减少细菌在生物材料和生物医学装置上的粘附的制作方法

专利名称：减少细菌在生物材料和生物医学装置上的粘附的制作方法
技术领域：
本发明涉及抑制微生物粘附于生物材料表面的方法和组合物，生物材料包括生物医学装置例如角膜接触镜(contact lenses)。
总体而言，本发明涉及一种修饰生物材料或所述材料所生成的医学装置的表面以减少表面对细菌附着的亲和力的方法。本发明可以包括用于处理生物材料以减少细菌粘附的低离子强度的组合物。
本发明包括一种用包括一种含有疏水性和亲水性基团的聚醚材料的组合物处理生物医学材料或装置表面的方法。本发明进一步涉及一种抑制细菌附着于生物医学装置表面的方法，其中将生物医学装置的表面与水溶液中的聚醚接触，该水溶液所具有的离子强度为从大约200mOsom/kg到大约400mOsom/kg。
背景技术：
生物材料表面的细菌粘附被认为是医学装置相关感染的致病因素。所发现的易感染的医学装置的实例可以包括眼科镜片，例如接触镜或人工晶体、眼内植入物、膜或其他薄膜、导管、护口器、牙垫、组织替代物、心脏瓣膜等。尽管对这些装置的研究和发展已经进行了很多年，但仍难以预测不同的微生物对一种特殊的生物材料或装置的粘附程度。
因此，本领域人员已经认识到生物材料的化学和物理性质可以影响微生物引发表面粘附及感染的能力。在Dearnaley的美国专利No.5,945,153、Homola等美国专利No.5,961,958和5,980,868、Dearnaley美国专利No.5,984,905、Hultgren等美国专利No.6,001,823、Tweden等美国专利No.6,013,106、以及Robertson等美国专利No.6,054,054中阐述了用于抑制多种生物医学装置的细菌粘附的各种方法，这些装置可以从牙科和医学植入物或人工装置到水溶液细菌的处理系统。
常规适用的眼科产品的微生物粘附可以造成引起微生物性角膜炎的感染，例如细菌或棘阿米巴所造成的感染，或造成引起溃疡性角膜炎的感染。例如，当镜片使用者没有充分地清洗接触镜，当镜片上的细菌负荷增加到能形成镜片上的生物膜残余物(biofilm residue)的程度时，就产生问题了。在那些已经形成生物膜的情况中，不是所有的镜片清洗液都足以杀死残余细菌。接触镜也可以保留有能污染镜片和接触镜盒的感染性角膜炎的有机体，例如棘阿米巴。这些与佩戴接触镜相关的问题可以导致其它潜在的与接触镜相关的并发症，它包括无菌性浸润和接触镜诱导的急性红眼(CLARE)。因此，需要研发一种抑制微生物粘附于生物材料和生物医学装置例如接触镜、接触镜盒等的方法，以及在这些上述方法中所用的相应的组合物。
从前述可知，本领域已经认识到在构建这些医学装置中所用的特殊类型的材料可以影响消费者常规使用期间的生物兼容性。例如，已知增加接触镜表面的亲水性可以提高接触镜的可湿性及佩戴舒适度。
按惯例已知医学装置是由被称为水凝胶和非水凝胶的两种主要类型的材料或生物材料制成。水凝胶被定义为含水的、交联的聚合体系，它们含有、吸收并保持平衡状态的水分。非水凝胶被定义为不吸收可感知量水分的材料。水凝胶的物理性质通常差别很大，但是这几乎都由含水量所决定，含水量从大约10％重量到大约90％重量。因为这些性质，已经发现水凝胶表现出极佳的生物兼容性。
根据这些性质，水凝胶已经被广泛地用于各种生物医学的应用。水凝胶材料可以用于生成、制备及生产眼科镜片、眼内植入物、膜和其它薄膜、导管、护口器、牙垫、组织替代物、心脏瓣膜、眼内植入物、膜和其它薄膜、隔膜、导管、护口器、牙垫、组织替代物、心脏薄膜、节育器、尿管假体等等。水凝胶对柔软的接触镜是特别有用的。
被广泛使用的接触镜属于以下的常见范畴(1)由丙烯酸酯聚合制成的材料所生成的坚硬镜片，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(2)由硅氧烷丙烯酸酯和氟硅氧烷丙烯酸甲酯所生成的硬透气(RGP)镜片；(3)柔软的、水凝胶镜片；以及(4)非水凝胶的弹性体镜片。坚硬型和硬型镜片有着相当低的蒸汽弥散性并只吸收很少量的水性液体，以及具有更低的与接触镜护理液中所用成分结合的倾向。相反，柔软的水凝胶镜片具有更高的与接触镜溶液中的活性成分、泪液膜材料以及外来污染物结合的倾向。
生物兼容性、表面性质以及高度用户舒适度等标准特性是在设计常规和长期佩戴的接触镜中所要考虑的重要部分。在用户常规佩戴期间，接触镜表面容易蓄积或附着泪液中的蛋白质或脂类物质。这些蓄积的沉积物可以引起眼部不适或甚至炎症。蛋白质物质可以包括溶菌酶、乳铁蛋白、白蛋白、粘蛋白、以及所有的泪腺的泪滴成分。作为常规护理方案的一部分，反复佩戴相当长一段时间的接触镜必须被清洗以去除这些物质。
长期佩戴镜片是被连续地佩戴且不需要在睡前每日清洗或消毒。用户通常佩戴与角膜上皮连续接触的长期佩戴镜片，直到所推荐的7天到30天时间结束后。这些方法与每日佩戴护理方案有所不同，后者是在睡前从眼部取出镜片并每日消毒镜片。
在下面的专利中举例说明了不同种类的接触镜清洗、蛋白质沉积物清除、消毒、保存溶液。
Heiler的美国专利No.6,323,165描述了用于阻断亲水性接触镜上的蛋白质沉积的组合物和方法。所述的组合物含有与镜片选择性地结合并阻断这些沉积的聚季胺聚合物。
Ellis的美国专利No.4,168,112阐述了应用于硬透气(RGP)镜片的接触镜溶液，它含有涂覆于镜片表面或在镜片表面形成亲水性多电解质复合物的阳离子聚合物。Ellis描述了一种通过首先尽量预防蛋白粘附于接触镜表面以解决蛋白沉积问题的方法。这些表现为水凝胶“垫”的复合物被认为可以增加镜片的可湿性、亲水性质以及舒适度，同时减低粘蛋白附着于镜片表面的倾向。Ellis进一步描述了聚季胺聚合物和共聚物以及将坚硬接触镜浸泡于聚乙烯基苄基三甲基氯化铵(polyvinylbenzyltrimethyl ammonium chloride)溶液中并用蒸馏水冲洗的用法。
Smith等的美国专利No.4,443,429阐述了氯化二甲基二烯丙基铵同聚物在接触镜消毒溶液中的用法，商品名为Merquat.RTM.100(即它具有的分子量大约10,000到大约1,000,000)。在此所述的优选的消毒溶液浓度为大约0.0004％重量到大约0.02％重量(4ppm到200ppm)。
Fu的美国专利No.4,388,229阐述了用于通过去除所吸收的及所吸着的化学和生物试剂，特别是从消毒溶液中所吸收的抗微生物剂来更新镜片的接触镜溶液。专利阐述了具有季铵交换基团的强碱性阴离子交换树脂的用法。在更新过程后，可以用水、一种清洗及保存溶液处理镜片以去除任何残余的更新溶液。
Mowrey-McKee等的美国专利No.5,096,607和WO 94/13774相应地阐述了聚季胺作为抗微生物剂的用法，所用的量通常小于在实际商业化实践中所用的百万分之100(ppm)。
在接触镜加湿/预处理溶液的领域中，也已经发现亲水性-疏水性聚醚可以吸附于镜片表面。商业上已经证实这些表面的相互作用，特别是与特定的环氧乙烷-环氧丙烷的嵌段共聚物Pluoronic的相互作用可以得到更舒适的镜片材料，因为它们吸附了更多的表面结合水。例如，Tsuzuki等的美国专利No.6,417,144阐述了一种接触镜溶液，它由一种氨基酸类型的阳离子表面活性剂以及至少一种非离子型表面活性剂所构成，例如聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物或相应的衍生物。
粘附于接触镜并随时间蓄积的细菌可以导致感染。因此，用于抑制细菌粘附的改进方法将是在常规和长期佩戴接触镜的应用中的一大进步。
仍然需要抑制微生物例如细菌粘附于不同的生物材料所构成的不同类型的医学装置的表面的方法以及在所述的方法中所用材料的组合物。还需要发展用于处理生物材料以减少细菌粘附的不同类型的化学组合物。在这些生物材料被制造或成形为所用的最终的或现实的医学装置产品之前，这些组合物也可以用于处理被加工的生物材料。
本发明涉及解决在本领域所遇到的问题。

发明内容
本发明涉及用于抑制和/或处理微生物粘附于生物材料和生物医学装置表面的方法和组合物。
总体而言，本发明涉及一种修饰生物材料和医学装置的表面以减少该表面对细菌附着的亲和力的方法。本发明可以包括用于处理生物材料以减少细菌粘附的低离子强度的组合物。
本发明包括一种用组合物处理生物医学材料或装置表面的方法，该组合物包括含有亲水性和疏水性基团的聚醚材料。
本发明进一步涉及一种抑制细菌粘附于生物医学装置表面的方法，其中将生物医学装置的表面与水溶液中的聚醚接触，该水溶液可具有从大约200mOsom/kg到大约400mOsom/kg的离子强度。
本发明也涉及一种抑制细菌粘附于接触镜表面的方法，它包括将聚醚涂覆于接触镜的表面，以便在接触镜的表面形成聚醚的表面涂层。
具体实施方案本发明涉及用于抑制和/或处理微生物粘附于生物材料和生物医学装置表面的方法及相应的组合物。
具体而言，本发明涉及一种抑制细菌附着于生物医学装置表面的方法，它包括步骤[a]用化学试剂或溶液预处理生物医学装置表面以便在所述表面上提供反应基团；以及[b]将所述表面上的反应基团与水溶液中的聚醚接触，使得其中的反应基团与水溶液中的聚醚发生化学结合的相互作用。
本发明也涉及一种抑制细菌附着于接触镜表面的方法，它包括将聚醚涂覆于接触镜的表面，以便在接触镜的表面形成聚醚的表面涂层。
除非有其他的定义，在此所用的所有技术的、科学的以及专业术语的名词被定义为本领域按惯例使用的名词。
本发明的方法和组合物可以是可应用的并用于大量的生物材料及生物医学装置。下面说明了相关的生物材料及生物医学装置的实例。
根据本发明，名词“生物医学装置”指的是由具有使得它们适合于与活体组织、血液和粘膜长时间接触的理化性质的材料所生成的装置。适合用于本发明的生物医学装置可以包括但不限定于眼科镜片、人工晶体植入物、膜和其他薄膜、导管、护口器、牙垫、支架、组织替代物、心脏瓣膜等等。适用的不同类型的眼科镜片的实例可以包括但不限定于人工晶体和接触镜。
本发明也涉及在制造多种医学装置之前或之后处理生物材料的方法，医学装置可以包括但不限定于例如眼科镜片、支架、植入物和在此所描述的其他装置的实例。
例如，本发明的方法和组合物可适用于常规接触镜，常规接触镜被分类为(1)由丙烯酸酯聚合制成的材料所生成的坚硬镜片，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(2)由硅氧烷丙烯酸酯和氟硅氧烷丙烯酸甲酯生成的硬透气(RGP)镜片；(3)柔软的、水凝胶镜片；以及(4)非水凝胶的弹性体镜片。本发明的方法特别适用于适合于连续佩戴大约7天到大约30天时间的长期佩戴接触镜。
适合或适应用于本发明的不同方面的基质或成分材料也可以包括但不限定于本发明的不同的生物材料、生物医学装置和组合物等等的生成、制备、成形和生产等等。
目前市场上的绝大多数接触镜由水凝胶制成。如上所述，水凝胶材料特别容易粘附并蓄积细菌。柔软的水凝胶接触镜是由水凝胶的聚合材料构成，水凝胶被定义为含有平衡状态水的交联的聚合体系。水凝胶通常表现出极好的生物兼容性，即为生物地或生物化学地兼容且对活体组织不产生毒性、损伤或免疫反应的性质。代表性的常用的水凝胶接触镜材料是由单体混合物的聚合所形成的，单体混合物包括至少一种亲水性单体，例如(甲基)丙烯酸、2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)、甲基丙烯酸甘油酯、N，N-二甲基丙烯酰胺、以及N-乙烯吡咯烷酮(NVP)。对于硅氧烷水凝胶，制成共聚物的单体混合物除了亲水性单体外还包括含硅氧烷单体。单体混合物通常包括交联单体，即具有至少两个可聚合基团的单体，例如乙二醇二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二甲基丙烯酸酯以及2-甲基丙烯酸乙酯-乙烯碳酸。含硅氧烷单体或亲水单体也都可以用作为交联剂。
在一个实施方案中，本发明包括一种用例如聚醚材料水溶液的组合物处理生物医学材料表面的方法，其中这些不同的聚醚可以含有疏水性和亲水性基团并能有效地抑制细菌和蛋白或脂类沉积于生物材料表面，例如接触镜表面。
在另一个优选的实施方案中，本发明涉及一种抑制细菌粘附于接触镜表面的方法，它包括将聚醚涂覆于接触镜的表面，以便在接触镜的表面形成聚醚的表面涂层。
在下面定义了适用于本发明的聚醚材料以及相应的定义。
适用于本发明的聚醚可以来源于这些由不同成分比例的环氧乙烷(EO)及环氧丙烷(PO)所生成的嵌段共聚物。这些聚醚及其相应的成分片段可以包括不同的带有疏水性和亲水性化学官能团部分及片段。
这些聚醚的一个特殊类型是聚二醇醚共聚物(Poloxamers)，商品名为Pluronic。聚二醇醚共聚物包括Pluronic和反Pluronic。Pluronic是一系列的由聚(环氧乙烷)-聚(环氧丙烷)-聚(环氧乙烷)嵌段所构成的ABA嵌段共聚物。反Pluronic是一系列的相应地由聚(环氧丙烷)-聚(环氧乙烷)-聚(环氧丙烷)嵌段所构成的BAB嵌段共聚物。聚(环氧乙烷)、PEO、嵌段是亲水性的，而聚(环氧丙烷)、PPO、嵌段是疏水性的。每个系列中的聚二醇醚共聚物都具有不同比例的PEO和PPO，这最终决定了材料的亲水-疏水平衡(HLB)。
聚醚的另一种特殊类型是Poloxamines，商品名为Tetronic。这些聚醚含有PEO和PPO的嵌段，其中乙二胺部分连接这些嵌段。
因此，商业化可获得的嵌段共聚物可以举例说明所优选的聚醚材料，它包括但不限定于聚二醇醚共聚物和Poloxamines。
根据本发明，假定结合强度足以维持生物材料表面的预定用途，那么聚醚与生物医学装置表面的结合机制不是关键的。聚醚材料的这种结合可以使得在生物医学装置表面形成聚醚的表面涂层，生物医学装置可以包括接触镜。例如，聚醚材料单独或联合其它适用于本发明的其它成分(例如在此所定义的成分材料)在接触镜表面上的涂层将有助于抑制细菌对接触镜表面的附着。
如本领域所常理解的那样，在本发明中所采用的名词“结合”可以被定义为包括共价键、氢键、疏水性相互作用或其它的化学或分子的相互作用。这些结合、化学或分子的相互作用可以使得聚醚材料能单独地或联合其它的适用于本发明的成分材料在生物医学装置上形成牢固的或相当强的表面涂层。
对于本发明的聚醚材料，名词“被结合”和“结合”指的是聚醚与生物材料及生物医学装置之间的化学相互作用，它可以指为但不限定于在带有反应性化学官能团部分的生物医学装置表面与聚醚之间形成化学的或相对牢固的复合物或其它相对牢固的化学吸引，不论添加或未添加交联剂，或者聚醚也可以带有反应性化学官能团部分，并且这种相互作用不限定于一种特殊的机制。
本领域已经证实聚醚在不同组合物例如接触镜溶液、蛋白质沉积物清除、消毒、保存溶液等等中抑制蛋白或脂质沉积于生物材料表面的用途。
重要的是，在本发明之前本领域还没有证实聚醚在组合物中抑制细菌粘附于这些表面的用途。如在对接触镜表面粘附的研究中所显示的一样，已经发现本发明的含醚聚合物具有强的抗细菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、粘质沙雷菌附着的性能(活性)。这个作用是出人意料的，因为细菌细胞壁主要由多糖或含有少量短链氨基酸例如多糖之间的桥接单元的多糖所构成的。
根据本发明，如上所讨论的涉及生物医学装置和聚醚之间的化学结合相互作用的常见机制可以包括，但不限定于，离子化学相互作用、共价相互作用、氢键相互作用、疏水性相互作用和亲水性相互作用。例如，在本发明中所用的聚醚材料可以通过生物材料表面的疏水性位点与聚醚的疏水性基团之间的各种化学和分子的相互作用粘附于生物材料的表面。
与本发明的化学材料例如聚合材料相关的共价键或相互作用可以存在于生物材料表面和水溶性聚醚之间，使得聚醚与生物材料表面结合。共价键的实例包括偶联剂所提供的键，例如酯键和酰胺键。
聚醚也可以通过氢键相互作用与生物医学装置表面结合。这些氢键相互作用可以涉及定位于生物医学装置表面或作为与聚醚材料连接的化学官能团部分的氢键提供基团或氢键接受基团。在此定义了这些氢键提供基团或氢键接受基团。
通过生物医学表面的疏水性位点与聚醚的疏水性位点的相互作用产生疏水性相互作用。
本发明的一个实施方案涉及一种抑制细菌粘附于生物医学装置表面的方法，它包括用化学试剂、组合物或溶液预处理所述生物医学装置的表面以便在所述表面上提供反应基团；以及将所述表面上的反应基团与水溶液中的聚醚接触，如上所定义的那样，使得反应基团与水溶液中的聚醚发生化学结合的相互作用。
定位于本发明的聚醚材料表面上的适宜的反应基团或连接基团可以包括，但不限定于在形成聚合物期间所形成的那些反应基团或通过作用于聚合物表面的预处理步骤在化学试剂、组合物或溶液和生物医学装置表面之间的化学反应所形成的或生成的反应基团。
这些聚合物的反应或连接基团的实例可以包括，但不限定于，氢键提供表面基团，例如羧酸、硫酸、磺酸、亚磺酸、磷酸、碳磷酸、次磷酸、酚酸基团、羟基、氨基、亚氨基等等。这些氢键相互作用可以发生在氢键提供基团和聚醚的化学官能团部分之间，例如连接聚醚的酯键。氢键接受基团选自吡咯烷酮基团、N，N-二取代丙烯酰胺基团和聚醚基团。交联剂或化学连接的其它实例可以包括，但不限定于，常用化学偶合剂所提供的连接，例如酯键和酰胺键。
在本发明中所用材料的不同官能团部分之间的表面连接(即例如或粘附于聚醚材料或生物材料或生物材料所生成的生物医学装置的表面)也可以包括表面络合。这些表面络合的实例可以包括，但不限定于，通过用质子提供湿润剂处理包括亲水性单体和含硅氧烷单体的生物材料所生成的反应产物，其中在缺少表面氧化处理步骤时，湿润剂与生物材料表面的亲水性单体形成复合物。
假定可以形成在此所描述的聚醚材料的表面粘附，那么也可应用于本发明的是常用于长期佩戴应用的其它非硅氧烷水凝胶。
本发明也可以用作为一种清洗、消毒或预处理溶液以及含有这些材料的组合物的成分。因此，下面描述了可以适合或适宜使用的材料成分的实例，这依赖于本发明的特殊应用所需的性能。
除上述的聚醚以外，本发明所采用的组合物可以包含一种或多种其它的常存在于接触镜处理溶液中的成分，例如抗微生物剂、张度调节剂(tonicity adjusting agents)、缓冲剂、螯合剂、pH调节剂、粘度调变剂、和润滑剂等等，它们有助于使得眼科组合物对使用者更为舒适和/或对于它们所预定的用途更为有效。
用于处理接触镜的组合物常包括一种抗微生物剂。适用于本发明的抗微生物剂包括通过与微生物有机体的化学或物理化学的相互作用发挥它们的抗微生物活性的化学试剂。可以单独或联合使用这些试剂。
一种特别优选的抗微生物剂是山梨酸(0.15％)。其它已知的抗微生物剂包括已知的含有机氮制剂例如双胍类。双胍类包括双胍啶、氯己啶、环己烷双胍及其聚合物的游离碱或盐，和/或上述的组合。双胍盐通常是葡萄糖酸盐、硝酸盐、醋酸盐、磷酸盐、硫酸盐、卤化物等等。优选的双胍是从Zeneca，Wilmington，DE商业化获得的环己烷双胍，商品名为CosmocilTMCQ。环己烷双胍聚合物，优选为聚环己烷双胍(PHMB)或聚氨丙基双胍(PAPB)，通常具有的分子量最大为大约100,000。还有另一个已知主要抗微生物剂的实例是各种称为聚季铵-1的材料。
根据所采用的特殊试剂，抗微生物剂的量可以不同。对于前述的含有机氮试剂，这些试剂的浓度通常是从大约0.00001％到大约0.5％重量，以及更优选地，从大约0.00003％到大约0.05％重量。对于山梨酸，则需要更高的量，常为0.01％到1％重量，更优选的为0.1％到0.5％重量。优选的是所用量的抗微生物剂至少将部分减少所采用制剂中的微生物群。如果需要，可以采用消毒量的抗微生物剂，它在4个小时内至少将减少微生物生物负荷两个对数级，以及更优选的是在1个小时内减少1个对数级。最优选地，消毒剂量为当使用所推荐的浸泡时间(FDA化学消毒有效性测试-1985年7月，接触镜溶液指南草案)后能清除接触镜上的微生物负荷的剂量。
不要求抗微生物剂的包含能实现对细菌粘附的抑制，但是抗微生物剂至少能部分减少接触镜上的微生物，并且如所述的，优选使用消毒剂量的试剂，这在4个小时内将减少微生物生物负荷2个对数级，以及更优选的在1个小时内将减少至少1个对数级。
通常用张度剂将本发明的接触镜水溶液调整到接近正常泪液的张度(近乎等于0.9％氯化钠溶液或2.8％甘油溶液)。单独用生理盐水或联合其它的调节剂使得溶液为基本等渗溶液。眼科组合物所具有的渗透压优选的为大约225mOsom/kg到400mOsom/kg，更优选的为280mOsom/kg到320mOsom/kg。
为了螯合或结合金属离子，组合物可以包括螯合剂(chelating agents)或多价螯和剂(sequestering agents)，它们可以与镜片和/或沉积并蓄积于镜片上的蛋白反应。这样优选的材料的实例可以包括，但不限定于乙二胺四乙酸(EDTA)及其盐(二钠盐)，所添加的量通常为从大约0.01％重量到大约0.2％重量。
本发明的溶液和/或组合物的pH值可以被保持在pH＝5.0到8.0的范围内，优选的为大约pH＝6.0到8.0，更优选的为大约pH＝6.5到7.8，最优选的pH值为大于或等于7.0；可以加入适宜的缓冲剂，例如硼酸、柠檬酸、重碳酸、三羟甲基氨基甲烷(TRIS碱)和各种混和的磷酸缓冲液(可以包括Na2HPO4、NaH2PO4和KH2PO4的组合物)及其混合物。当主要抗微生物剂是PAPB时，优选的是硼酸缓冲液。所用的缓冲液的量通常为从大约0.05％重量到2.5％重量，以及优选的从0.1％重量到1.5％重量。
本发明的组合物可以用作为清洗、消毒或预处理溶液和/或组合物的成分。这些溶液和/或组合物也可以包括已知的用作为接触镜的预处理和/或清洗溶液的成分的抗微生物剂、表面活性剂、张度调节剂、缓冲液等等。在Richard等的美国专利5,858,937中描述了用作为清洗和/或消毒溶液的适宜制剂，在此将其全部内容一同并入参考。优选地，本发明的组合物和/或溶液可以被制成为“多用途溶液”，意思是这些组合物和/或溶液可以用于清洗、化学消毒、储存和冲洗接触镜。多用途溶液优选的具有少于75cps的粘度，优选的为1到50cps，以及最优选的为1到25cps，并且优选地至少是整个组合物中水的95％重量体积比。
在组合物中可以采用表面活性剂以促进清除接触镜上的蛋白和脂质沉积物。根据表面活性剂在它们的水溶液中的解离状态，适合用于本发明的表面活性剂被分为阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂以及两性表面活性剂。在这些表面活性剂中，被分类为阳离子型表面活性剂的各种表面活性剂，特别是由氨基酸衍生物所构成的表面活性剂即氨基酸型阳离子表面活性剂常被用作为消毒清洗剂或用于消毒的组合物。甘油也可以被作为本发明的一个成分。适合用于本发明的组合物的两性表面活性剂包括商业化所提供的商品名为“Miranol”的这类材料。可商业化从各种来源得到的椰油丙基甜菜碱举例说明了两性表面活性剂的另一种有用类型。
结合先前的描述，从McCutcheon去污剂和乳化剂(北美版，McCutcheon分部，MC Publishing Co.，Glen Rock，N.J.07452)和CTFA国际化妆品成分手册(华盛顿特区的化妆品、盥沐品和芳香品协会出版)中可以容易地查到各种适用于组合物的其它表面活性剂。
可以随意地将一种或多种其它的聚合的或非聚合的润湿剂与上述的成分组合。已知润湿剂具有润湿、增加水分和/或润滑的作用，这增加了舒适度。聚合的润湿剂也可以用作为水溶性的粘度构建者。在水溶性的粘度构建者中包含有非离子型纤维素聚合物，如甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、和羧甲基纤维素、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯醇)等等。可以采用的这些粘度构建者或润湿剂的范围是从总量的大约0.01％到大约5.0％重量。最终制剂的适宜粘度是10cps到50cps。也可以加入舒适剂例如甘油或丙二醇。
各种本领域常用的技术可以制备本发明的组合物。一种方法包括双相配料程序。在第一相中，用大约30％的蒸馏水溶解聚合物成分(例如阳离子型纤维素聚合物)，大约50℃下混和30分钟。然后在大约120℃下30分钟高压灭菌第一相溶液。在第二相中，然后将其它成分例如碱金属氯化物、多价螯和剂、防腐剂和缓冲剂搅拌溶解在大约60％蒸馏水中，随后加入蒸馏水平衡。然后通过用加压的方法迫使第二相溶液通过0.22微米的滤器可以将第二相溶液无菌地加入到第一相溶液中，随后将它包装在无菌的塑料容器中。
用于本发明的组合物例如水溶液可以被制成为镜片预处理溶液或滴眼液并以从1ml到30ml大小范围的小体积容器出售。这些容器可以由HDPE(高密度聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)、聚丙烯、聚(乙烯基对苯二酸酯)(poly(ethylene terepthalate))等等制成。对于滴眼液，具有常规的送药端头(dispensing tops)的可变形瓶是特别适用于本发明的。根据需要，通过向眼中滴入例如大约一或三滴使用本发明的滴眼液剂型。
还在本发明的另一个方面，通过佩戴通过将这些镜片浸泡在除含聚醚外还含有聚季胺聚合物特别是含有WO 02/34308所阐述的阳离子型多糖的溶液中所预处理的接触镜，而预防或抑制蛋白沉积物在亲水性镜片上的蓄积。溶液中所存在的本发明的聚醚材料(可以包括聚季胺聚合物和其它适宜的成分)将被吸附到眼内的接触镜上并抑制接触镜摄取及蓄积蛋白质材料和其它含离子的碎片。即使接触镜仍在眼内，也可以以滴液的形式应用含有这些成分的接触镜溶液。
一般来说，适用于本发明的聚季胺聚合物是熟知类型的聚合物，它的许多变更是商业化可获得的。聚季胺聚合物优选地包括眼科适宜的阴离子的有机或无机的平衡离子。优选的平衡离子可以包括但不限定于氟离子、氯离子、溴离子等等。
例如，现有的CTFA国际化妆品成分词典包括被称为聚季胺-1到聚季胺-44的聚季胺，根据此说明，大量的聚季胺可用于本发明。制备这些材料的聚合技术对于本领域人员同样是熟知的，这些技术的许多变更在商业化实践中是相似的。
这些聚季胺聚合物的新的变更处于连续的商业化发展中，例如各种具有相同的或相似的重复单位的不同组合、不同的共单体的相对比例以及不同分子量的聚合物都处于连续的商业化发展中。
具体而言，适用于本发明的聚季胺聚合物的平均分子量为大约5,000到5,000,000，优选的大约10,000到500,000，最优选的大约20,000到200,000。
在本发明中所用的名词“季胺官能性重复单位”可以被定义为一种重复单位，它可以包括一个季胺基团，其中带正电的氮原子被共价结合于四个基团(非氢原子)以及以离子键结合于带负电的平衡离子例如氯离子。
在本发明中所用的名词“中度带电的聚季胺聚合物”可以表示包括不超过大约45摩尔百分比的净季胺官能性重复单位的聚合物，其中净季胺官能性单位的摩尔百分比是聚合物中的季胺官能性(带正电的)重复单位的摩尔百分比减去阴离子(带负电的)重复单位的摩尔百分比。
适合的季胺官能性重复单位也包括那些在缩聚作用所形成的聚合紫罗烯(polymeric ionenes)等中所发现的重复单位；在这些重复单位中，季胺的氮原子被整合到聚合物的骨架中并位于烯烃基、氧烯烃基或其它片段之间。
也可以获得作为一个反应产物或两种或多种化合物的季胺官能性重复单位，例如通过利用强烷化剂例如1，4-二氯-2-丁烯可以与1，4-二(二甲基氨基)-2-丁烯及三乙醇胺反应生成聚合的聚季胺化合物。季胺官能性重复单位也可以由其它的聚合物生成，例如通过三甲基铵取代的环氧化物与羟乙基纤维素的羟基的反应。
优选地，净聚季胺官能性重复单位摩尔百分比为大约10％和45％之间，更优选的为大约20％和40％之间，最优选的为大约25％和35％之间。例如，如果聚合物包括50％摩尔百分比的来源于二甲基二烯丙基氯化铵(dimethyldiallyl ammonium chloride)的季胺官能性重复单位、25％来源于羧酸的阴离子重复单位以及25％来源于甲基丙烯酸甲酯的中性重复单位(或来源于羟甲基丙烯酸甲酯的基本中性重复单位)，那么净季胺官能性重复单位的摩尔百分比将是25％(50％季胺官能性重复单位减去25％阴离子重复单位)。
季胺官能性重复单位中的氮原子可以是饱和或不饱和杂环的一部分，最优选的是四或五元环。最优选地，聚季胺聚合物是乙烯基咪唑(vinylimidazolium)盐或二甲基二烯丙基盐的共聚物。可以将最多到90％，优选的40％到90％摩尔百分比的不具有季胺功能性的共聚兼容的共聚单体与季胺官能性共聚单体共聚。适宜的共聚单体包括但不限定于乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、烷基甲基丙烯酸酯、酰胺和胺例如丙烯酰胺、N，N-二烷基氨基烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、羟乙基纤维素及其共聚兼容的混合物。优选的烷基具有1到6个碳原子。最优选地，烷基为甲基、乙基和丁基。
适用于本发明的特殊的聚季胺聚合物可以包括，但不限定于，其中季胺官能性重复单元是来源于一种或多种以下类型的单体的共聚物N，N-二甲基-N-乙基-氨乙基-丙烯酸酯和甲基丙烯酸、2-甲基丙烯酸乙氧基三甲基铵(2-methacryloxyethyltrimethylammonium)、N-(3-甲基丙稀酰胺丙基)-N，N，N-三甲基铵(N-(3-methacrylamidopropyl)-N，N，N-三甲基铵)、1-乙烯基和3-甲基-1-乙烯基咪唑、N-(3-丙稀酰胺-3-甲基丁基)-N，N，N-三甲基铵、N-(3-甲基丙稀酰氧基-2-羟丙基)-N，N，N-三甲基铵、二丙烯基二甲基铵、二丙烯基二乙基铵、乙烯基苯甲基三甲基铵、它们的卤化物或其它的盐形式、及其衍生物，例如包括取代、添加或去除烷基，烷基优选的具有1到6个碳原子。
聚季胺共聚物的一个特殊的实例是LuviquateTMFC370聚合物(CTFA国际化妆品成分词典称为聚季胺-16，从德国Ludwigshafen的BASF商业化获得)，它是共聚单体混合物的聚合产物，共聚单体混合物中有70％是乙烯基吡咯烷酮以及30％是乙烯基咪唑啉基氯甲烷(vinylimidazoliummethylchloride)，商业化获得的是在水中具有大约40％重量的固体内容物的组合物。适合存在于水溶液中的聚季胺共聚物的量为0.01％到5.0％重量，优选的为0.01％(100ppm)到1.0％重量之间，最优选的为200ppm和600ppm之间。接触镜溶液包括85％到99％重量的水，优选的为93％到99％重量。
在本发明的溶液中所用的聚季胺聚合物通常不增加镜片的亲水性能，这意味着在用溶液处理后不增加镜片中的含水量。依据对它的折光率的测定可以计算出镜片的含水量。
在本发明的另一个方面，所选定的聚季胺聚合物要同时满足两个必要条件(i)1000ppm的浓度要符合眼内接触镜溶液的眼科安全标准，以及(ii)抑制蛋白与接触镜的结合。根据在实施例中所描述的用于检测细胞毒性的所谓的NRDR(中性红染料释放)测定可以测定出安全条件。具体而言，1000ppm水平的聚季胺聚合物应当具有的NRDR测定率为L或更低，优选的是500ppm水平(聚合物的干重，校正了有用的聚合材料的含水量)的NRDR测定率为L或更低。利用如实施例中所描述的进行的实验得到在此被称为“SPE蛋白结合抑制率”，可以测定出表现出蛋白结合抑制的必要条件，至少可以作为最初的标准。该实验利用一种特殊类型的从Waters Corp.，Milord，Mass商业化获得的被标记为Accell Plus.RTM.CMcartridge，Part#WAT020855的Sep-Pak.RTM.固相萃取柱。在该萃取柱中的材料是含有被具有羧甲基的聚合物所涂覆的硅基支持体的弱阳离子交换剂。首先用1.0％硼酸盐缓冲盐水的聚季胺聚合物溶液处理萃取柱，随后将固相萃取柱暴露于0.05％溶菌酶中。与对照溶液比较并测定出蛋白结合抑制的量。在本发明的一个实施方案中，适宜的聚季胺聚合物表现出至少10％SPE蛋白结合抑制率。优选地，SPE蛋白结合抑制率为至少大约20％，更优选的为至少大约30％，最优选的为至少大约35％。
一般来说，适用于本发明的聚季胺聚合物具有的平均分子量为大约5,000到5,000,000，优选的大约10,000到500,000，最优选的大约20,000到200,000。
如所提及的，一个优选的阳离子材料类型是阳离子多糖，以及特别优选的是阳离子纤维素衍生物。特殊的实例包括含有N，N-二甲基氨基乙基基团(或质子化或四价化)的纤维素多聚体和含有N，N-二甲基氨基-2-羟丙基基团(或质子化或四价化)的纤维素多聚体。阳离子纤维素多聚体是商业化可获得的或可以用本领域已知的方法制备。作为一个实施例，用羟乙基纤维素与三甲基铵取代的环氧化物反应可以制备含有四价氮的乙氧基糖苷。
各种优选的阳离子纤维素聚合物是商业化可获得的，例如可获得的CTFA(化妆品、盥沐品和芳香品协会)命名为聚季胺-10的水溶性多聚体。这些聚合物是商业化可获得的，商品名为UCAREO，来自Amerchol Corp.，Edison，N.J.，USA。这些聚合物含有沿着纤维素聚合物链分布的四价化的NN-二甲基氨基基团。适宜的阳离子纤维素材料具有以下的结构式 其中R1、R2和R3选自H、C1-C20羧酸的衍生物、C1-C20烷基、C1到C3单氢和双氢链烯醇、羟乙基、羟丙基、环氧乙烷基、环氧丙烷基、苯基、“Z”基及其组合。R1、R2和R3中至少有一个为Z基。
“Z”基的性质为 其中R’、R”和R可以是H、CH3、C2H5、CH2CH2OH以及CH2CH(OH)CH2OHx＝0-5、y＝0-4、和z＝0-5X＝Cl-、Br-、I-、HSO4-、CHSO4-、H2PO4-、NO3-
下面概括了UCAREO聚季胺-10的各种商业化可获得的等级

相信抑制活性的程度与表面涂层的聚合物和镜片表面之间的离子结合强度相关。因此，不论机制如何，相信更强的结合伴随有更大程度的对抗细菌附着的作用。
实施例实施例1本实施例举例说明了聚醚对亲水性接触镜的结合作用减少了接触镜表面的细菌粘附。
接触镜的处理将20ml含聚醚溶液倒入无菌的一次性聚苯乙烯的培养皿中。用无菌镊子从包装袋中取出III组长期佩戴接触镜(PurevisionTM，Bausch &Lomb Incorporated，由硅氧烷水凝胶材料制成并具有阴离子电荷)，并在180ml最初无菌的0.9％盐水中浸泡5次。然后将这些镜片放置到含有含聚醚溶液的培养皿中，在室温下浸泡4个小时。在4个小时的孵育之后，用无菌镊子从含聚醚溶液中取出镜片并在三个连续更换(180ml)的最初无菌的0.9％盐水的每一个盐水中都分别浸泡5次。然后将镜片转移到含有3ml大约108细胞/ml的放射性标记细胞接种物的20ml玻璃闪烁瓶中，将它在37℃下继续孵育2个小时。
表1中列出了各种含聚醚处理溶液。这些处理溶液包括聚二醇醚共聚物、poloxamine、聚乙二醇和聚环氧乙烷(PEO)。另外，如上述的用不含聚醚的磷酸缓冲液(PBS)处理对照镜片。
附着研究根据对Sawant等(Sawant，A.D.，M.Gabriel，M.S.Mayo，and D.G.Ahearn(1991)Radioopacity additives in silicone stent materials reduce invitro bacterial adherence，Curr.Microbiol.22285-292)和Gabriel等(Gabriel，M.M.，A.D.Sawant，R.B.Simmons，and D.G.Ahearn(1995)Effects of sliver on adherence of bacteria to urinary catheterin vitro studies，Curr.Microbio.3017-22)的方法的改良，在前述的用含聚醚溶液处理的接触镜样本上进行附着研究，在此一并参考所述文献的内容。
将细菌细胞在Triptic大豆肉汤培养基(TBS)、37℃、旋转摇动器中培养12个小时到18个小时。3000xg离心10分钟收集细胞，在0.9％盐水中洗涤两次并悬浮于最低培养基中(1升蒸馏水中含有1.0克D-葡萄糖、7.0克K2HPO4、2.0克KH2PO4、0.5克柠檬酸钠、1.0克(NH4)2SO4、和0.1克MgSO4，pH＝7.2)，浓度为大约每ml近2×108个细胞(在600nm的吸光度为0.10)。
将最低肉汤培养基摇晃下在37℃培养1个小时。往细胞中加入1到3pCi/ml的L-[3，4，5-3H]亮氨酸(购自NEN Research产品，Du Pont公司，Wilmington，DE)，并将细胞悬浮液在培养20分钟。将这些细胞在0.9％盐水中洗涤4次并悬浮于磷酸缓冲液(PBS)中，浓度为大约每ml近108个细胞(在600nm的吸光度为0.10)。
用3ml放射性标记的细胞悬浮液在37℃孵育长期佩戴的接触镜2个小时。用无菌镊子从细胞悬浮液中取出这些镜片并在三个连续更换(180ml)的最初无菌的0.9％盐水的每一个盐水中都分别浸泡5次。将这些镜片上的盐水甩干，然后转移到20ml玻璃闪烁瓶中。往每个瓶中加入10ml Opti-Fluor闪烁混合物(Packard Instrument Co.，Downers Grove，IL)。涡旋闪烁瓶并将其放置于液体闪烁计数仪中(LS-7500，BeckmanInstruments，Inc.，Fullerton，CA)。
根据标准校正曲线，将两个实验的数据都从每分钟衰变数(dpm)转变为菌落形成单位(cfu)，并表示为cfu/ml。用接种物的系列稀释物在所接种的培养皿中形成的菌落的数目以及从已知密度的细胞悬浮液的系列稀释物的光密度(O.D.)可以绘制出校正曲线。
按与被接种部分相同的方法处理未接种的长期佩戴的接触镜样本，它作为非特异性摄取亮氨酸的对照。下面的表1中显示了结果。
表1

总体而言，数据显示用具有更高百分比的环氧乙烷含量、和/或更高的HLB系数的聚醚处理接触镜，造成了接触镜的更低水平的细菌粘附。总体而言，用更高分子量的聚醚处理接触镜造成了更低水平的细菌粘附，尽管这个影响比环氧乙烷含量或HLB系数的影响更弱。总体而言，处理溶液的聚醚浓度的差异(1wt％、3wt％、5wt％)对结果只有相当小的影响。综上所述，具有更高环氧乙烷含量和/或更高HLB系数的聚醚能提供更低的细菌粘附，就更高分子量的聚醚来说尤其是如此。
实施例2按与实施例1相似的方法处理接触镜。在本实施例中，处理溶液是如表2中所列出的反聚二醇醚共聚物。
表2

尽管在此已经详细地描绘和描述了优选的实施方案，但是对相关领域的人员显而易见的是，可以不脱离本发明的精神而进行各种变更、添加、替代等等，并且这些变更、添加、替代等等被认为是在下面的权利要求书中所定义的本发明的范畴之内。
权利要求
1.一种抑制细菌粘附于生物医学装置表面的方法，包括将所述生物医学装置的表面与包括一种聚醚的水溶液相接触。
2.权利要求1的方法，其中所述生物医学装置的表面与水溶液中的聚醚的接触导致在所述生物医学装置上形成一种表面涂层。
3.权利要求1的方法，其中所述生物医学装置是眼科镜片。
4.权利要求3的方法，其中所述眼科镜片是接触镜。
5.权利要求4的方法，其中所述接触镜由硅氧烷水凝胶材料构成。
6.权利要求1的方法，其中所述水溶液的离子强度为大约200mOsom/kg到大约400mOsom/kg。
7.权利要求1的方法，其中所述水溶液的离子强度为大约240mOsom/kg到大约310mOsom/kg。
8.权利要求1的方法，其中所述水溶液是一种组合物，所述组合物进一步包括选自抗微生物剂、张度调节剂、缓冲剂、螯合剂、pH调节剂以及粘度调变剂中的一或多种成分。
9.权利要求1的方法，其中所述水溶液进一步包括一种聚合的季铵化合物。
10.权利要求9的方法，其中所述水溶液进一步包括一种阳离子多糖。
11.权利要求1的方法，其中所述聚醚是一种聚二醇醚共聚物。
12.权利要求1的方法，其中所述溶液是一种用于清洗、冲洗、储存和消毒接触镜的多用途接触镜溶液。
13.权利要求12的方法，其中所述溶液进一步包括消毒量的一种抗微生物剂和一种缓冲剂。
14.权利要求13的方法，其中所述抗微生物剂包括一种双胍。
15.权利要求13的方法，其中溶液进一步包括一种阳离子纤维素聚合物。
16.一种抑制细菌粘附于生物医学装置表面的方法，包括用化学试剂和组合物预处理所述生物医学装置的表面以便在所述生物医学装置表面上提供反应基团；以及将所述表面上的反应基团与一种水溶液中的聚醚相接触。
17.一种抑制细菌粘附于接触镜表面的方法，包括将一种含聚醚的组合物涂覆于所述接触镜的表面以便在所述接触镜的表面上形成聚醚或聚醚组合物的表面涂层。
18.权利要求17的方法，其中所述聚醚由嵌段共聚物构成，所述嵌段共聚物由环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)嵌段组成。
19.权利要求18的方法，其中所述聚醚选自环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷嵌段共聚物和环氧丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物。
20.权利要求17的方法，其中所述组合物进一步包括一种抗微生物剂、以及至少一种选自张度调节剂、缓冲剂、螯合剂、pH调节剂和粘度调变剂中的成分。
全文摘要
本发明涉及用于抑制微生物附着于生物材料的表面的包括一种聚醚的组合物，所述聚醚例如为聚二醇醚共聚物。所述组合物特别适用于处理接触镜以防止细菌在镜片上的附着。
文档编号C11D1/44GK1684722SQ03823358
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月10日 优先权日2002年9月30日
发明者罗亚·博拉兹亚尼, 小丹尼尔·M.·安蒙, 约瑟夫·C.·萨拉莫内, 胡珍泽, 达哈曼德尔·M.·亚尼 申请人:博士伦公司