专利名称：采用等离子技术制备抗感染医用材料的方法
技术领域：
本发明涉及改性高分子材料，具体地涉及采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法。
背景技术：
目前市面上或医院使用的各种柔性材料，包括伤口医用高分子薄膜、烧伤医用高分子薄膜等，它们通常用来保护损伤组织部位免受外界的再次伤害，给损伤组织创造一个良好的微环境，以促进伤口的愈合。如果这些材料不具备抗感染性能，往往会导致损伤组织感染或出现炎症现象，延迟或阻碍损伤组织的愈合或再生。例如，烧伤保护膜为聚乙烯无纺布时，使用过程中除了需要它保护烧伤的外界不被微生物感染，还需要它能够杀灭或抑制伤口已经感染的细菌， 给烧伤组织创造一个良好的再生微环境。当前，赋予薄膜抗菌剂的方法主要集中在本体材料中加入银、锌等抗菌剂，如专利CN99800249.6抗菌性良好的钢材及其制造方法，其通过在不锈钢中适量添加银，在不锈钢的表面适量存在银粒子、银氧化物和银硫化物中的一种或两种以上，来获得抗菌性高而且加工性和耐腐蚀性良好的不锈钢板。但是如果使用该方法用于薄膜或无纺布中，会增加薄膜或无纺布的制备工艺难度，同时成本较高。关于材料表面改性方面的报道有，田修波等人的缓释型骨架式Ti/Cu-Zn金属层抗菌薄膜的制备方法(申请号200910308258.7)采用磁控溅射技术在塑料表面沉积缓释型骨架式TiN/Cu-Zn金属层，从而赋予塑料表面抗菌性能，该专利采用的磁控溅射技术在表面形成涂层，该涂层在块状塑料表面往往较为稳定，但在柔软的薄膜表面往往容易脱落，同时该专利并没有对材料的分子结构进行修饰赋予材料抗菌性能，而仅仅通过外加物质在外表面而获得其抗菌性能主要利用锌或铜赋予表面抗菌性能，因此，该技术很难赋予柔性薄膜材料持久的抗菌性能。刘宣勇等人的一种医用钛金属材料的表面改性方法(申请号201110106021.8)将银/氮二元离子注入医用钛金属材料中，该发明将氮等离子体注入钛金属材料后，生成钛合金，并没有使材料生成具有抗感染性能的含氮有机化学基团，同时注入氮等离子体主要是为了提高力学性能和耐腐蚀性能，对抗感染性能包括的抗菌性能和生物相容性要求没有帮助，抗菌性能仅仅来源于银等离子体的注入。另外，柳襄怀、王曦等人改善人工心脏瓣叶材料血液相容性和使用安全性的方法(公开号为:CN1385142A)，将N+离子注入到热解碳制成的心脏瓣叶表面，该方法仅仅提高了材料的血液相容性，并没有解决材料表面的抗感染性能以及与组织之间的生物相容性问题；张一鸣、陈宇等人发明了医用硅橡胶的表面改性方法(公开号为:CN101880402A)，该方法将碳离子注入到硅橡胶表面，通过提高其表面亲水性来达到组织相容性，没有解决硅橡胶表面感染问题；再如，赵杰、刘谦祥等人报道了在医用热解碳和TiN薄膜上制备富银抗菌膜的方法(公开号为:CN1827840)，该方法是仅仅将银离子注入到热解碳和TiN薄膜上来达到抗菌效果，热解碳和TiN薄膜属于无机和金属基材料，该发明并没有修饰医用高分子材料表面的化学结构，从而提高其表面抗感染性能。因此，需要提供一种技术，它能通过生成含氮官能基团等抗感染化学结构来修饰医用高分子材料表面高分子链的化学结构，使高分子链本身具有抗感染能力，同时协同注入银等离子体以进一步改善医用分子材料表面的抗感染性能，使得高分子材料的抗菌性能更持久。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法；该方法是在真空条件下首先将医用高分子材料浸泡在氩等离子体中清洗材料表面，然后将氮等离子体注入到医用高分子材料表面，最终得到具有表面抗感染性医用高分子材料；本方法操作简单，不影响材料本体的物理化学结构，处理后得到的高分子材料表面结构稳定，具有长效、广谱的抗感染性能。为解决上述技术问题，本发明提供采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)在密封真空度为1.0Χ1(Γ2 1.0X KT5Pa条件下，将医用高分子材料置于氩等离子体中0.001 2小时；(2)将氮等离子体注入到医用高分子材料表面，与高分子链发生反应，生成含氮官能基团，得到抗感染医用高分子材料；其中，所述氮等离子体是N2和/或NH3发生等离子体化生成的氮等离子体；氮等离子体的注入剂量为1.0\1015 5.0父1022丨0118/0112，注入深度为0.001 3 μ m0本发明中，氮等离子体与高分子材料的分子结构发生化学反应，在高分子材料表面生成大量的含氮有机基团，这些含氮有机基团具有抗感染性能，使高分子材料对细菌的生长和繁殖有抑制作用，同时还有利于细胞和组织的生长繁殖。
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在实际操作中，本领域技术人员可根据现有技术对氮等离子体的注入剂量和注入深度进行控制。由于使用的仪器不同，各个操作数据不同，此处不做限制。通常，设定通入的氩气流量为2SCCM 40SCCM。氩等离子体的作用是帮助氮等离子体的产生，同时氩等离子体不断轰击高分子材料，使得高分子材料有更多的C = C键产生，更有利于含氮官能团的生成。氩气的流量对最终的实验结果有促进作用但影响不大，因此对氩气流量不做限制。在高分子材料表面注入氮等离子体后，即可以获得抗感染的高分子材料；但优选地，所述步骤(2)还包括将银作为电极，将银等离子体注入医用高分子材料表面；银等离子体的注入剂量为1.0XlO13 5.0X1019ions/cm2，注入深度为0.001 3 μ m。在注入氮等离子体之外再注入银等离子体，使得医用材料表面不仅对细菌的生长和繁殖的抑制作用，甚至对细菌有杀灭作用。通常使用99.9%的单质银作为阴极，所述银等离子体是指99.9%的银单质形成的银等离子体。氮等离子体和银等离子体的注入顺序不做限制，可先注入氮等离子体后注入银等离子体，也可先注入银等离子体后注入氮等离子体，也可以同时注入氮等离子体和银等离子体。所述医用高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维素等制成的薄膜、纺织布以及无纺布。所述抗感染性是指抗感染医用高分子材料表面对细菌的抗感染率达到90%以上；细菌种类包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、绿脓杆菌、白色念球菌、肺炎球菌、克雷伯菌、墨绿球菌。本发明具有以下有益效果:1、本发明利用N2和/或NH3等离子体向医用高分子材料注入氮等离子体，氮等离子体与医用高分子材料表面反应，生产含氮有机官能基团，使材料具有抑制细菌的生长和繁殖作用。2、本发明还利用银等离子体向医用高分子材料表面注入银离子，不仅对细菌的生长和繁殖的抑制作用，甚至对细菌有杀灭作用，进一步提高了医用高分子材料的抗感染性倉泛。3、本发明操作简单，不影响材料本体的物理化学结构。4、本发明处理后得到的抗感染医用高分子材料表面结构稳定，具有长效、广谱的抗感染性能。
图1为实施例1制得的抗感染聚乙烯无纺布；图2为实施例1制得的抗感染聚乙烯无纺布与未经本发明方法处理的材料金黄色葡萄球菌的生长繁殖情况图；图3为利用XPS对实 施例1制得的抗感染聚乙烯无纺布表面银、氮等离子体注入的深度分布图；图4为利用XPS获得的对实施例1制得的抗感染聚乙烯无纺布的表面化学结构图。图5为大肠杆菌生长在实施例2制得的聚乙烯无纺布表面培养24小时后的生长繁殖情况。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明进行进一步说明。实施例1采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为1.0mm、大小为5.0cmX 10.0cm医用聚乙烯无纺布放置于样品台上，将99.9%银作为电极，银电极装在等离子体设备的等离子体阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为IX 10_5Pa时，通入20.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为1000W，生成氩等离子体，让聚乙烯无纺布在氩等离子体中浸泡I分钟；(3)将氩气流量调为5.0SCCM，通入20.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为300 μ S，频率为30Hz，电压为-5kv，将氮等离子体注入聚乙烯无纺布表面，注入深度可达1.2 μ m,注入剂量达到I X 1015ions/cm2时,关掉氮气；
(4)保持氩气流量5.0SCCM,开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为300 μ s,频率为30Hz，电流为1.0A，将银等离子体注入聚乙烯无纺布表面，注入深度可达1.2 μ m，银离子注入剂量达到lX1017ionS/cm2时，关掉阴极弧和射频等离子体电源；(5)取出聚乙烯无纺布，获得抗感染聚乙烯无纺布。图1是实施例1制得的抗感染聚乙烯无纺布。对实施例1制得的聚乙烯无纺布进行测试，如图2中所示，可以看出实施例1制得的聚乙烯无纺布上几乎看不到金黄色葡萄球菌，其对浓度为lX104CFU/ml的金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.9%。图3为利用XPS对实施例1制得的聚乙烯无纺布表面银、氮注入的深度分布图；可以看出银、氮的注入深度分别达到1.2 μ m，银元素和氮元素被注入到聚乙烯无纺布的表面层，而不仅仅是停留在外表面。图4为利用XPS获得的对实施例1制得的聚乙烯无纺布的表面化学结构图；可以看出在聚乙烯无纺布的表面形成了 N-C、N = C、N-C = O。实施例2采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(1)将厚度为0.5mm、大小为10.0cmX 10.0cm医用聚乙烯无纺布放置于样品台上，
然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为8X10_4Pa时，通入10.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为1000W，生成氩等 离子体，让聚乙烯无纺布在氩等离子体中浸泡50分钟；(3)将氩气流量调为3.0SCCM,并通入20.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为300 μ S，频率为30Hz，电压为-0.5kv，将氮等离子体注入聚乙烯无纺布表面，注入深度可达0.0014!11，注入剂量达到5\ 1022丨0仙/挪2时，关掉氮气和射频等离子体电源；(4)取出聚乙烯无纺布，获得抗感染聚乙烯无纺布。图5是大肠杆菌在实施例2制得的抗感染聚乙烯无纺布表面培养24小时后的生长繁殖情况；从图中可明显看出，在处理后的抗感染聚乙烯无纺布上的大肠杆菌数量远少于处理前的聚乙烯无纺布数量。实施例3采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.05mm的聚丙烯薄膜固定处理台上，将99.9%银作为电极，装在等离子体设备的阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为IX 10_3Pa时，通入10.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为800W，生成氩等离子体，让聚丙烯薄膜在氩等离子体中浸泡10分钟；(3)将氩气流量调为3.0SCCM,并通入10.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为300 μ S，频率为30Hz，电压为_20kv，将氮等离子体注入聚丙烯薄膜，注入深度可达3 μ m,注入剂量达到I X 1022ions/cm2时，关掉氮气；(4)保持氩气流量3.0SCCM，开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为300 μ s,频率为30Hz，电流为1.0A，将银等离子体注入聚丙烯薄膜，注入深度可达3 μ m，银离子注入剂量达到lX1019ionS/cm2时，关掉阴极弧和射频等离子体电源；
(5)取出聚丙烯薄膜，获得抗感染聚丙烯薄膜。实施例4采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.02mm的聚醋酸乙烯酯膜固定处理台上，将99.9%银作为电极，装在等离子体设备的阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为5 X 10_4Pa时，通入5.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为1200W，生成氩等离子体，让聚醋酸乙烯酯膜在氩等离子体中浸泡100分钟；(3)保持氩气流量5.0SCCM，通入10.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为300 μ S，频率为30Hz，电压为-2kv，将氮等离子体注入聚醋酸乙烯酯膜，注入深度可达0.5 μ m,注入剂量达到IX 1017ions/cm2时,关掉氮气；(4)保持氩气流量5.0SCCM，开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为300 μ s,频率为30Hz，电流为1.0A,将银等离子体注入聚醋酸乙烯酯膜，注入深度可达0.5 μ m，银离子注入剂量达到5X1019ionS/cm2时，关掉阴极弧和射频等离子体电源；(5)取出聚醋酸乙烯酯膜，获得抗感染聚醋酸乙烯酯膜。实施例5采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:·
(I)将厚度为0.05mm、大小为10.0cmX 10.0cm聚乳酸无纺布放置于的样品台上，将99.9%银作为电极，银电极装在等离子体设备的等离子体阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为IX 10_5Pa时，通入10.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为1000W，生成氩等离子体，让聚乳酸无纺布在氩等离子体中浸泡0.06分钟；(3)将氩气流量调为5.0SCCM,开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为200 μ s,频率为40Hz，电流为1.0A,同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为200 μ S，频率为40Hz，电压为_30kv，将生成的银等离子体注入聚乳酸无纺布表面，注入深度可达2 μ m，银离子注入剂量达到lX1013ionS/cm2时，关掉阴极弧；(4)保持氩气流量5.0SCCM,通入30.0SCCM的NH3,生成氮等离子体，将氮等离子体注入聚乳酸无纺布表面，注入深度可达3 μ m,注入剂量达到I X 1020ions/cm2时，关掉氮气和射频等离子体电源；(5)取出聚乳酸无纺布，获得抗感染聚乳酸无纺布。实施例6采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.05mm、大小为10.0cmX 10.0cm聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放置于样品台上，将99.9%银作为电极，等离子体阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为IX 10_5Pa时，通入10.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为1000W，生成氩等离子体，让聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布在氩等离子体中浸泡5分钟；(3)将氩气流量调为5.0SCCM,并通入30.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为200 μ S，频率为40Hz，电压为_30kv，将氮等离子体注入聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布表面，注入深度可达0.3 μ m，注入剂量达到I X 1020ions/cm2时，关掉氮气；
(4)保持氩气流量5.0SCCM,开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为200 μ s,频率为40Hz，电流为1.0A，再将生成的银等离子体注入聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布表面，注入深度可达0.001 μ m，银离子注入剂量达到lX1014ionS/cm2时，关掉阴极弧和射频等离子体电源；(5)取出聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布，获得抗感染聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布。实施例7采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.2mm、大小为10.0cmXl0.0cm纤维素纺织物放置于样品台上，将99.9%银作为电极，银电极装在等离子体阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为8 X 10_3Pa时，通入5.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为1500W，生成氩等离子体，让纤维素纺织物在氩等离子体中浸泡120分钟；(3)将氩气流量调为5.0SCCM，通入10.0SCCM的氮气，生成氮等离子体；开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为200 μ S，频率为40Hz，电流为1.0Α,同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为250 μ S，频率为30Hz，电压为-10kV，将氮等离子体和银等离子体注入纤维素纺织物表面，注入深度可达I μ m,当氮注入剂量达到5X 1018ionS/cm2时，关掉氮气，当银离子注入剂量达到5X 1019ionS/cm2后，关掉阴极弧和射频等离子体电源；(4)取出该纤维素纺织物，获得抗感染纤维素纺织物。实施例8
采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.1mm的聚四氟乙烯薄膜固定在处理台上，将99.9%银作为电极，装在等离子体设备的阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为2X10_3Pa时，通入40.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为800W，生成氩等离子体，让聚四氟乙烯薄膜在氩等离子体中浸泡10分钟；(3)将氩气流量调为3.0SCCM,并通入20.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为300 μ S，频率为30Hz，电压为_20kv，将氮等离子体注入聚四氟乙烯薄膜，注入深度可达3μπι，注入剂量达到lX 1022ionS/cm2时，关掉氮气；(4)保持氩气流量3.0SCCM，开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为300 μ s,频率为30Hz，电流为1.0A，将银等离子体注入聚四氟乙烯薄膜，注入深度可达1.8 μ m，银离子注入剂量达到lX1019ionS/cm2时，关掉阴极弧和射频等离子体电源；(5)取出聚四氟乙烯薄膜，获得抗感染聚四氟乙烯薄膜。实施例9采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.05mm的聚偏氟乙烯无纺布薄膜固定处理台上,然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为IX 10_2Pa时，通入40.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为800W，生成氩等离子体，让聚偏氟乙烯薄膜在氩等离子体中浸泡10分钟；(3)将氩气流量调为3.0SCCM,并通入20.0SCCM的氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为300 μ S，频率为30Hz，电压为-lokv，将氮等离子体注入聚偏氟乙烯薄膜，注入深度可达2 μ m,注入剂量达到IX 1022ions/cm2时,关掉氮气；(4)取出聚偏氟乙烯薄膜，获得抗感染聚偏氟乙烯薄膜。实施例10采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，包括以下步骤:(I)将厚度为0.5mm、大小为10.0cmX 10.0cm聚轻基脂肪酸酯无纺布放置于样品台上，将99.9%银作为电极，等离子体阴极弧上，然后密封设备真空腔，并抽真空；(2)当真空度为IX 10_5Pa时，通入5.0SCCM的氩气，开启射频等离子体源，功率为500W，生成氩等离子体，让聚羟基脂肪酸酯无纺布在氩等离子体中浸泡I分钟；(3)将氩气流量调为5.0SCCM,并通入15.0SCCM的氨气和15.0SCCM氮气，生成氮等离子体，同时开启样品台上的脉冲负偏压，脉宽为200 μ S，频率为40Hz，电压为-30kv，将氮等离子体注入聚羟基脂肪酸酯无纺布表面，注入深度可达3 μ m，注入剂量达到
IX 1017ions/cm2 时，关掉氮气；(4)保持氩气流量5.0SCCM，开启银等离子体阴极弧，阴极弧脉宽为200 μ s,频率为40Hz，电流为1.0A,再将生成的银等离子体注入聚羟基脂肪酸酯无纺布表面，注入深度可达1.0 μ m,银离子注入剂量达到I X 1013ions/cm2时，关掉阴极弧和射频等离子体电源；(5)取出聚羟基脂肪酸酯无纺布，获得抗感染聚羟基脂肪酸酯无纺布。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变 化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
权利要求
1.采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在密封真空度为1.0\10_2 1.0\10_午&条件下，将医用高分子材料置于氩等离子体中0.0Ol 2小时； (2)将氮等离子体注入到医用高分子材料表面，与高分子链发生反应，生成含氮官能基团，得到抗感染医用高分子材料； 其中，所述氮等离子体是N2和/或NH3发生等离子体化生成的氮等离子体； 氮等离子体的注入剂量为1.0X IO15 5.0X 1022ions/cm2，注入深度为0.001 3 μ m。
2.根据权利要求1所述的采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括银作为电极，将银等离子体注入医用高分子材料表面；银等离子体的注入剂量为1.0XlO13 5.0X1019ions/cm2，注入深度为0.001 3 μ m。
3.根据权利要求1或2所述的采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法，其特征在于，所述医用高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维素等制成的薄膜、纺织布以及无纺布。`
全文摘要
本发明公开了采用等离子技术制备抗感染医用高分子材料的方法；该方法是在真空条件下首先将医用高分子材料浸泡在氩等离子体中，然后将氮等离子体和银等离子体注入到医用材料表面，最终得到具有表面抗感染性医用高分子材料；本方法操作简单，不影响材料本体的物理化学结构，处理后得到的高分子材料表面结构稳定，具有长效、广谱的抗感染性能。
文档编号D06M10/00GK103242550SQ20121002738
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者张维, 季君晖 申请人:中国科学院理化技术研究所