[发明专利]抗生物膜形成的低温等离子体涂层

说明书

拨款申明

本发明根据国立卫生研究院(NIH)给予的第P01HL57346号拨款和第1R44HL097485-01A2号拨款，在政府支助下进行。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及将低温等离子体涂层用于可植入式医疗装置及其他装置以增加对生物膜形成的抑制，更具体而言，涉及在可植入式医疗装置上应用有机硅低温等离子体涂层，以防止生物膜形成并降低医院感染风险。

发明背景

细菌能够在浸入面上发展成生物膜。形成生物膜的一个常见地方在内置医疗装置如导管、呼吸器和人造心血管植入物、人工关节和隐形眼镜之上或其内部，这给医疗护理造成了严重的困扰。美国每年约有1百万例与内置装置相关的医院感染，其造成了巨大了医疗开销。

可植入式医疗装置上的生物膜形成是治疗医院感染的主要障碍，且引发局部进行性组织损伤。特别地，表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis/S.epidermidis)感染是内置装置上形成生物膜的主要原因。生物膜中的细菌对抗生素处理具有高度抗性，其联合人类病原体中抗生素抗性的日趋流行，使生物膜相关的装置感染的治疗更加复杂。因此，用抑制装置上的生物膜形成的抗生物膜等离子体涂层涂覆此类装置的表面是有利的。

医疗装置上的生物膜中的细菌行为与浮游细菌不同，其展现高水平的对抗生素和宿主免疫力的抗性。生物膜对抗生素和宿主免疫反应的固有抗性使得难以从医疗装置根除生物膜。生物膜感染临床上通过去除或更换感染的医疗装置，并结合全身性抗生素治疗进行治疗。然而，生物膜对抗生素的抗性使得抗生素治疗不太有效。此外，抗生素治疗还可加剧人类病原体中的抗生素抗性问题。因此，已进行了许多努力来防止在医疗装置上形成生物膜。

生物膜的发展可大致分成两个步骤。在开始的附着步骤中，细菌细胞附着并定植植入的医疗装置，在随后的成熟步骤中，细菌细胞将在装置表面上增殖并积聚。一旦建立起生物膜，其将形成细菌散布和感染的持久来源。已开发出了多种表面改性方法来防止或减少医疗装置上的生物膜形成。用于表面涂层的最常使用的物质是抗生素。然而，抗生素的长期使用存在在病原体间选择抗性的风险。氨基糖苷类抗生素甚至可在亚抑制浓度下诱导生物膜形成。涂于生物材料表面上时也展现抗生物膜功能的其他物质，包括重金属离子、呋喃酮、亲水的聚乙二醇(PEG)衍生物和两性离子聚合物。

表皮葡萄球菌是参与医疗装置上的生物膜形成的一种最普遍的病原菌。表皮葡萄球菌是正常人上皮细菌丛的一部分，但在皮肤或粘膜受损时可造成感染。表皮葡萄球菌可发展为生物膜，并成为装置相关感染的持久来源。抗生素抗性在表皮葡萄球菌中广泛传播，并进一步限制治疗选择。

生物膜形成的另一常见地方是水厂或住宅水系统中的水管线和贮水池/水容器的浸入面。多种细菌能附着于管壁并形成保护它们免于被杀灭的生物膜。可在配水系统中形成生物膜的病原体包括空肠弯曲杆菌(Campylobacter jejuni)、致病性大肠杆菌(Escherichia coli)、小肠结肠炎耶尔森菌(Yersinia enterocolitica)、军团杆菌(Legionella spp.)、气单胞菌(Aeromonas spp.)、分支杆菌(Mycobacterium spp.)和绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。杀菌剂通常被用于对抗生物膜形成。配水系统中的生物膜形成可造成嗅味问题和管材腐蚀。病原体可脱落至水中，并造成传染性疾病。

低温等离子体涂层沉积是在真空室中形成薄膜的方法，其中薄膜在等离子体条件下沉积于基底表面上。在等离子体沉积方法中，单体被引入至等离子体反应器中，并被活化而产生气态复合物，其由高能电子、离子、自由基和激发的单体分子组成，称为等离子体态。最近，等离子体方法被广泛用于制备具有独特性能的生物医疗材料和制造医疗装置。

因此，需要提供新的和改进的装置，其在接触面/浸入面(其与含有细菌细胞的液体接触)上具有改性的等离子体涂层，而所述改性的等离子体涂层具有抑制细菌附着和防止生物膜形成的有利特性。还需要提供新的和改进的、在接触面上具有改性的等离子体涂层(其具有抑制细菌附着和防止生物膜形成的有利特性)的可植入式医疗装置，以及新的和改进的涂覆此类装置的方法和工艺。

发明内容