技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及生物醫(yī)用復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著全球老齡化步伐的不斷加快，各地區(qū)醫(yī)用高分子材料消耗量正在逐年增加。因造價(jià)低廉、性能優(yōu)異，一些特殊醫(yī)用高分子材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用范圍正在進(jìn)一步擴(kuò)大。醫(yī)用高分子材料主要用來制造人體的內(nèi)臟器官、體外器官、醫(yī)療器械等，該種聚合物材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已長達(dá)20年之久；就種類而言可分為聚丙烯、聚乙烯、聚酯、天然橡膠等材料。
目前，臨床上使用的大多數(shù)醫(yī)療器械、導(dǎo)管等醫(yī)用高分子材料如聚氨酯、硅橡膠、天然膠乳等本身不具備抗菌性，微生物極易附著在其表面生長，無論是長期留置或是短期接觸人體都容易引起各種各樣的細(xì)菌感染；因此，研究和開發(fā)出具有優(yōu)異抗菌性能的生物醫(yī)用材料具有重要意義。
理想的抗菌生物醫(yī)用材料應(yīng)具有良好的抗菌活性、生物相容性及較好的成型性以保證其應(yīng)用功能。家蠶絲素蛋白（SilkFibroin,SF）是一種優(yōu)質(zhì)的天然高分子材料，具備良好的生物相容性，同時(shí)其作為保護(hù)家蠶順利度過蛹期的外殼物質(zhì)，能抵御外界的惡劣環(huán)境，具備一定的抑菌性能，成為近年來生物材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。然而其單獨(dú)使用時(shí)存在成型性差、抗菌效果不明顯，抗菌時(shí)效短等缺陷。
聚氨酯(Polyuthane,PU)是一類由軟硬鏈段交替鑲嵌組成的高分子聚合物，由于其獨(dú)有的微相分離結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于醫(yī)用器械、人工器官、醫(yī)用介入導(dǎo)管等醫(yī)用材料領(lǐng)域，但與其它合成高分子材料一樣，聚氨酯單獨(dú)使用時(shí)存在著凝血、鈣化和感染等問題。
殼聚糖(CS)是一種在自然界廣泛存在且含量較多的多糖，因其具有生物相容性和活潑的官能基團(tuán)，易于與其它金屬粒子發(fā)生反應(yīng)；而且殼聚糖安全無毒可降解，能被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療器械和飲用水凈化等領(lǐng)域。但是，CS單獨(dú)使用時(shí)的抗菌性能較差，在抗菌性能要求比較高的情況下不能單獨(dú)使用。納米銀(Ag)因具有廣譜的抗菌活性且不會產(chǎn)生耐藥性而被廣泛應(yīng)用于抗菌醫(yī)用領(lǐng)域，但銀本身價(jià)格比較昂貴，而且其大量使用帶來的毒性也限制其應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的還在于提供一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，將生物相容性好的家蠶絲素蛋白與力學(xué)性能優(yōu)異的聚氨酯結(jié)合，制備絲素蛋白/聚氨酯復(fù)合體系，并通過固-液相氧化還原法制備綠色且價(jià)格低廉的復(fù)合抗菌劑對材料進(jìn)行抗菌功能化，制備一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：
（1）納米絲素蛋白的制備：將家蠶繭殼或繭絲經(jīng)有機(jī)溶劑浸泡除去其中雜質(zhì)，然后依次經(jīng)水煮沸脫膠、溴化鋰溶液鹽溶、去離子水透析、蛋白酶酶解后冷凍干燥即得納米絲素蛋白；
（2）復(fù)合抗菌劑的配置：通過固-液相氧化還原法，向硝酸銀溶液中加入無機(jī)抗菌劑作為協(xié)同抗菌成分，殼聚糖或殼聚糖衍生物作為還原劑，還原硝酸銀即得復(fù)合抗菌劑；
（3）聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備：將步驟（1）中所述納米絲素蛋白、步驟（2）中所述復(fù)合抗菌劑和聚氨酯分別分散于同一種有機(jī)溶劑中配制得到不同濃度的溶液；水浴55-60℃攪拌下，將絲素蛋白溶液加入聚氨酯溶液中混合反應(yīng)充分后，再將復(fù)合抗菌劑溶液加入到上述混合體系中，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水析出，再用水?dāng)嚢柘礈煲匀コ龤埩舻挠袡C(jī)溶劑至水澄清無油狀物，干燥即得聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
步驟（1）中所述的有機(jī)溶劑為醇類或醚類，選自乙醇、乙二醇、丙三醇、乙醚中的一種。
步驟（1）中所述的溴化鋰溶液濃度為10-15mol/L；所述的蛋白酶選自木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶中的一種。
步驟（1）中所述的納米絲素蛋白的尺寸為100-150nm。
步驟（2）中所述的殼聚糖衍生物為羧甲基殼聚糖季銨鹽或殼聚糖雙胍醋酸鹽。
步驟（2）中所述的無機(jī)抗菌劑為TiO2 、ZrO2、Cu（NO3）2 或Zn（NO3）2中的一種。
步驟（2）中所述的硝酸銀和無機(jī)抗菌劑體積比為1∶2-5，反應(yīng)溫度為45-55℃，反應(yīng)時(shí)間為2-3h。
步驟（2）中所述的復(fù)合抗菌劑含有無機(jī)納米顆粒，平均粒徑為15-30nm。
步驟（3）中所述的有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
步驟（3）中所述絲素蛋白溶液的濃度為2.5-3.5%(W/V)，復(fù)合抗菌劑溶液的濃度為0.2-0.8%（W/V），聚氨酯溶液的濃度為8-10%(W/V)；所述絲素蛋白與聚氨酯的質(zhì)量比為1:3-6。
一種由上述制備方法得到的聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）無機(jī)抗菌劑具有抗菌性強(qiáng)、耐高溫、穩(wěn)定性好等特性，本發(fā)明采用殼聚糖、納米銀和無機(jī)抗菌劑復(fù)合協(xié)同抗菌，制得的復(fù)合抗菌劑不僅綠色環(huán)保且成本低，而且其抗菌性能和熱穩(wěn)定性優(yōu)于單獨(dú)使用的殼聚糖和納米銀。
（2）本發(fā)明采用生物相容性好的家蠶絲素蛋白與力學(xué)性能優(yōu)異的聚氨酯結(jié)合制備聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料，具有良好的生物相容性和成型加工性能，無有機(jī)溶劑殘留安全無毒，應(yīng)用范圍廣泛，特別是在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
（3）本發(fā)明的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：
（1）納米絲素蛋白的制備：將家蠶繭殼或繭絲經(jīng)乙醇浸泡除去其中雜質(zhì)，然后依次經(jīng)水煮沸脫膠、在濃度為10mol/L溴化鋰溶液鹽溶、去離子水透析、木瓜蛋白酶酶解后冷凍干燥即得尺寸為100nm的納米絲素蛋白；
（2）復(fù)合抗菌劑的配置：通過固-液相氧化還原法，向硝酸銀溶液中加入無機(jī)抗菌劑TiO2作為協(xié)同抗菌成分，殼聚糖作為還原劑，還原硝酸銀即得復(fù)合抗菌劑；其中，硝酸銀和無機(jī)抗菌劑體積比為1∶2，反應(yīng)溫度為45℃，反應(yīng)時(shí)間為2h；復(fù)合抗菌劑含有無機(jī)納米顆粒，平均粒徑為15nm。
（3）聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備：將步驟（1）中納米絲素蛋白、步驟（2）中復(fù)合抗菌劑和聚氨酯分別分散于N,N-二甲基甲酰胺中配制得到絲素蛋白溶液的濃度為2.5%(W/V)，復(fù)合抗菌劑溶液的濃度為0.2%（W/V），聚氨酯溶液的濃度為8%(W/V)；在水浴55℃攪拌下，將絲素蛋白溶液加入聚氨酯溶液中混合充分反應(yīng)，其中絲素蛋白與聚氨酯的質(zhì)量比為1:3；再將復(fù)合抗菌劑溶液加入到上述混合體系中，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水析出、再用水?dāng)嚢柘礈煲匀コ龤埩舻挠袡C(jī)溶劑至水澄清無油狀物，干燥即得聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料，由上述制備方法得到。
實(shí)施例2
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：
（1）納米絲素蛋白的制備：將家蠶繭殼或繭絲經(jīng)乙二醇浸泡除去其中雜質(zhì)，然后依次經(jīng)水煮沸脫膠、在濃度為15mol/L溴化鋰溶液鹽溶、去離子水透析、胰蛋白酶酶解后冷凍干燥即得尺寸為50nm的納米絲素蛋白；
（2）復(fù)合抗菌劑的配置：通過固-液相氧化還原法，向硝酸銀溶液中加入無機(jī)抗菌劑ZrO2作為協(xié)同抗菌成分，羧甲基殼聚糖季銨鹽作為還原劑，還原硝酸銀即得復(fù)合抗菌劑；其中，硝酸銀和無機(jī)抗菌劑體積比為1：5，反應(yīng)溫度為55℃，反應(yīng)時(shí)間為3h；復(fù)合抗菌劑含有無機(jī)納米顆粒，平均粒徑為30nm。
（3）聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備：將步驟（1）中納米絲素蛋白、步驟（2）中復(fù)合抗菌劑和聚氨酯分別分散于N,N-二甲基乙酰胺中配制得到絲素蛋白溶液的濃度為3.5%(W/V)，復(fù)合抗菌劑溶液的濃度為0.8%（W/V），聚氨酯溶液的濃度為10%(W/V)；在水浴55-60℃攪拌下，將絲素蛋白溶液加入聚氨酯溶液中混合充分反應(yīng)，其中絲素蛋白與聚氨酯的質(zhì)量比為1: 6；再將復(fù)合抗菌劑溶液加入到上述混合體系中，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水析出、再用水?dāng)嚢柘礈煲匀コ龤埩舻挠袡C(jī)溶劑至水澄清無油狀物，干燥即得聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料，由上述制備方法得到。
實(shí)施例3
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：
（1）納米絲素蛋白的制備：將家蠶繭殼或繭絲經(jīng)丙三醇浸泡除去其中雜質(zhì)，然后依次經(jīng)水煮沸脫膠、在濃度為12mol/L溴化鋰溶液鹽溶、去離子水透析、風(fēng)味蛋白酶酶解后冷凍干燥即得尺寸為120nm的納米絲素蛋白；
（2）復(fù)合抗菌劑的配置：通過固-液相氧化還原法，向硝酸銀溶液中加入無機(jī)抗菌劑Cu（NO3）2作為協(xié)同抗菌成分，殼聚糖雙胍醋酸鹽作為還原劑，還原硝酸銀即得復(fù)合抗菌劑；其中，硝酸銀和無機(jī)抗菌劑體積比為1∶3，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為2.5h；復(fù)合抗菌劑含有無機(jī)納米顆粒，平均粒徑為20nm。
（3）聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備：將步驟（1）中納米絲素蛋白、步驟（2）中復(fù)合抗菌劑和聚氨酯分別分散于N,N-二甲基甲酰胺中配制得到絲素蛋白溶液的濃度為3.0%(W/V)，復(fù)合抗菌劑溶液的濃度為0.5%（W/V），聚氨酯溶液的濃度為9%(W/V)；在水浴55-60℃攪拌下，將絲素蛋白溶液加入聚氨酯溶液中混合充分反應(yīng)，其中絲素蛋白與聚氨酯的質(zhì)量比為1:4；再將復(fù)合抗菌劑溶液加入到上述混合體系中，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水析出、再用水?dāng)嚢柘礈煲匀コ龤埩舻挠袡C(jī)溶劑至水澄清無油狀物，干燥即得聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料，由上述制備方法得到。
實(shí)施例4
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：
（1）納米絲素蛋白的制備：將家蠶繭殼或繭絲經(jīng)乙醚浸泡除去其中雜質(zhì)，然后依次經(jīng)水煮沸脫膠、在濃度為13mol/L溴化鋰溶液鹽溶、去離子水透析、木瓜蛋白酶酶解后冷凍干燥即得尺寸為140nm的納米絲素蛋白；
（2）復(fù)合抗菌劑的配置：通過固-液相氧化還原法，向硝酸銀溶液中加入無機(jī)抗菌劑Zn（NO3）2作為協(xié)同抗菌成分，羧甲基殼聚糖季銨鹽作為還原劑，還原硝酸銀即得復(fù)合抗菌劑；其中，硝酸銀和無機(jī)抗菌劑體積比為1∶4，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為3h；復(fù)合抗菌劑含有無機(jī)納米顆粒，平均粒徑為25nm。
（3）聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備：將步驟（1）中納米絲素蛋白、步驟（2）中復(fù)合抗菌劑和聚氨酯分別分散于N,N-二甲基乙酰胺中配制得到絲素蛋白溶液的濃度為3.2%(W/V)，復(fù)合抗菌劑溶液的濃度為0.6%（W/V），聚氨酯溶液的濃度為8.5%(W/V)；在水浴55-60℃攪拌下，將絲素蛋白溶液加入聚氨酯溶液中混合充分反應(yīng)，其中絲素蛋白與聚氨酯的質(zhì)量比為1:5；再將復(fù)合抗菌劑溶液加入到上述混合體系中，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水析出、再用水?dāng)嚢柘礈煲匀コ龤埩舻挠袡C(jī)溶劑至水澄清無油狀物，干燥即得聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料，由上述制備方法得到。
實(shí)施例5
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備方法，包含以下步驟：
（1）納米絲素蛋白的制備：將家蠶繭殼或繭絲經(jīng)乙二醇浸泡除去其中雜質(zhì)，然后依次經(jīng)水煮沸脫膠、在濃度為14mol/L溴化鋰溶液鹽溶、去離子水透析、胰蛋白酶酶解后冷凍干燥即得尺寸為130nm的納米絲素蛋白；
（2）復(fù)合抗菌劑的配置：通過固-液相氧化還原法，向硝酸銀溶液中加入無機(jī)抗菌劑Cu（NO3）2作為協(xié)同抗菌成分，殼聚糖雙胍醋酸鹽作為還原劑，還原硝酸銀即得復(fù)合抗菌劑；其中，硝酸銀和無機(jī)抗菌劑體積比為1∶5，反應(yīng)溫度為45℃，反應(yīng)時(shí)間為2h；復(fù)合抗菌劑含有無機(jī)納米顆粒，平均粒徑為15nm。
（3）聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料的制備：將步驟（1）中納米絲素蛋白、步驟（2）中復(fù)合抗菌劑和聚氨酯分別分散于N,N-二甲基甲酰胺中配制得到絲素蛋白溶液的濃度為2.5%(W/V)，復(fù)合抗菌劑溶液的濃度為0.7%（W/V），聚氨酯溶液的濃度為8%(W/V)；在水浴55-60℃攪拌下，將絲素蛋白溶液加入聚氨酯溶液中混合充分反應(yīng)，其中絲素蛋白與聚氨酯的質(zhì)量比為1:3；再將復(fù)合抗菌劑溶液加入到上述混合體系中，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水析出、再用水?dāng)嚢柘礈煲匀コ龤埩舻挠袡C(jī)溶劑至水澄清無油狀物，干燥即得聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料。
一種聚氨酯抗菌型生物醫(yī)用復(fù)合材料，由上述制備方法得到。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。