[发明专利]一种细菌酶响应功能的抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种抗菌涂层，包括具有式(I)或式(II)所示结构的两性离子聚合物。本发明设计的两性离子聚合物能够实现与细菌发展历程相符，两性离子聚合物上存在带正电的季铵盐基团和带负电的磷酸根基团，形成两性离子表面，当细菌感染材料表面时起初材料表面为抗粘附性表面，起到抗细菌粘附的功能。一旦细菌增长繁殖所代谢产生的细菌酶易使表面的磷酸根发生释放，表面立即转化为阳离子杀菌表面。此表面的构建不仅有效的预防了细菌的初始粘附而且对机体具有良好的生物相容性，重要的是当初始的防御性被突破，表面能够转化为优异的杀菌功能。而且制备过程更加简单，设备需求低，易操作，可行性高。

技术领域

本发明属于抗菌医疗器械领域，涉及一种抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法，尤其涉及一种细菌酶响应功能的抗菌涂层、具有细菌酶响应功能的抗菌涂层的功能材料及其制备方法。

背景技术

细菌在环境和人体中无处不在，导致人类疾病的致病菌会对公众健康构成严重威胁，最常见的细菌衍生疾病是食源性疾病，尿路感染，感染性传播和院内感染。材料表面上细菌粘附、增长繁殖，甚至形成生物膜是导致医用材料植入失败的主要原因。同样的，细菌在生物医用材料表面的粘附、增殖乃至形成生物膜是造成医疗器械的污染、引起医疗器械相关感染的主要原因。病人在住院期间需要接受各种诊断和治疗措施，如气管插管、泌尿道插管、手术治疗等，这就为微生物通过各种被污染器械进入患者体内并引发感染提供了条件。医院感染不仅造成患者发病率和病死率显著增加，还给患者及社会造成沉重的经济损失，对全球医疗卫生事业提出了严峻挑战。据统计，医院感染造成的额外病死率为4％～33％。由此可见，防治医疗器械相关感染具有极大的迫切性。

在医疗器械的使用过程中，生物材料表面易黏附细菌及其他污染物，引发医疗器械相关细菌感染，从而造成器械功能衰减或失效，甚至引发全身性细菌感染，导致患者死亡。抗细菌粘附和杀菌策略构建抗感染表面是常用的应对医疗器械相关感染的两种有效途径。抗细菌粘附策略一般在材料表面负载抗粘附物质(如，聚乙二醇衍生物、两性内盐物质、多糖，等)来延缓细菌的粘附。但是该类表面仅能阻滞的细菌粘附，细菌附着后仍然会在表面增殖乃至形成生物膜。杀菌性策略则在材料本体添加抗菌剂或在表面固定杀菌性基团，通过抗菌剂释放或接触杀伤的作用机制来杀死周围环境或材料表面的细菌。杀菌性表面，如季铵盐类表面，能够有效杀死细菌，但是生物毒性大，易会引发机体炎症和免疫反应。而且器材表面的细菌感染并非是一个简单的过程，其是一种先粘附、再滋生的动态过程，这就需要抗菌器材表面具有与细菌感染程度相匹配的自适应性。所以，自适应抗菌表面是抗菌医用材料的未来发展方向。该类抗菌表面具有刺激响应特性，可感知外界环境变化并实时改变自身性能参数的特点。

因此，如何将这两种互补方法组合以在一个表面中形成细菌抗性和杀菌功能，形成动态的反映过程，通过精巧的设计来构建智能型抗细菌感染平台，而且还能与器材构建一体化材料表面，解决上述缺陷，从而能够实现对医疗器械相关感染的预防、诊断、控制和处置，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员关注的焦点之一，对于获取优异的抗菌特性和丰富抗菌体系的使用场景也具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于一种抗菌涂层、具有抗菌涂层的功能材料及其制备方法，特别是一种具有自适应细菌酶响应功能的抗菌涂层。本发明提供的抗菌涂层，在无细菌环境下表现为电中性，此时涂层表面表现为抗黏附特性，可以有效防止污染物在器材表面附着。当植入部位出现感染时，抗菌涂层表现抗菌性能，可以实现感染部位的有效杀菌。同时涂层可以通过紫外光固化的方式实现在器材表面的均匀、牢固涂敷，在使用时不会出现涂层脱落的风险。

本发明提供了一种抗菌涂层，包括具有式(I)或式(II)所示结构的两性离子聚合物：

其中，n为大于等于1的整数；

x、y为聚合度，各种独立的选自1～2000的整数；

R选自式(r01)～(r03)所示结构中的任意一种或多种；