一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法

1.本发明涉及抗细菌感染领域，具体涉及一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法。


背景技术：

2.生命健康关乎民生幸福和社会和谐，在新冠疫情席卷全球的环境下，全民健康需求迅速增长。据统计院内感染已成为第六大“杀手”。医疗相关感染或院内感染是在医疗机构接受治疗后发生的，由医疗机构治疗引起的继发于患者原始状况的感染。发达国家约7％的患者遭受院内感染，重症监护病房的感染率现已超过50％。根据疾病预防控制中心统计，治疗院内感染的平均成本已超过200美元，极大地增加了医疗成本。生物医用材料在使用过程中产生的医源性感染问题层出不穷，粘附在医疗器械或植入体生物材料表面的致病菌所引发的医源性感染问题成为全球范围内对患者健康威胁最大的隐患之一，严重威胁社会公众卫生安全。因此开发一种具有高效抗粘附抗菌性能和杀菌性能的生物医用材料十分必要。近年来，光动力抗菌疗法在具有高效杀菌活性和不产生细菌耐药性方面具有独特优势。光动力抗菌疗法利用光照激活光敏剂，促使其产生单线态氧来使细菌受损甚至死亡。单线态氧与细菌的细胞壁磷脂膜、多肽及核酸反应，导致细菌失活。单线态氧氧化性极强，多位点失活，无特异性靶标，不会产生细菌耐药性。
3.抗菌策略可分为被动式抗细菌粘附和主动杀菌两种。被动抗粘附型表面主要是通过减弱细菌与表面之间相互作用或者干扰生物膜形成等策略降低或抑制细菌感染几率，比如构建超疏水涂层，该方法能够抵抗细菌的初始粘附，生物相容性较好，但一旦个别细菌在表面粘附，抗粘附功能聚合物不能阻止细菌繁殖和感染发展。主动杀菌型表面通常利用物理或化学方法将抗菌剂，如季铵盐、抗生素、壳聚糖、银离子等，固定到基底材料表面，通过释放或接触等作用方式，行使杀菌功能；具有较高的杀菌效率，但季铵盐、抗菌肽、金属离子等有一定的细胞毒性，而且随着死细菌的积累会逐渐覆盖杀菌基团，影响杀菌效率，而且大多会造成环境污染、产生严重的抗生素耐药性和高细胞毒性。近年来，抗细菌粘附
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杀菌协同功能表面构建策略不断发展，结合抗污和杀菌两种方法，可以减少细菌粘附数量，并能有效杀死细菌，可以大幅降低感染风险，具有较好的生物相容性。
4.聚乳酸(pla)因其具有优异的生物相容性和生物可降解性，被认为是当前最有希望解决环境和能源问题的材料之一，在食品包装和生物医学方面有良好应用前景。然而，pla本身没有杀菌性能，不能满足其在食品包装和生物医学应用的需要。因此，有必要开发一种具有显着抗菌性能且无耐药性的环保型pla材料。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法。
6.基于上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明提供一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将聚乳酸溶解到良溶剂中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入不良溶剂混合均匀，得到涂覆溶液；
9.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液涂覆到聚乳酸基底上，干燥，剥离，得到超疏水表面；
10.(3)将叶绿素溶于乙醇中，得到叶绿素溶液，并将叶绿素溶液涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，干燥，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
11.根据上述的制备方法，优选地，步骤(3)中叶绿素溶液的浓度为1～5μmol/l；更加优选地，叶绿素溶液的浓度为1μmol/l。
12.根据上述的制备方法，优选地，所述叶绿素为叶绿素a。
13.根据上述的制备方法，优选地，步骤(1)中聚乳酸溶液浓度为1～5wt％；更加优选地，聚乳酸溶液浓度为5wt％。
14.根据上述的制备方法，优选地，步骤(1)中涂覆溶液良溶剂与不良溶剂的体积比为1：(0.3～0.9)。
15.根据上述的制备方法，优选地，步骤(1)中所述良溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷；所述的不良溶剂为正丁醇、无水乙醇、异丙醇、正丙醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯中任意三种的混合液。
16.根据上述的制备方法，优选地，所述不良溶剂为无水乙醇、正丁醇和乙酸丁酯的混合液，其中，无水乙醇、正丁醇和乙酸丁酯的体积用量比为(1～1.5):(1～1.5):(1～1.5)；更加优选地，无水乙醇、正丁醇和乙酸丁酯的体积用量比为1:1:1。
17.根据上述的制备方法，优选地，步骤(2)中，干燥的具体步骤为：先在室温下干燥6～18h，再在30～60℃温度下干燥40～60h；更加优选地，先在室温下干燥12h，再在40℃温度下干燥48h。
18.根据上述的制备方法，优选地，步骤(2)中，涂覆采用滴涂、浸渍、喷淋、旋涂中的任意一种；更加优选地，涂覆采用滴凃。
19.根据上述的制备方法，优选地，步骤(2)中剥离采用胶带粘压剥离工艺，压力为3～20n，胶带选用塑料基胶带；更加优选地，压力为10n，胶带为双向拉伸聚丙烯基或聚氯乙烯胶带。
20.根据上述的制备方法，优选地，步骤(2)中，聚乳酸基底为1～6mm厚的聚乳酸片材或板材，所述聚乳酸片材或板材采用注射成型或热压成型或压延成型。
21.第二方面，本发明提供一种上述第一方面所述制备方法制备得到的具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
22.根据上述的具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料，优选地，聚乳酸材料采用光动力杀菌，光的波长为600～700nm、功率为8～12w；更加优选地，光波长为650nm、功率为10w。
23.与现有技术相比，本发明取得的积极有益效果为：
24.(1)本发明利用不良溶剂辅助相分离法制备聚乳酸超疏水表面，然后在超疏水表面上固定叶绿素，通过光照使叶绿素产生活性氧来破坏细胞的磷脂层，从而达到杀死粘附在材料表面细菌，达到超疏水与光动力高效协同抗菌的目的。
25.(2)本发明制备的具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗粘附效率在50％以上，且杀菌效率均能达到60％以上，超疏水抗细菌粘附与光动力杀菌的协同抗菌作用高达到100％，具有较好的抗菌耐久性，能够实现广谱且长效的多次防污抗菌功能。
26.(3)本发明使用来自于生物提取、无毒无害的叶绿素作为光敏剂，采用光动力杀菌的方式进行杀菌，光是一种清洁可再生能源，即开即用，可实现定点杀菌，通过光照能够控制活性氧产生量，而且与传统的加入季铵盐、银离子、抗生素等抗菌剂相比，使用叶绿素无残留，不会造成周围环境污染，不会产生细菌耐药性。
27.(4)本发明采用生物可降解的聚乳酸作为基底和原料，无需引入生物难降解的有机硅、有机氟化物或氟硅烷等低表面能材料进行修饰，无需添加微/纳米无机颗粒，具有良好的生物相容性和环境友好性。
28.(5)本发明使用的良溶剂与不良溶剂易挥发，在工艺实施过程中容易实现对有机溶剂进行回收和再利用，容易实现“零排放”的清洁生产。
29.(6)本发明制备工艺简单，省时高效，成本低廉，易实现大规模或者工业化生产。
附图说明
30.图1为本发明实施例1、对比例1～3制备的样品对金黄色葡萄球菌的抗菌实验图；其中，a为对比例1制备得到的样品，b为对比例2制备得到的样品，c为对比例3制备得到的样品，d为实施例1制备得到的样品；
31.图2为本发明实施例1、对比例1～3制备的样品对大肠杆菌的抗菌实验图；其中，a为对比例1制备得到的样品，b为对比例2制备得到的样品，c为对比例3制备得到的样品，d为实施例1制备得到的样品。
具体实施方式
32.以下通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明，但并不限制本发明的保护范围。
33.实施例1：
34.一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
35.(1)将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；
36.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到超疏水表面；
37.(3)将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度1μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
38.实施例2：
39.一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
40.(1)将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；
41.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到超疏水表面；
42.(3)将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度0.5μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
43.实施例3：
44.一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
45.(1)将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；
46.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到超疏水表面；
47.(3)将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度2μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
48.实施例4：
49.一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
50.(1)将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；
51.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到超疏水表面；
52.(3)将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度3μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
53.实施例5：
54.一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
55.(1)将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；
56.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到超疏水表面；
57.(3)将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度4μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
58.实施例6：
59.一种具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
60.(1)将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；
61.(2)将步骤(1)得到的涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到超疏水表面；
62.(3)将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度5μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到步骤(2)得到的超疏水表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到具有抗粘附杀菌功能的聚乳酸材料。
63.对比例1：
64.选取厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材作为对比例1。
65.对比例2：
66.将叶绿素a溶于乙醇中，超声3min，制备得到浓度1μmol/l叶绿素溶液，并将叶绿素溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材表面上，在40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，得到表面含有叶绿素的聚乳酸材料。
67.对比例3：
68.将1.2g聚乳酸溶解到24ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液，然后在聚乳酸溶液中加入30ml不良溶剂(无水乙醇：正丁醇：乙酸丁酯体积比为1:1:1的混合液)混合均匀，得到涂覆溶液；然后将涂覆溶液滴涂到厚度为2mm的热压成型的聚乳酸片材基底上，单位面积上的涂覆溶液为0.3ml/cm2，在40℃烘箱中干燥48h后，使用双向拉伸聚丙烯基胶带将聚乳酸式样表面剥离掉，得到具有超疏水表面的聚乳酸材料。
69.将实施例1～6和对比例1～3制备得到的产品分别进行静态水接触角与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗粘附率和杀菌效率测试，结果如表1所示，具体的测试方法如下：
70.接触角实验：在样品表面滴加5μl超纯水，经接触角测试仪(jc200a，上海)测得样品的静态水接触角数据，求算平均值。
71.抗粘附实验：将样品表面浸入1ml大肠杆菌/金黄色葡萄球菌的溶液中2.5h后，取出进行轻微清洗，将表面附着细菌通过超声方式脱附，脱附菌液经稀释后进行铺板计数，得到细菌粘附总数a；再通过对原基底材料即对比例1得到的样品进行相同处理后得到的细菌粘附总数b，通过公式r＝(b
‑
a)/b
×
100％计算得到抗粘附效率。
72.杀菌实验：将样品浸入1ml大肠杆菌或金黄色葡萄球菌的溶液中2.5h后，取出进行轻微清洗，随后在功率为10w波长为650nm的可见光下照射30min后，超声脱附后菌液经稀释进行铺板计数，得到细菌总数c；再通过对原基底材料即对比例1得到的样品进行相同处理后得到的细菌粘附总数b，通过公式r＝(b
‑
c)/b
×
100％计算得到杀菌效率。
73.表1实施例1～6及对比例1～3制备得到的样品的静态水接触角、大肠杆菌与金黄
色葡萄球菌的抗粘附率和杀菌效率数据
[0074][0075]
由表1可知，本发明实施例1、实施例3～6制得的样品的水接触角均在150
°
以上，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗粘附效率均在50％以上，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌效率均在97％以上，且当叶绿素浓度为1μmol/l时，制备的材料的杀菌效果最好，杀菌作用能达到100％。
[0076]
本发明采用涂布平板法研究了实施例1、对比例1～3制备得到样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果，结果如图1、图2所示。
[0077]
由图1可知，与对比例1制备的样品相比，对比例2制备的样品的金黄色葡萄球菌菌落数目减小，结果表明，叶绿素在光照下具有一定杀菌效果，具有光动力杀菌作用；对比例3制备的样品的菌落数目与对比例1制备的样品的菌落数目有所减少，表明聚乳酸超疏水表面具有一定抗细菌粘附效果，而本发明实施例1制备的样品的菌落数目几乎为0，表面聚乳酸超疏水表面与光动力协同作用具有显著的抗金黄色葡萄球菌的效果，抗粘附杀菌协同作用可达到100％无菌。
[0078]
由图2可知，与对比例1制备的样品相比，对比例2制备的样品的大肠杆菌菌落数目减小，结果表明，叶绿素在光照下具有一定杀菌效果，具有光动力杀菌作用；对比例3制备的样品的菌落数目与对比例1制备的样品的菌落数目有所减少，表明聚乳酸超疏水表面具有一定抗细菌粘附效果，而本发明实施例1制备的样品的菌落数目几乎为0，表面聚乳酸超疏水表面与光动力协同作用具有显著的抗大肠杆菌的效果，抗粘附杀菌协同作用可达到100％无菌。
[0079]
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。