超高分子量聚乙烯-醋酸洗必泰-納基蒙脫土復(fù)合材料的制備及其抗菌性能研究.pdf

1、生物材料在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用越來越廣泛。各種人工生物材料如人工導(dǎo)尿管、人工體腔引流管、人工靜脈導(dǎo)管、人工血液透析或腹膜透析管、人工氣管插管、人工心臟瓣膜、人工骨、人工聲帶等廣泛使用。但是,生物材料在給臨床治療帶來便捷的同時(shí),仍存在某些問題。人們發(fā)現(xiàn)無論是長期或是短期留置在人體內(nèi)的生物材料,細(xì)菌、真菌等微生物作為病原菌對(duì)人類和動(dòng)物有很大的危害,影響人們的健康,甚至危及生命；微生物還會(huì)引起各種材料的分解、變質(zhì)、劣化、腐敗,帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、
　　 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種線性結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料,廣泛地應(yīng)用于紡織、采礦、化工、包裝、機(jī)械、建筑、電氣、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域。UHMWPE在生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域的應(yīng)用目前主要集中在關(guān)節(jié)替代材料、組織支架、輸血泵、包裝袋等醫(yī)用材料中。該生物材料具有生理惰性和衛(wèi)生無毒,UHMWPE已獲得美國FDA批準(zhǔn)用于人體植入材料,如心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)及節(jié)育植入體等。目前世界上已有數(shù)十萬人接受了由UHMWPE制成的

3、髖臼和金屬股骨組成的人工髖關(guān)節(jié),它的自潤滑性、抗黏附和不結(jié)焦等優(yōu)點(diǎn)使其在機(jī)械耐磨零件、人工關(guān)節(jié)等方面有良好的應(yīng)用前景,但目前關(guān)于UHMWPE的抗菌殺菌研究成果鮮有報(bào)道。
　　 目前,對(duì)于生物醫(yī)用聚合物復(fù)合材料的抗菌性能的研究,主要采用將抗菌劑直接加入到基體材料的方法,制得相應(yīng)具有抗菌性能的生物醫(yī)用材料。這種直接添加抗菌劑的方法操作簡單,抗菌劑添加量可以準(zhǔn)確控制,但小分子的抗菌劑在高分子基體材料中的分散受高分子基體材料與抗菌劑相容

4、性及加工工藝的限制,抗菌劑易團(tuán)聚、析出,難以實(shí)現(xiàn)與基體材料的充分混合,因而抗菌效果相對(duì)較差。同時(shí)抗菌劑大多耐溫性能較差,應(yīng)用于UHMWPE等高熔點(diǎn)的基體材料中時(shí),常常會(huì)在加工過程中因高溫分解失效,喪失抗菌效果。
　　 本論文將抗菌劑醋酸洗必泰(CA)插層到鈉基蒙脫土(MMT)片層間,制備得到新的改性抗菌劑填料,再將其與UHMWPE熔融共混,得到具備抗菌性能的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)直接添加抗菌劑的方法相比,該方法具有如下明顯優(yōu)點(diǎn):

5、>　　 (1)抗菌藥物插層進(jìn)入MMT填料,可有效增強(qiáng)抗菌藥物的熱穩(wěn)定性,有利于材料加工。
　　 (2)MMT等層狀填料的存在可以降低抗菌藥物的遷移速度,提高藥物在UHMWPE基體中的穩(wěn)定性。同時(shí)MMT在加工時(shí)可以發(fā)生熔融剝離,形成納米尺度片層結(jié)構(gòu),可以延緩藥物的釋放速度,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料長效抗菌、抑菌的目的。
　　 (3)小分子抗菌藥物的加入可以對(duì)聚合物起增塑作用,而納米層狀填料的加入可以提高抗菌藥物的分散能力,使增塑作用

6、得到進(jìn)一步加強(qiáng)。
　　 本論文通過以MMT作為母體,以抗菌類藥物插層MMT作為填料,制備得到具有抗菌效果的有機(jī)/無機(jī)抗菌填料；以HAKKE轉(zhuǎn)矩流變儀密煉系統(tǒng)跟蹤UHMWPE在不同溫度下的扭矩曲線,確定了UHMWPE最佳加工加工條件(螺桿轉(zhuǎn)速,各加熱段溫度等)。在最佳加工條件下,將具有抗菌效果的有機(jī)/無機(jī)抗菌填料填充加入U(xiǎn)HMWPE,制備得到具有抗菌性能的UHMWPE復(fù)合材料。結(jié)果表明:溫度為195-200℃,轉(zhuǎn)速為60-70r/

7、min,加工時(shí)間為5min時(shí)獲得的復(fù)合材料較好。
　　 本論文利用XRD、ATR-FTIR、靜態(tài)接觸角、TG、拉伸測試和動(dòng)態(tài)流變測試系統(tǒng)等研究手段,對(duì)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行了研究和表征,發(fā)現(xiàn)經(jīng)CA插層功能化改性的MMT填料加入U(xiǎn)HMWPE中,MMT能夠更好的剝離,實(shí)現(xiàn)了填料在UHMWPE中良好的分散,且UHMWPE/CA-MMT的親水性得到改善,且MMT的存在利于加工時(shí)CA熱穩(wěn)定性的提高,為有效防止因熱降解導(dǎo)致殺菌效果的降

8、低提供了前提；力學(xué)拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明CA-MMT抗菌填料的加入使UHMWPE復(fù)合材料的斷裂伸長率和楊氏模量得到了一定的提高,但拉伸強(qiáng)度提高不明顯。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了流變學(xué)研究,結(jié)果表明:CA為小分子,在該體系中起增塑作用,從而導(dǎo)致了UHMWPE/CA體系的儲(chǔ)存模量G'、損耗模量G"和復(fù)合粘度η*的下降；MMT等片層填料的加入明顯提高聚合物的體系粘度,導(dǎo)致UHMWPE/MMT復(fù)合材料的儲(chǔ)存模量G'、損耗模量G"和復(fù)合粘度η*均明顯上升。

9、>　　 在上述工作的基礎(chǔ)之上,利用細(xì)菌黏附實(shí)驗(yàn)、貼膜法塑料抗菌能力試驗(yàn)分別對(duì)上述復(fù)合材料的抗菌性能進(jìn)行測試,確定該復(fù)合材料中藥物和母體填料的最佳加入量,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的長效抗、抑菌效果。結(jié)果表明:CA的加入提高了UHMWPE的抗菌能力；而UHMWPE/CA-MMT中細(xì)菌的分布最少,且大腸桿菌變的干癟,起皺,無飽滿感,嚴(yán)重變形,整體形狀已經(jīng)失去,說明粘附在UHMWPE/CA-MMT材料表面的細(xì)菌已全部死亡,抗菌效果明顯,長效抗菌效果也非常