一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料

摘要

本发明旨在提供一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料及其制备方法。采用臭氧活化的方法对人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料进行表面臭氧活化引发丙烯酸共价接枝聚合，再利用1－(3－二甲氨基丙基)－3－乙基碳二亚胺(EDC)活化聚丙烯酸链中的羧基共价键合壳聚糖分子，依据壳聚糖分子的抗菌性，制备具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，这种缝合环材料其表皮葡萄球菌黏附率最高可降低86％，金黄色葡萄球菌的粘附率可降低94.8％。本发明所提供的相关制备方法简便、安全、有效，并且所得人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料血液相容性良好。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用人工表面改性方法制成的人体使用的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料。

背景技术

人工心脏瓣膜是治疗风湿性心脏病、先天性心脏病等心脏瓣膜疾病的关键人工器官，这类患者约占心脏疾病患者总数的30％，目前人工心脏瓣膜在全世界的应用已达到每年30万只以上，在中国的应用为每年3万只以上，且以每年15％的增幅增长。目前国内临床应用的人工心脏瓣膜中80％以上是机械瓣膜，其优点是耐久性能优异，但植入后仍会出现血栓形成与栓塞、人工瓣膜感染性心内膜炎(Prothetic Valve Endocarditis，PVE)等并发症。其中，人工瓣膜感染性心内膜炎是瓣膜置换术早期和晚期最严重的并发症之一，感染率为0.1～4.5％，死亡率高达40～75％。而细菌的滋生经常发生在人工心脏瓣膜的缝合环(用来缝合瓣膜与心肌)处，因此良好的抗菌性能是降低人工瓣膜内膜炎以及人工心瓣正常工作的必要条件。为了降低PVE的发生率，美国St.Jude公司于1997年推出了其旗舰产品Silzone，其特点是在其机械瓣的缝合环材料表面采用了银涂层，可防治细菌性心内膜炎，但在临床使用过程中发生了银涂层的组织相容性差以及可能的剥落带来的瓣周漏等问题，St Jude公司于2000年全面召回了该产品。

为了更加完善人工心脏瓣膜的使用性能，需要制备具有抗菌性和生物相容性的缝合环材料。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，用该种涤纶材料制得的缝合环具有很好的组织相容性、血液相容性和抗菌性，且材料的制备工艺简单，成本低廉。

本发明实现以上发明目的，所采用的技术方案是，一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，由以下方法制得：

A、将制备人工心脏瓣膜缝合环用的涤纶材料按每400cm²的涤纶材料进行8—15ml/min、30～50min的臭氧表面活化；

B、将表面活化后的涤纶材料与丙烯酸单体水溶液反应，表面接枝共聚合丙烯酸；

C、将B步骤得到的表面接枝共聚合丙烯酸的涤纶材料浸入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的磷酸盐缓冲溶液中，调节调节PH＝3～6，在4～25℃下，保持2-6h以活化羧酸基团，然后洗涤；

D、另将1-10份重的重均分子量为2000～50000的壳聚糖加入99-90份重的0.1-0.25mol/L乙酸水溶液中，配制成壳聚糖-乙酸溶液，

E、再将C步所得的羧基活化的涤纶材料置于D步壳聚糖-乙酸溶液中，在3～5℃下反应10～30小时，生成表面共价键合聚丙烯酸/壳聚糖的涤纶材料，再洗涤干燥即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、由于本发明所提供的一种具有抗菌性能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料的制备中采用臭氧活化的方法能在涤纶材料表面产生引发自由基，能够引发丙烯酸单体在涤纶材料表面进行有效的接枝共聚合，实验证明，本发明中涤纶材料表面丙烯酸的接枝率最高可达60wt％。而接枝共聚合的丙烯酸中含有的羧酸基团通过EDC进一步活化后能与壳聚糖分子中的胺基发生有效的共价化合，实验证明，涤纶材料表面共价键合的壳聚糖密度为30-120μg/cm²。这样制得的表面共价键合聚丙烯酸/壳聚糖的涤纶材料，由其制造的缝合环植入人体后，相比于曾有的改性银涂层涤纶缝合环，其表面改性层与涤纶基底的结合力大大提高，从根本上克服了表面改性层脱落导致瓣周漏的缺陷。

二、在改性过程中所采用的改性物质-丙烯酸和壳聚糖已经被大量实验证明具有良好的组织相容性、血液相容性和抗菌性，使得本发明所得材料具有很好生物安全性、生物相容性和高效抗菌性。它的运用，能够有效降低由缝合环引起的感染性心内膜炎发生率。实验证明，该材料对心内膜炎的主要致病菌—表皮葡萄球菌黏附率最高降低了86％，金黄色葡萄球菌的粘附率降低了94.8％。

三、本发明材料所采用的改性物质-丙烯酸和壳聚糖较之于昂贵的金属银，价格低廉，材料制备过程采用常规的固液相反应，无需昂贵的特殊反应设备和苛刻的反应条件，制备工艺简单，制造成本低。

上述涤纶材料为Dacron无纺布，这种无纺布为目前最广泛使用的人工瓣膜缝合环材料。

上述的A步臭氧活化后的涤纶材料转移至另一反应瓶中，真空脱气30-120min，再进行B操作。真空脱气后能降低涤纶表面物理吸附的臭氧浓度，减少对丙烯酸单体的氧化，提高丙烯酸的表面共聚合接枝率。

上述的B步的丙烯酸单体水溶液浓度为5-25wt％，B步的聚合反应温度为30-60℃，时间为60～240min。这种反应条件使得丙烯酸的表面接枝共聚合效率最高。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是用本发明方法制备的具有抗菌性能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron-CHI)和未改性的普通人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料Dacron表面的细菌数量统计图。图中，SA：金黄葡萄球菌SE：表皮葡萄球菌EC：大肠杆菌PA：绿浓杆菌CA：白色念珠菌。

图2a是未改性的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron)表面与新鲜人富血小板血浆接触培养120min的扫描电镜照片。

图2b是用本发明方法制备的具有抗菌性能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron-CHI)表面与新鲜人富血小板血浆接触培养120min的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1

本发明的第一种具体实施方式为，一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，由以下方法制得：

A、将制备人工心脏瓣膜缝合环用的Dacron无纺布涤纶材料按每400cm²的涤纶材料进行8ml/min、30min的臭氧表面活化；

臭氧活化后的涤纶材料转移至另一反应瓶中，真空脱气30min。

B、将表面活化后的涤纶材料与丙烯酸单体水溶液反应，表面接枝共聚合丙烯酸；丙烯酸单体水溶液浓度为5wt％，聚合反应温度为30℃，时间为60min。

C、将B步骤得到的表面接枝共聚合丙烯酸的涤纶材料浸入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的磷酸盐缓冲溶液中，调节PH＝3，在4℃下，保持2h以活化羧酸基团，然后洗涤。

D、另将1份重的重均分子量为2000的壳聚糖加入99份重的0.1mol/L乙酸水溶液中，配制成壳聚糖-乙酸溶液；

E、再将C步所得的羧基活化的涤纶材料置于D步壳聚糖-乙酸溶液中，在3℃下反应10小时，生成表面共价键合聚丙烯酸/壳聚糖的涤纶材料，再洗涤干燥即得。

实施例2

一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，由以下方法制得：

A、将制备人工心脏瓣膜缝合环用的Dacron无纺布涤纶材料按每400cm²的涤纶材料进行12ml/min、40min的臭氧表面活化；

臭氧活化后的涤纶材料转移至另一反应瓶中，真空脱气60min。

B、将表面活化后的涤纶材料与丙烯酸单体水溶液反应，表面接枝共聚合丙烯酸；丙烯酸单体水溶液浓度为10wt％，聚合反应温度为40℃，时间为120min。

C、将B步骤得到的表面接枝共聚合丙烯酸的涤纶材料浸入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的磷酸盐缓冲溶液中，调节PH＝4.7，在5℃下，保持4h以活化羧酸基团，然后洗涤。

D、另将5份重的重均分子量为25000的壳聚糖加入95份重的0.15mol/L乙酸水溶液中，配制成壳聚糖-乙酸溶液；

E、再将C步所得的羧基活化的涤纶材料置于D步壳聚糖-乙酸溶液中，在4℃下反应24小时，生成表面共价键合聚丙烯酸/壳聚糖的涤纶材料，再洗涤干燥即得。

该材料对心内膜炎的主要致病菌—表皮葡萄球菌黏附率最高降低了86％，金黄色葡萄球菌的粘附率降低了94.8％。

实施例3

一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，由以下方法制得：

A、将制备人工心脏瓣膜缝合环用的Dacron无纺布涤纶材料按每400cm²的涤纶材料进行15ml/min、50min的臭氧表面活化；

臭氧活化后的涤纶材料转移至另一反应瓶中，真空脱气120min。

B、将表面活化后的涤纶材料与丙烯酸单体水溶液反应，表面接枝共聚合丙烯酸；丙烯酸单体水溶液浓度为25wt％，聚合反应温度为60℃，时间为240min。

C、将B步骤得到的表面接枝共聚合丙烯酸的涤纶材料浸入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的磷酸盐缓冲溶液中，调节PH＝6，在25℃下，保持6h以活化羧酸基团，然后洗涤。

D、另将10份重的重均分子量为50000的壳聚糖加入90份重的0.25mol/L乙酸水溶液中，配制成壳聚糖-乙酸溶液。

E、再将C步所得的羧基活化的涤纶材料置于D步壳聚糖-乙酸溶液中，在5℃下反应30小时，生成表面共价键合聚丙烯酸/壳聚糖的涤纶材料，再洗涤干燥即得。

实施例4

一种具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料，由以下方法制得：

A、将制备人工心脏瓣膜缝合环用的Dacron无纺布涤纶材料按每400cm²的涤纶材料进行10ml/min、35min的臭氧表面活化。

B、将表面活化后的涤纶材料与丙烯酸单体水溶液反应，表面接枝共聚合丙烯酸；丙烯酸单体水溶液浓度为13wt％，聚合反应温度为50℃，时间为150min。

C、将B步骤得到的表面接枝共聚合丙烯酸的涤纶材料浸入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的磷酸盐缓冲溶液中，调节PH＝5，在8℃下，保持6h以活化羧酸基团，然后洗涤。

D、另将5份重的重均分子量为25000的壳聚糖加入95份重的0.15mol/L乙酸水溶液中，配制成壳聚糖-乙酸溶液；

E、再将C步所得的羧基活化的涤纶材料置于D步壳聚糖-乙酸溶液中，在5℃下反应24小时，生成表面共价键合聚丙烯酸/壳聚糖的涤纶材料，再洗涤干燥即得。

实验证明，本发明的具有抗菌功能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料具有优良的抗菌性能：

图1是用本发明方法制备的具有抗菌性能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron-CHI)和未改性的普通人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron)表面的细菌数量统计图。图中，SA：金黄葡萄球菌SE：表皮葡萄球菌EC：大肠杆菌PA：绿浓杆菌CA：白色念珠菌。从该图可以看出，本发明的材料对心内膜炎的主要致病菌—表皮葡萄球菌黏附率最高降低了86％，金黄色葡萄球菌的粘附率降低了94.8％，对大肠杆菌、绿浓杆菌、白色念珠菌也有明显的抑制效果。

图2a是未改性的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron)表面与新鲜人富血小板血浆接触培养120min的扫描电镜照片。图2b是用本发明方法制备的具有抗菌性能的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料(Dacron-CHI)表面与新鲜人富血小板血浆接触培养120min的扫描电镜照片。从图2a及图2b中可以看出，用本发明的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料表面上黏附的血小板数量很少，远低于普通的人工心脏瓣膜缝合环涤纶材料黏附的血小板，说明本发明材料具有优异的抗凝血功能，血液相容性好。