1.本发明涉及涂层制备技术领域，尤其是涉及一种具有亲水性的抗菌水凝胶涂层及其制备方法和应用。
背景技术：
2.早在十四世纪人们就发现了体内的植入物会导致感染的发生，直到现在，植入体内的医疗器械和设备，比如导尿管，心脏起搏器以及膝和髋关节植入物等引起的细菌感染仍然严重影响着人类的健康问题，它不仅会对病人的生活质量产生不利的影响，还会耗费巨大的医疗费用。在临床医疗器械领域，医用导管是广泛用于各类外科手术、插管手术中的必备耗材，因此亟需解决在使用医用导管时细菌感染的问题。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于提供一种具有亲水性的抗菌水凝胶涂层及其制备方法和应用，能够解决上述技术问题。
4.本发明提供一种具有亲水性的抗菌水凝胶涂层的制备方法，包括以下步骤：
5.步骤1：丙烯酸、4-丙烯酰氧基二苯甲酮、热引发剂、水、n,n,n',n'-四甲基二乙胺混合之后避光反应，得到具有光反应的聚合物溶液；
6.步骤2：将所述步骤1得到的聚合物溶液加入两性离子单体、交联剂和水混合，得到涂层液；
7.步骤3：基材用含有10wt％的4-丙烯酰氧基二苯甲酮有机溶剂处理5-10分钟，将所述步骤2得到的涂层液涂覆在基材表面，在紫外光照下固化，浸水除去未反应的物质，得到亲水水凝胶涂层；
8.步骤4：将步骤3得到的亲水水凝胶涂层浸入含0.4m 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺edc和0.1m n-羟基丁二酰亚胺nhs的2-(n-吗啡啉)乙磺酸mes溶液中，进行激活处理；
9.步骤5：将硫酸粘杆菌素加入所述步骤4中的mes溶液中，进行活化处理，得到具有亲水性的抗菌水凝胶涂层。
10.优选地，所述步骤1中反应条件为避光80℃反应4小时。
11.优选地，所述步骤1中热引发剂为过硫酸铵和过硫酸钾中的至少一种。
12.优选地，所述步骤2中两性离子单体为3-[n,n-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、甲基丙烯酸羧基甜菜碱、甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱中的至少一种；所述步骤2中交联剂采用n,n-二甲基甲酰胺。
[0013]
优选地，所述基材包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、天然橡胶、硅胶、乳胶、热塑性弹性体、聚醚醚酮和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种。
[0014]
优选地，所述步骤3中采用365nm的紫外光，其功率为60w，固化1-2小时。
[0015]
优选地，所述步骤4中在4℃温度下激活0.5小时。
[0016]
优选地，所述步骤5中的硫酸粘杆菌素的浓度为5mg/ml，在4℃温度下活化6小时。
[0017]
本发明还提供一种上述制备方法制备所得到的具有亲水性的抗菌水凝胶涂层。
[0018]
本发明还提供一种上述具有亲水性的抗菌水凝胶涂层在医用导管上的应用。
[0019]
本发明的有益效果：
[0020]
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
[0021]
本发明采用亲水性水凝胶涂层进行导管表面润滑改性，可有效减小其与组织界面的摩擦力、降低手术操作难度和减小病人痛苦，通过化学接枝水凝胶，有利于提高水凝胶与高分子聚合物基材的附着力，提高涂层的稳定性，同时通过在涂层中复合抗菌剂在医用导管表面构建抗菌表面，以防止医用导管介入引起感染。本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层具有亲水性，水接触角为47
±3°
，水凝胶涂层在水下稳定，在180rmp的水流中稳定一个月以上；本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层具有明显的抗菌性能，抗菌水凝胶涂层在与菌液接触24h时，涂层具有100％的ecoli的抗菌率和100％的s.aureus抗菌率；本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层具有良好的生物相容性，涂层的溶血率为0.5％
±
0.1％，细胞存活率为102％
±
4％，对细胞没有毒性。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1为本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层水接触角示意图；
[0024]
图2为本发明步骤3中得到的亲水性的水凝胶涂层接触大肠杆菌24小时之后的实验效果示意图；
[0025]
图3为本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层接触大肠杆菌24小时之后的实验效果示意图；
[0026]
图4为本发明步骤3中得到的亲水性的水凝胶涂层接触金黄色葡萄球菌24小时之后的实验效果示意图；
[0027]
图5为本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层接触金黄色葡萄球菌24小时之后的实验效果示意图；
[0028]
图6为本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层溶血实验结果示意图；
[0029]
图7为本发明制备得到的亲水性的抗菌水凝胶涂层细胞毒性实验结果示意图。
具体实施方式
[0030]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其
指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例1
[0034]
亲水性抗菌水凝胶涂层的制备
[0035]
1)基材用含有10wt％的4-丙烯酰氧基二苯甲酮有机溶剂处理5-10分钟；基材为医用材料，本实施例具体是医用导管；
[0036]
2)0.48ml(0.007mol)丙烯酸(丙烯酸作为亲水单体)、250μl 0.5mol/l 4-丙烯酰氧基二苯甲酮(4-丙烯酰氧基二苯甲酮作为光引发剂)、100μl0.15mol/l过硫酸铵水溶液、1ml水、2μln,n,n',n'-四甲基二乙胺避光80℃反应4小时，得到具有光反应的聚合物溶液；
[0037]
3)将上述步骤的聚合物溶液加入0.003mol 3-[n,n-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(两性离子单体)、100μl 0.15mol/ln,n-二甲基甲酰胺(交联剂)和2.132ml水混合，得到涂层液；
[0038]
4)将上述步骤的涂层液涂覆在基材表面，365nm的紫外光固化1-2小时后，浸水除去未反应的物质，得到亲水水凝胶涂层；
[0039]
5)将上述步骤的亲水水凝胶涂层浸入0.4m edc 0.1m nhs的mes溶液(ph值5.5)，在4℃激活0.5h；
[0040]
6)将硫酸粘杆菌素(5mg/ml)加入上述步骤的mes溶液中，在4℃活化6h，得到具有亲水性的抗菌水凝胶涂层。
[0041]
抗菌实验
[0042]
亲水性水凝胶涂层和亲水性水凝胶涂层被放置在无菌的6孔板中；
[0043]
将pbs(5
×
107个细菌/ml)中的20μl细菌悬液置于无菌的样品上。接下来，孔板上覆盖消毒的副膜，在37℃下在90％湿度气氛下培养24h；
[0044]
样品和副膜置于5ml pbs的试管中，超声30秒，漩涡振荡器振荡2min，以获得粘附的细菌；
[0045]
将得到的悬浮液连续稀释，取100μl涂布在琼脂上，在37℃培养14h(大肠杆菌)-16h(金黄色葡萄杆菌)后，用琼脂平板计数测定cfu的数量，从中计算接触杀灭效果的百分比＝(n亲水性水凝胶涂层-n
亲水性抗菌水凝胶涂层
)/n
亲水性水凝胶涂层
×
100％
[0046]
溶血率实验
[0047]
取5ml pbs缓冲溶液，然后加入新鲜抗凝兔血(抗凝兔血与pbs的体积比4：5)，制成稀释抗凝兔血备用。将涂层转移至15ml离心管中，每管加入10ml pbs溶液。阴性对照组(n组)直接加10ml pbs溶液，阳性对照组(p组)直接加10ml纯水。将所有组离心管置于37℃水浴孵育30min，每管加入200μl稀释抗凝兔血，再次37℃水浴孵育1h。将上述离心管用离心机在2500rpm离心15min，小心吸取上清液加入石英比色皿，用紫外可见分光光度计测试540nm波长处的吸光度值，并通过下述公式计算溶血率hr％。设定3个样品进行测试。
[0048]
[0049]
其中as表示样品吸光度值；a
pc
表示阴性对照吸光度值；a
pc
表示阳性对照吸光度值。
[0050]
细胞毒性实验
[0051]
(1)dmem完全培养基的配制；
[0052]
(2)细胞复苏：从冻存盒中取出l929并迅速在37℃水浴解冻，离心吸弃冻存液后加入1ml mem培养液吹打均匀，接种于培养皿中，贴壁添加6ml mem培养液并摇匀，置于co2培养箱中37℃培育，每两天更换一次培养液。当细胞达到80％密度时进行传代，每次传代一传二，扩增至第五代。
[0053]
(3)细胞分瓶：当细胞长满培养瓶时，要将细胞分瓶再培养：倒去细胞培养瓶中的培养基，加入pbs缓冲溶液清洗一次，倒去清洗液，再加1ml胰酶，等细胞在co2恒温培养箱中消化30s后，拿出培养瓶，显微镜下观察，若细胞摇晃后成片落下，则消化完成。此时，加入5ml完全培养基终止消化，将混合液转移到15ml离心管中离心，倒去离心后的上清液。在倒去上清液的离心管中加入5ml完全培养基，塑料滴管吹打均匀，均分到2个细胞培养瓶中，再在两个培养瓶中分别补加2.5ml的完全培养基。此时，细胞分瓶完成，将两个培养瓶放在co2恒温培养箱中继续培养。
[0054]
(4)将灭菌后的干态水凝胶溶胀平衡后，置于mem培养液(30mg/ml)中，37℃下浸提24h。用胰酶消化液消化l929，调节细胞密度为6
×
104/ml。将细胞悬液接种于96孔板中，每孔加100μl细胞悬液，并在co2培养箱中37℃培育24h。然后吸弃培养液，实验组加浸提液，对照组加mem培养液，继续培育24h。第三天每孔加入20μl mtt溶液(5g/l)，孵育4h后吸弃培养液，加入150μl dmso，避光振荡10min。使用酶标仪测试490nm波长处的吸光度值a，通过下面公式计算细胞存活率％。每组水凝胶设定3个样品进行测试。细胞存活率％＝a/a
对照组
。
[0055]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。