面涂层具体为：在37?70°C下，将步骤（2)处理好的PET人工韧带材料浸泡于步 骤（3)制得的纳米银表面涂层溶液中10?30min。
8. 根据权利要求1所述的抗感染人工韧带的制备方法，其特征在于，重复步骤（4)和步 骤（5)5?30次。
9. 一种根据权利要求1所述的抗感染人工韧带的制备方法制得的抗感染人工韧带，其 特征在于，所述抗感染人工韧带表面的纳米银涂层厚度为50?500nm。
【文档编号】A61L27/54GK104147642SQ201410367560
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】陈俊, 陈世益, 张鹏, 蒋佳, 吴子英, 陈天午, 万方 申请人:复旦大学附属华山医院