多功能抗菌薄膜的气相法制备及其性能研究

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细菌在生活用品和医疗设备表面的扩散是一个长期且普遍存在的问题。因此,可以预防细菌交叉感染和减轻细菌毒性污染的抗菌薄膜,在近几十年来引起了人们的极大关注。传统抗菌薄膜的制备主要以液相法为主,且所制备薄膜往往功能单一。但液相法制备过程的局限以及单一功能薄膜杀菌效果不持久生物相容性较差等特点已无法满足进一步的生物医用需求。本文利用引发式化学气相沉积(iCVD)法制备了多功能抗菌薄膜,包括生物相容性良好的亲水性抗菌薄膜、疏水性能较好的织物表面抗菌薄膜以及含有可降解层的可再生抗菌薄膜。具体内容如下:1.通过iCVD方法,以二甲基氨基甲基苯乙烯(DMAMS)为主要抗菌材料、乙烯基吡咯烷酮(VP)为亲水成分、丙烯酸乙二醇酯(EGDA)为交联剂,制备了具有P(DMAMS-co-EGDA)底层和P(DMAMS-co-VP-co-EGDA)表层的梯度抗菌薄膜。革兰氏阴性大肠杆菌(E.coli)与革兰氏阳性枯草芽孢杆菌(B.subtilis)被用做测试菌种。经测试发现表层逐步引入VP后,样品的杀菌效果依旧高达99%以上。同时,由于表层大量亲水性官能团的存在大大降低了材料的接触角,使薄膜从底层P(DMAMS-co-EGDA)的60°降为29°。由于亲水成分的引入,在菌液中材料表面可形成一层水化层从而使表面的抗细菌粘附率从20%提高到85%以上。经过细胞毒性测试发现亲水性抗菌薄膜比单纯的P(DMAMS-co-EGDA)抗菌薄膜更具生物相容性。这一研究对易受细菌污染的医疗器械及体内植入物有较大的实际应用意义。2.采用iCVD方法,以全氟癸基丙烯酸酯(PFDA)和DMAMS为单体在织物表面共聚,制备了疏水抗菌性织物表面涂层。DMAMS作为抗菌剂,加强了织物的抗菌性能;而PFDA作为低表面能物质,加强了织物表面的疏水效果。沉积过程中调节两种成分的比例使抗菌效果和疏水性能都达到最优。通过扫描电镜(SEM)可观察到iCVD方法改性的织物表面会出现一层均匀的聚合物涂层。所制备的涂层最高具有大于99%的杀菌效率。在3.15 k Pa压强下,经过100次摩擦周期及水洗之后加入涂层的织物仍能保持疏水性质(接触角大于100°)。通过iCVD方法改性之后的织物在保持原有特性的同时兼具了杀菌和抵抗细菌粘附的特性。3.为避免杀菌材料持续使用之后表面形成生物膜而影响杀菌效果,我们制备了类似三明治结构的复合涂层,即在两层杀菌薄膜P(DMAMS-co-EGDA)中间加入降解层,包括聚甲基丙烯酸酐(PMAH)、聚(甲基丙烯酸酐-co-甲基丙烯酸)(P(MAH-co-MAA))及聚(甲基丙烯酸酐-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(P(MAHco-EGDA))。通过调节中间降解层的厚度和成分拓宽了降解时间的范围,可满足不同场景的应用。在p H=7.4的PBS缓冲液中,厚度为800 nm的PMAH、P(MAH-co-MAA)及P(MAH-co-EGDA)涂层的降解时间可分别达到4 h、30 min与72 h。具有三明治结构的薄膜显示了与此相似的降解时间,降解后上两层脱落留下底部杀菌层。降解前各种薄膜的首次杀菌效率均在99%左右,而降解后再生的杀菌表面杀菌率也基本保持在95%以上。由此可见,该可再生抗菌涂层可依据不同要求的工作时间应用于不同医疗场景。本论文以iCVD为主要研究方法,通过以上三个部分的工作对单功能抗菌材料进行改性,获得具有不同功能和不同应用场景的多功能抗菌涂层,为制备多功能抗菌薄膜的发展提供了思路。
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