用光敏剂获得官能化聚合物表面的方法、官能化聚合物材料及其用途

用光敏剂获得官能化聚合物表面的方法、官能化聚合物材料及其用途
本发明的领域
1.本发明适用于聚合物官能化领域，基本上包括将光敏分子与聚合物表面键合的一种方法；所述每个聚合物表面均含有用于建立热力学稳定共价化学键的适当化学官能团；产物由一对光敏聚合物材料(mpn-psm)组成。在黑暗中或者优选地以适当波长的光照射时，这些官能化材料促进光动力作用，防止表面上微生物菌落的形成，同时消除介质中存在、与这些表面接触的微生物。
2.更具体而言，本发明适用于生命支持中所用聚合性质的生物医疗装置，比如气管导管、导管、探针、储存器、手套、气管造口管、静脉输液针、鼻氧管、气管抽吸管(带和不带阀门)、包装和仪器存放袋。发明基础
3.在医院环境中使用这些装置的免疫抑制患者通常接受涉及使用抗生素来控制感染的标准程序；在大多数病例中，这导致市场上抗生素的多重耐药性细菌的出现。
4.气管导管是用于辅助有呼吸问题、术后或创伤后患者机械通气的常规装置的例子；这种装置表面上容易出现微生物菌落，而这些菌落在大多数病例中导致机械呼吸相关性肺炎病症。zeitoun,s.s.等人(2001)报告的数据显示，插管患者因微生物感染而面临的死亡风险比未插管患者高21倍，而微生物感染是这些插管患者死亡的主要原因之一。
5.血袋是在需要输血之前用于运输和保存献血者血液的装置的另一个例子。输血感染非常严重，因为会导致患者全身感染。
6.运输用于移植的器官时应使用不会产生微生物污染风险或影响器官完整性的包装；因此，确保用于运输和保存器官的医疗装置的无菌条件至关重要。
7.本发明描述将姜黄素基团和衍生物(ps1)、卟啉和衍生物(二氢卟吩和细菌二氢卟吩)(ps2和ps3)的光敏剂(ps)与含有适当官能团(x)的聚合物表面(mp1和mp2)结合以生成(mpn-psm)类型产物的方法；所述光敏剂的每种组分(适当的亲核基团)与所述含有适当官能团(x)的聚合物表面(mp1和mp2)建立稳定的共价化学键(醚、胺、硫醚)。
8.在生理温度下、在用适当波长的光照射后，本发明开发的产品(mpn-psm)在不同酸碱度的水溶液中是稳定的。
9.由以共价键合的光敏剂(ps)官能化的聚合物表面(mpn-psm)构成的产物可防止微生物在无光环境中发生这些感染，从而降低死亡风险。有适当波长的光时，这种产物通过光动力作用抑制微生物和生物膜的形成，从而减少由市场上抗生素的多重耐药性微生物感染引起的死亡。技术发展水平
10.以光动力疗法(pdt)将微生物灭活需具备三要素：光敏剂(ps)、适当波长的光源和氧。
11.光敏剂(ps)是化学实体，吸收特定波长的光，改变其化学和/或物理性质。光敏剂(ps)通过转变到激发态并因此转移能量来吸收光的能量。光敏剂(ps)发挥作用有不同的机
制：i型和ii型。在i型机制中，光敏剂(ps)直接与分子反应，产生活性自由基(ros)和自由基离子。在ii型机制中，能量转移发生在分子氧上，产生能够将微生物灭活的单线态氧(pucelik等人(2018)(plos one,13(1):e0191777)。
12.但是，尚无研究指出由光动力作用(pdt)产生的活性氧类(ros)的作用会导致微生物抗性。
13.bezman等人(1978)(光化学和光生物学，28,325-329,1978)指出，可通过酯型键将光敏剂(ps)孟加拉红(rose bengal)共价键合到聚苯乙烯与氯甲基苯乙烯的共聚物珠粒，通过光动力将大肠杆菌灭活。这种类似酯的共价键容易在生物介质中和光的作用下水解。另一方面，本发明中描述的制备方法和mpn-psm型产品涉及不同的光敏剂(ps)；所述光敏剂包含选定的官能团(nh2,oh,sh)，以与在生物介质中、在光照下稳定的不同聚合物(包括聚氯乙烯(pvc)和梅里菲尔德)形成不同的稳定共价键(胺、醚和硫醚)。
14.专利wo 1993/000815公开光杀菌组合物；所述光杀菌组合物包含仅通过静电相互作用连接的纺织纤维型聚合物(纤维素)和光敏剂(卟啉或酞菁)，用于表面杀菌。所用的光敏剂为非官能化的内消旋-四吡啶卟啉或酞菁类型，仅通过静电键吸附到聚合物上。
15.文献ep1203052/us6420455b1公开一种聚合性组合物(其显示出表面抗微生物活性)以及使用这种组合物的物品。但是，没有提到有跟光敏剂【其中至少一种是呫吨(亦称“氧杂蒽”)】的共价键。光敏剂与聚合物材料的相互作用是纯物理性质的(物理混合)，具有一些静电相互作用，没有基本上为化学性质的相互作用。尽管在该文献中提到光敏剂在没有光刺激时的效果，但是在相互作用水平方面，有无光刺激的差异比较明显，因为在本发明中提出的表面官能化涉及促进生物表面特性，但保持基础聚合物材料的机械要求和其他官能。
16.文献ru 2663061提出基于聚合物、赋予杀菌性能的一种抗微生物剂；所述抗微生物剂的分子包含有一对自由电子的至少一个氮原子，因此杀生物剂通过不稳定的静电键与金属络合物配位；除了其他化学基团(比如酞菁)之外，所述金属络合物可能包含镁卟啉作为中心原子。唯一的相似之处在于卟啉类光敏剂的应用，但是其结构和光动力特性不同于本发明中所述的那些。此外，所述发明关于所用聚合物的目的不是使用共价键合将生物医疗装置表面官能化。
17.本发明的新颖性基于聚氯乙烯、卤甲基聚苯乙烯或其共聚物的聚合物表面的官能化；所述聚氯乙烯、卤甲基聚苯乙烯或其共聚物含有离去基团(溴(br)、氯(cl)、碘(i)或氟(f))，特别是聚氯乙烯(mp1)或梅里菲尔德(mp2)含有氯(cl)离去基团，与光敏剂键合。这些化合物含有适当的官能团(羟基(oh)、氮基(n-)或巯基(sh))；通过在生物介质中和在光照下形成稳定的共价键，形成mpn-psm类产物；以适当波长的光照射时，所述产物可用作具有抗微生物作用的生物医疗装置。
18.另外需要强调的是，通过本发明的方法获得的材料可显著降低住院和插管患者感染和患肺炎的风险。因此，用光敏剂(ps)共价官能化的聚合物材料能够促进医院环境改善，为公众健康带来巨大益处。发明简述
19.本发明描述一种制备由含有适当官能团的聚合物或共聚物构成的聚合物产品的方法。根据本发明开发的聚合物产品(mpn-psm)在无光环境中抑制微生物的生长，在暴露于
适当波长的光时表现出抗微生物活性。通过不可逆共价键合光敏剂(psm)形成的聚合物材料(mpn-psm)尤其适用于医疗装置、气管导管、器官保存和运输包装、血液储存和运输袋、食品储存和运输包装等的微生物灭活。附图简述
20.为了完整呈现本发明标的，附图如下：图1显示含有离去基团(x)的聚合物材料(mpn)的官能化方案；所述离去基团可以是卤素原子，与光敏剂(psm)反应，产生称为(mpn-psm)的官能化聚合物材料；所述光敏剂可以是姜黄素类型和衍生物或四吡咯大环，更具体而言可以是卟啉和含有亲核基团(y)的衍生物(二氢卟吩或细菌二氢卟吩)；所述亲核基团可以是-oh、-n-或-sh类型。
21.图2显示紫外-可见光谱表征例子的数据，分别比较聚合物材料(mp1)(黑色曲线)和姜黄素光敏剂(ps1)(蓝色曲线)【用作以姜黄素光敏剂官能化的气管导管(mp1-ps1)(绿色曲线)】。
22.图3显示没有官能化的气管导管(et)(黑色曲线)与姜黄素(ps1)(红色曲线)和官能化气管导管(聚氯乙烯(pvc)-姜黄素，mp1-ps1)(蓝色曲线)相关的红外光谱(ft-ir)表征的例子。红外光谱类型的表征分析是用配有smart orbit附件的分光光度计在500-4000cm-1
范围内测定的。
23.图4显示通过扫描电子显微镜(sem)(“扫描电镜”)表征的例子：(a)由固态聚合物材料(mp1)构成的气管导管；(b)由与姜黄素(ps1)共价键合的官能化聚合物材料(mp1)构成的气管导管(mp1-ps1)。扫描电镜显微照片是以蔡司(zeiss)leo 440(英格兰剑桥)设备获得的；所述设备配有oxford探测器(型号7060)，以15kv电子束、2.82a电流和200pa i探针运行。样品以bal-tec med 020涂层系统金属化器(bal-tec，列支敦士登)涂6nm金，并保存在干燥器中，直到分析。金属化条件：室压＝2.00x 10-2
mbar；电流＝60ma；沉积速率＝0.60nm/s。
24.图5显示在350-600nm激发波长范围内由共价键合的官能化材料构成的气管导管(mp1-ps1)的荧光光谱表征的例子；a)荧光图像从官能化气管导管(mp1-ps1)的外表面获得；
25.图6显示通过共价键合mp1-ps1而由姜黄素官能化的气管导管上金黄色葡萄球菌生物膜减少的微生物分析结果；橙色(///)代表在黑暗环境中在气管导管(对照)和通过共价键合mp1-ps1而由姜黄素官能化的气管导管(橙色)表面上的生物膜中细菌生长减少的百分比；红色(///)代表在用来自450nm区域的led光源照射12分钟(总计50j/cm2)后，气管导管(对照)和通过共价键合mp1-ps1而由姜黄素官能化的气管导管(红色)表面上的生物膜中细菌生长减少的百分比。
26.图7是聚合物材料mp1-ps1在不同的酸碱度条件(ph值为2、7和10)下浸泡形成的溶液的紫外-可见光谱图。本发明的详细说明
27.本发明涉及通过与光敏剂(pss)共价键合而将聚合或共聚材料官能化；所述聚合或共聚材料在黑暗中或优选地在光照下(pdt)表现出抗微生物活性，有助于以这些材料制成的生物医疗装置中微生物的粘附减少和灭活。这些聚合物优选地来自乙烯基多卤化物类；其中卤化物或卤素是周期表第17族元素的双原子分子，包含离去基团氟(f)、氯(c1)、溴
(br)或碘(i)，优选氯(c1)。
28.本发明描述从适当官能化(x)的聚合物或共聚物获得官能化聚合物表面(mpn-psm)的方法；所述聚合物或共聚物可以是卤素或离去基团，特别是聚氯乙烯(mp1)和(氯甲基)聚苯乙烯-梅里菲尔德(mp2)以及姜黄素类型的光敏剂(pss)和衍生物(ps1)、内消旋-四芳基卟啉和衍生物、由亲核基团卤化和官能化的二氢卟吩和细菌二氢卟吩(ps2)，特别包括内消旋-咪唑基-卟啉型和衍生物(二氢卟酚和细菌二氢卟酚)(ps3)的那些。本发明的所有光敏剂(pss)在其结构中均包含官能团(y)——羟基(oh)、巯基(sh)或nh2类型的亲核试剂。
29.也就是说，本发明描述光敏剂(pss)(ps1、ps2和ps3)通过亲核取代反应与官能化高分子材料mp1和mp2以醚、胺或硫醚型共价键合(d)制备mpn-psm产品的方法。此外，本发明还涉及将mpn-psm聚合物产品用于通过光动力作用(pdt)减少微生物粘附和将微生物灭活，具体应用包括在医院环境中由人和动物使用探针、导管、储存器、气管造口管、静脉输液针、鼻氧管、血液透析导管、直肠探针、用于运输和保存器官的包装、尿道探针、气管抽吸探针。
30.由根据本发明开发的mpn-psm聚合物表面形成的产品可防止微生物增殖；微生物增殖是许多严重感染的原因，目前是使用这些装置的住院患者死亡的主要原因之一。此外，这些mpn-psm聚合物材料在食品储存包装的制备中具有重要用途。
31.本发明提出的方法可简便、实惠地获得用光敏剂官能化的mpn-psm型聚合物材料；所述mpn-psm中n为1-2，m为1-3，即mp1-ps1、mp1-ps2、mp1-ps3、mp2-ps1、mp2-ps2和mp2-ps3(根据表1)；所述聚合物材料通过从商业途径获得的mp1或mp2型聚合物材料与ps1、ps2或ps3型光敏剂中每一种之间的直接亲核取代反应获得；所述mp1或mp2型聚合物材料在其结构中含有离去基团，特别是卤素(氟、氯、溴或碘)；所述ps1、ps2或ps3型光敏剂含有亲核基团oh、sh或n-。
32.由于聚合物材料mp1(通式为[c2h3cl]n的聚氯乙烯(pvc))或mp2【通式为[c9h9cl]n的(氯甲基)聚苯乙烯】的结构，卤素离去基团的存在易于识别。光敏剂的来源
[0033]
具有羟基型亲核基团的光敏剂ps1【具有亲核试剂的官能，俗名为“姜黄素”，国际纯化学和应用化学联合会(iupac)名称为(1e,6e)-1,7-双(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1,6-庚二烯-3,5-二酮】及其衍生物：
[0034]
ps2和ps3家族的光敏剂包括用羟基、胺或硫醇型亲核基团官能化的卟啉(式ii至
式ix；有双键形式的两个β吡咯位置(
‑‑‑
))及其还原衍生物二氢卟酚(一个位置(
‑‑‑
)为单键形式，另一个位置(
‑‑‑
)为双键形式)和细菌二氢卟酚(两个位置(
‑‑‑
)为单键形式)。
[0035]
按照硝基苯或硝基苯-nay方法合成两个位置(
‑‑‑
)均为双键形式的对称卟啉(式ii至式iv)；所述方法包括在100℃至140℃之间，在有氧条件下，使用乙酸或丙酸和硝基苯的混合物作为溶剂，不使用或使用nay沸石类型的可重复使用催化剂，将在其它位置之一含有亲核试剂y(oh、n-或sh)、具有选定结构的4当量卤代醛与吡咯混合。
[0036]
在热nay过滤后，卟啉在冷却后直接从反应介质中沉淀，或在加入甲醇后沉淀，或通过快速色谱法纯化，得到ps2家族的对称光敏剂(式ii至式iv)。在100℃至140℃之间，在有氧条件下，使用乙酸或丙酸和硝基苯的混合物作为溶剂，不使用或使用nay沸石类型的可重复使用催化剂，按照硝基苯或硝基苯-nay方法，将在其它位置之一含有亲核试剂y(oh、n-或sh)、具有选定结构的2当量卤化醛与2当量甲醛或相应缩醛以及4当量吡咯混合，合成两个位置(
‑‑‑
)均为双键形式的非对称卤化卟啉(式v至式vii)。在热nay过滤后，通过制备型快速色谱法纯化卟啉，获得ps2家族的非对称光敏剂(式v至式vii)：快速色谱法纯化卟啉，获得ps2家族的非对称光敏剂(式v至式vii)：代表碳碳单键或双键。
[0037]
按照硝基苯或硝基苯-nay方法合成对称卟啉(两个位置(
‑‑‑
)均为双键形式的式vii)；所述方法包括在100℃至140℃之间，在有氧条件下，使用乙酸或丙酸和硝基苯的混合物作为溶剂，不使用或使用可重复使用沸石型nay催化剂，将4当量的1-甲基-2-咪唑甲醛与4当量的吡咯混合。热nay过滤后，通过快速色谱法纯化卟啉(式viii)。
[0038]
按照硝基苯或硝基苯-nay方法合成两个位置(-)均为双键形式的不对称卟啉(式ix)；所述方法包括在100℃至140℃之间，在有氧条件下，使用乙酸或丙酸和硝基苯的混合物作为溶剂，不使用或使用nay沸石类型的可重复使用催化剂，将2当量1-甲基-2-咪唑甲醛与2当量甲醛或其缩醛以及4当量吡咯混合。热nay过滤后，通过快速色谱法纯化卟啉(式ix)。ix)。代表碳碳单键或双键。
[0039]
在40℃至150℃之间混合相应卟啉溶解在适当溶剂中的溶液，以此来制备ps2型或ps3型卟啉pss(式ii至式vii；式viii和式ix)的金属络合物；所述溶剂优选地为氯仿或二甲基甲酰胺(dmf)中，向其中加入适当金属盐(zn(oac)2、pd(oac)2或alcl3)的饱和溶液。络合
反应完成后，通过用碳酸氢钠和水的饱和水溶液连续洗涤来纯化反应混合物。必要时，用快速色谱法纯化金属络合物。
[0040]
根据pereira m.m.等人描述的方法合成一个位置(
‑‑‑
)为单键形式、另一个位置(
‑‑‑
)为双键形式的相应二氢卟吩；其中，根据上述方法制备的卟啉型前体(式ii至式ix)之一与少量过量的对甲苯磺酰肼(15当量)在schlenk管中固态混合，然后在0.1bar真空下放置1小时。然后将混合物加热至120℃至140℃，加热时间根据每种底物优化。将反应混合物溶解于极少量有机溶剂中，并依次用氢氧化钠和水洗涤。将所得固体溶解于二甲醚(dme)中，fecl3.6h2o(1当量)加入到溶液中，然后缓慢加入过氧化氢(水溶液，3％)。观察到细菌二氢卟吩吸收峰(约750nm)消失时，反应终止。相应二氢卟吩(式ii至式vii；其中一个位置(
‑‑‑
)为单键形式，另一个位置(
‑‑‑
)为双键形式)先洗涤然后以快速色谱法纯化。
[0041]
根据pereira m.m.等人描述的方法合成两个(
‑‑‑
)位置为单键形式的相应细菌二氢卟吩ps2和ps3，其中卟啉与过量的对甲苯磺酰肼(40当量)在schlenk管中混合，然后在真空(0.1bar)下放置1小时。然后在140℃下加热混合物，加热时间针对每种卟啉(式ii至式vii，其中(
‑‑‑
)是双键)优化。冷却至室温后，通过洗涤或快速色谱法来纯化相应细菌二氢卟酚(式ii至式ix，其中(
‑‑‑
)是单键)。
[0042]
表1讨论聚合物材料和光敏剂的所有可能组合(mpn-psm)及其可能结构，其中d组分总是醚(o)、硫醚(s)或胺(n-)共价键(表1)：表1——聚合物材料和光敏剂的可能组合(mpn-psm)及其可能结构
[0043]
表2讨论表1中体现的mpn-psm组合的所有可能取代基(r1、r2、z、z'和m)：表2——取代基可能为r1、r2、z、z'和m的mpn-psm组合
用光敏剂(ps)制备mpn-psm型官能化聚合物产品的方法
[0044]
本发明中使用的所有光敏剂(pss)(ps1,ps2,ps3)在其结构中包含具有特定化学特性的亲核试剂(oh、n-或sh)，因此可开发一种简便高效的方法，经过下列步骤，通过亲核取代反应，与结构中含有卤素型离去基团的聚合物材料(mp1和mp2)形成共价键：
[0045]
选自ps1、ps2或ps3家族、包含有机碱(三乙胺、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(dbu)、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(dbn)或吡啶)或优选无机物(caco3,ceco3,naoh,koh,ba(oh)2,al(oh)3,mg(oh)2,be(oh)2,ca(oh)2)的光敏剂(ps)溶解于二甲基甲酰胺(dmf)、二甲氧基乙烷(dme)、四氢呋喃(thf)及其衍生物、二甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、乙酸乙酯或优选二甲基亚砜(dmso)类型的溶剂中，以形成下文中称为“溶胶a”的溶液。
[0046]
将聚合物材料mp1或mp2浸入溶胶a溶液中，并在0℃至40℃之间的温度下放置0.5至48小时，优选在无氧条件下放置。然后，从溶胶a溶液中除去与所需光敏剂(ps)共价连接的聚合物材料(mpn-psm)，用有机溶剂(优选用二甲基亚砜(dmso))、然后用低沸点有机溶剂(优选乙醇)洗涤1至10次。
[0047]
干燥mpn-psm(优选在室温下、在真空下)，在有或优选地没有氧和光的情况下存放mpn-psm。
[0048]
根据实施例的图2，根据本发明制备的官能化聚合物产品【以下称为mp1-ps1、mp1-ps2(式ii至式vii)、mp1-ps3(式viii和式ix)、mp2-ps1、mp2-ps2(式ii至式vii)和mp2-ps3(式viii和式ix)】通过cary 5000紫外-可见漫透射光谱法表征，证实光敏剂(ps)由于聚合物材料中存在每种光敏剂(ps)的典型吸收带而与聚合物材料键合。
[0049]
根据本发明制备的mp1-ps1、mp1-ps2、mp1-ps3、mp2-ps1、mp2-ps2和mp2-ps3型官能化聚合物材料通过nicolet 5700(热电公司(thermoelectron corporation))ftir光谱仪(配有smart orbit附件)上的红外光谱表征，观察聚合物的典型振动带和与聚合物结合的每种光敏剂(ps)的特定官能团的典型振动带，如图3所示。
[0050]
根据本发明制备的mp1-ps1、mp1-ps2、mp1-ps3、mp2-ps1、mp2-ps2和mp2-ps3型官能化聚合物材料通过扫描电镜(sem)表征；所述扫描电镜以15kv电子束、2.82a电流和200pa i探针运行。样品涂有6nm金，保存在干燥器中，直至分析。分析结果显示光敏剂(ps)存在于聚合物表面上(图4)。
[0051]
根据本发明制备的mp1-ps1、mp1-ps2、mp1-ps3、mp2-ps1、mp2-ps2和mp2-ps3型官能化聚合物材料通过在导管外部获得的荧光光谱表征。图5显示材料mp1-ps1的外表面上姜黄素在550nm处的典型荧光发射。mpn-psm聚合物材料抑制生物膜生长
[0052]
根据本发明制备、由敏化剂官能化的mp1-ps1、mp1-ps2、mp1-ps3、mp2-ps1、mp2-ps2和mp2-ps3型聚合物产品在黑暗中抑制革兰氏阳性菌(特别是金黄色葡萄球菌)(图6)生物膜的生长或革兰氏阴性菌(特别是大肠杆菌和铜绿假单胞菌)生物膜的生长，或优选地在发射适当波长的光【即可见光(370至700nm)或近红外光(700至850nm)】的装置存在下抑制这种生长。形成生物膜的微生物在悬浮液中孵育24小时，然后暴露于从装置中发出的适当波长的光；所述悬浮液(mpn-psm材料)包含与所选ps1、ps2、ps3型光敏剂(ps)共价连接的聚合物材料(mp1或mp2)。为了确定光动力灭活的效率，采用通过菌落形成单位(cfu/ml)回收细胞的方法。结果表明：对于每种光敏剂(ps)，在无光或优选用适当波长的光照射时，mpn-psm聚合物材料高效地减少微生物粘附和抑制微生物性生物膜生长。实施例1的图6显示黑暗中的微生物灭活(56％)和用450nm波长的光照射后的微生物灭活(98％)。该实施例表明，mpn-psm材料通过光动力作用高效地促进黑暗环境中的生物膜灭活。实施例1：通过姜黄素(ps1)与由聚氯乙烯(pvc)(mp1)制成的气管导管(et)共价键合来制备聚合物材料mp1-ps1的方法
[0053]
制备本发明中命名为“溶胶a”的溶液：将姜黄素(396mg；1.07mmol)和cs2co3(1.99g；6.01mmol)溶解于二甲基亚砜(dmso；80ml)。
[0054]
称量由聚合物材料mp1制成的气管导管(et)(11g)，并在有氮气或氩气的环境中在30℃至40℃下浸没在溶胶a中4至8小时；
[0055]
从溶液中除去由mp1-ps1构成的官能化气管导管，最初用二甲基亚砜(dmso)(4次，20ml)洗涤，最后用乙醇(4-10次，20ml)洗涤，直到通过紫外-可见光谱观察不到姜黄素。
[0056]
将官能化的气管导管(mp1-ps1)干燥1至3天，优选在室温、真空下。
[0057]
在无氧、无光环境中在室温下储存。
[0058]
命名为mp1-ps1材料的姜黄素官能化气管导管(ps1)通过如下各种技术表征：
[0059]
紫外-可见吸收光谱：图2显示姜黄素官能化气管导管的紫外-可见吸收光谱(图2，
绿色曲线)；所述光谱在430nm处显示乙醇溶液中非固定化姜黄素的吸收光谱(图2，蓝色曲线)的典型带。图2还显示在该区域不吸收的气管导管(te)的紫外-可见吸收光谱(图2，黑色曲线)。
[0060]
傅里叶变换红外光谱(ftir)：在图3中，通过姜黄素官能化导管(mp1-ps1，蓝色曲线)与气管导管(te，黑色曲线)和姜黄素(ps1，红色曲线)相比的红外分析，证实姜黄素与气管导管(te)的键合。姜黄素的光谱在3509cm
–1(羟基-oh)、1600-1650cm
–1(c＝o)、1509cm
–1(c＝c ethylene)(碳＝碳乙烯)、1250cm
–1(碳-氧-碳醚基团)(c-o-c ether group)处出现特征峰。姜黄素官能化气管导管(mp1-ps1，蓝色曲线)的光谱与非固定化姜黄素(ps1)和气管导管(te)的光谱相比，在以下位置出现峰值：3506cm
–1(羟基-oh)、1600-1650cm
–1(c＝o)、1512cm
–1(c＝c ethylene)(碳＝碳乙烯)，证实存在与气管导管(te)共价键合的姜黄素。
[0061]
扫描电镜：姜黄素与气管导管(et)的键合还通过气管导管(et)的扫描电镜(sem)(图4，a)和姜黄素官能化气管导管(mp1-ps1)的扫描电镜(sem)(图4，b)得到证实，其中检测到气管导管表面上存在姜黄素(图4，b)。命名为mp1-ps1材料的姜黄素官能化气管导管(ps1)的稳定性
[0062]
通过分析模拟生物系统的不同酸碱度(phs)(2,7,10)下不同时间的紫外-可见吸收光谱(图7a-c)，姜黄素官能化气管导管(mp1-ps1)的稳定性得到证实。在评估的任何酸碱度下，均未观察到姜黄素从气管导管中释放。姜黄素导管的微生物
[0063]
使用的微生物是金黄色葡萄球菌(atcc 25925)。接种体在包含脑心浸液(brain heart infusion)(bhi)生长培养基和细菌接种体、两者比例为9:1的15ml falcon试管中制备。在旋转炉中在温度37℃、转速140转/分下培养预接种体15小时。对于生物膜形成，采取以下步骤：——通过离心(1500转/分钟，15分钟)将预接种体中的微生物从培养基中分离出来；——通过离心(1500转/分钟，15分钟)连续两次用磷酸盐缓冲盐水(pbs)洗涤；——无菌气管导管在无菌环境(层流、气流、esco class ii bsc)中切割成一厘米长的碎片；——将先前切割的气管导管的每一片插入24孔板的每个孔中；——在含有切割管的孔旁边，加入900μl液体培养基和100μl细菌接种体；——在板的每个孔中，用1000μl移液管将溶液均质化6次；——以菌落计数(cfu/ml)表征形成的生物膜。
[0064]
实验照明采用由technological support laboratory-lat/usp(carlos physics institute,ifsc/usp)开发的led构成的光源。mp1-ps1辐照实验中使用的光源发射450nm的辐照，设计用于在24孔板中以70mw/cm2均匀连续辐照12分钟。辐照以电位计测定；采集器半径为0.4cm，总面积为0.5cm2。为了以cm2为单位计算辐照，使用以下公式：i＝p/a；其中i＝电位计辐照；p＝电位计测定的功率，a＝电位计的面积。
[0065]
为了计算达到所需能量剂量所需的照明时间，使用以下公式：t＝d/i；
在公式中，t＝照明时间，d＝所需的能量剂量，i＝计算出的led辐照度。
[0066]
在光照期间，样品以铝箔保护以避免可能发生的任何外部影响。
[0067]
在37℃下培养样品24小时后，用固态bhi培养基统计皮氏(petri)培养皿中的细菌菌落，以肉眼观察细菌。每个实验组统计3次，统计3至30个菌落。每组的平均值以cfu/ml为单位，根据以下公式计算：cfu/ml＝(菌落数x稀释物数量)/体积；菌落数是通过3次统计实验组孔板上的菌落获得的平均值。
[0068]
在通过用pbs清洗所有管子来去除浮游细胞后，将它们分成四个实验组：气管导管(et)表面上形成的生物膜；姜黄素官能化管(mp1-ps1)表面上形成的生物膜；在50j/cm2光剂量照射下，et表面上形成的生物膜；在50j/cm2光剂量照射下，mp1-ps1表面上形成的生物膜。用磷酸盐缓冲盐水(pbs)通过机械搅拌从导管表面去除细菌生物膜，在菌落计数的固体琼脂上采用平板法评估各组的抗微生物情况。
[0069]
因此，本实施例是制备以姜黄素官能化的气管导管(et)(命名为mp1-ps1材料)，用于需要机械通气且通常卧床不起的患者，联合或不联合光动力疗法(pdt)来将微生物灭活和阻碍微生物性生物膜的形成。
[0070]
在本发明的优选实施方案中，由姜黄素官能化的上述气管导管(et)(命名为mp1-ps1材料)能够减少微生物粘附并将微生物灭活；为此，要使用有利于这些导管去污过程的特定波长(450nm)光源。