表面修饰.pdf

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201480035004.1 (22)申请日 2014.06.19 1310985.5 2013.06.20 GB A61L 31/08(2006.01) A61L 31/12(2006.01) A61L 29/12(2006.01) A61L 29/08(2006.01) A61L 27/28(2006.01) A61L 27/40(2006.01) A61L 27/34(2006.01) (71)申请人 新加坡国立大学 地址 新加坡新加坡城 (72)发明人 王荣 梁君仪 钟俞明 康燕堂 淡马亚 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代

2、理有限 公司 11227 代理人 郑斌 彭鲲鹏 (54) 发明名称 表面修饰 (57) 摘要 我们公开了用于修饰例如医疗装置如导管、 支架、 套管或其他窄管的表面以防止细菌感染和 结垢的新的组合物。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2015.12.18 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/SG2014/000291 2014.06.19 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2014/204407 EN 2014.12.24 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书19页 附图18页 CN 105

3、431181 A 2016.03.23 CN 105431181 A 1/2 页 2 1.医疗装置， 其包含具有经修饰表面的支持基底， 所述表面包含覆盖所述装置表面的 全部或一部分的两个或更多个层， 所述层包括 ： 包含与一种或更多种抗微生物金属离子或 纳米颗粒缔合之持续释放聚合物的第一层， 与所述第一层接触并且包含持续释放聚合物的 第二层， 并且还包括包含防污聚合物的生物相容性最上层， 其中， 在使用时， 所述经修饰表 面抑制所述医疗装置的细菌粘附和 / 或生物膜形成以及结垢。 2.根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述装置在所述第二层与所述最上层之间包含至 少一个另外的层， 所述另外的层

4、包含持续释放聚合物以及一种或更多种抗微生物金属离子 或纳米颗粒。 3.根据权利要求 1 或 2 所述的装置， 其中所述装置表面包含多个第一层和第二层以提 供多层的装置表面。 4.根据权利要求 1 至 3 中任一项所述的装置， 其中所述经修饰表面的厚度为 2m 至 20m。 5.根据权利要求 4 所述的装置， 其中所述经修饰表面的厚度为 10m+/-10。 6.根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的装置， 其中所述第一层和所述第二层包含相同 的持续释放聚合物。 7.根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的装置， 其中所述第一层和所述第二层包含不同 的持续释放聚合物。 8.根据权利要求 1 至

5、6 中任一项所述的装置， 其中所述持续释放聚合物是聚多巴胺或 其功能等同衍生物。 9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置， 其中所述离子或纳米颗粒包含选自银、 金 或铜的抗微生物金属。 10.根据权利要求 9 所述的装置， 其中所述抗微生物金属离子或纳米颗粒包含银。 11.根据权利要求 1 至 10 中任一项所述的装置， 其中所述抗微生物金属包含至少 12g 金属离子 /cm2。 12.根据权利要求 11 所述的装置， 其中所述抗微生物金属包含 12g 至 25g 金属离 子 /cm2。 13.根据权利要求 1 至 12 中任一项所述的装置， 其中所述生物相容性聚合物选自 ： 聚 ( 磺基甜

6、菜碱甲基丙烯酸酯 - 共 - 丙烯酰胺 ) 聚 (SBMA- 共 -AAm)、 其他两性离子聚合物 及衍生物、 聚乙二醇、 聚丙烯酸、 聚 ( 甲基丙烯酸 2- 羟乙酯 )、 琼脂糖和藻酸盐及其衍生物。 14.根 据 权 利 要 求 13 所 述 的 装 置， 其 中 在 所 述 生 物 相 容 性 层 中 包 含 聚 (SBMA- 共 -AAm)。 15.根据权利要求中 1 至 14 中任一项所述的装置， 其中所述支持基底包含选自以下的 聚合物 ： 硅酮、 尼龙、 镍钛诺、 聚氨酯、 胶乳、 聚乙烯或热塑性聚合物。 16.根据权利要求 15 所述的装置， 其中所述支持基底包含硅酮。 17.根

7、据权利要求 1 至 16 中任一项所述的装置， 其中所述支持基底包含金属。 18.根据权利要求 17 所述的装置， 其中所述支持基底包含选自以下的金属 ： 不锈钢、 钴 - 铬 (Co-Cr) 和钛及其合金。 19.根据权利要求 1 至 18 中任一项所述的装置， 其中所述经修饰表面包含至少一种抗 微生物剂， 其中所述抗微生物剂不是抗微生物金属。 权 利 要 求 书 CN 105431181 A 2 2/2 页 3 20.根据权利要求 19 所述的装置， 其中所述抗微生物剂是抗生素。 21.根据权利要求 19 所述的装置， 其中所述抗微生物剂是抗微生物肽。 22.根据权利要求 1 至 21 中

8、任一项所述的装置， 其中所述医疗装置是导管。 23.根据权利要求 1 至 21 中任一项所述的装置， 其中所述医疗装置是支架。 24.根据权利要求 23 所述的装置， 其中所述支架是输尿管支架或前列腺支架。 25.根据权利要求 1 至 21 中任一项所述的装置， 其中所述医疗装置是套管。 26.用于制造装置之基底表面的方法， 其包括以下步骤 ： i) 使所述基底的全部或一部分表面与包含至少一种持续释放聚合物的流体接触以使 所述基底涂布有第一聚合物层 ； ii) 使所述第一聚合物层与包含至少一种抗微生物金属的流体接触以使所述第一聚合 物层涂布有所述抗微生物金属 ； 任选地 iii) 重复步骤 i

9、) 和 ii) 一次或更多次 ； iv) 使经双层或多层涂布的基底与包含至少一种持续释放聚合物的流体接触以控制所 述抗微生物金属释放并锚定随后的防污层 ； 以及 v) 使经涂布的基底与包含至少一种防污聚合物的流体接触。 27.根据权利要求 26 所述的方法， 其中将所述基底浸入包含所述持续释放聚合物的液 体中， 随后将其浸入包含所述抗微生物金属的液体中。 28.根据权利要求 26 所述的方法， 其中使所述基底与包含所述持续释放聚合物的液体 喷雾接触， 随后将其与包含所述抗微生物金属的雾化流体接触。 29.根据权利要求 26 至 28 中任一项所述的方法， 其中所述持续释放聚合物是聚多巴 胺。

10、30.根据权利要求 26 至 29 中任一项所述的方法， 其中所述抗微生物金属是银。 31.装置， 其包含通过根据权利要求 26 至 30 中任一项所述的方法获得或可获得的基 底。 32.根据权利要求 31 所述的装置， 其中所述装置选自 ： 导管、 支架、 输尿管支架或前列 腺支架或者套管。 33.治疗需要导管插入之对象的手术方法， 其包括向所述对象植入根据权利要求 1 至 25 中任一项所述的医疗装置。 34.根据权利要求 33 所述的方法， 其中将所述医疗装置植入到所述对象的尿道中。 35.根据权利要求 33 所述的方法， 其中将所述医疗装置植入到所述对象的前列腺。 36.根据权利要求

11、33 所述的方法， 其中将所述医疗装置植入到所述对象的输尿管中。 权 利 要 求 书 CN 105431181 A 3 1/19 页 4 表面修饰 0001 本公开内容涉及用于修饰 (modify) 例如医疗装置 ( 例如导管、 支架、 套管 (cannula) 或其他窄管 ) 的表面以防止细菌感染和结垢 (encrustation) 的新的组合物 ； 包 含所述表面的医疗装置 ； 用于修饰所述表面的方法以及使用所述经修饰医疗装置的治疗方 法。 背景技术 0002 医疗装置被植入到患者中以治疗多种疾病和病症。医疗装置包括导管、 支架 ( 输 尿管支架或前列腺支架 )、 套管、 假体和植入物。医

12、疗装置的植入必然需要患者经受植入装 置的免疫排斥以及由微生物病原体引起的病原感染 (adventitious infection) 的概率增 加二者。此外， 医疗装置周围和医疗装置中碎片的积累可以以将患者的健康置于另外风险 的程度阻碍装置的功能。装置表面与周围环境之间的界面对于提供持续运行的装置以及 使患者不暴露于由微生物病原体引起的不必要的感染风险是至关重要的。特别地， 抗生素 抗性细菌病原体例如金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)、 艰难梭菌 (Clostridium difficile)、 铜 绿 假 单 胞 菌 (Pseudomonas aeruginosa，

13、 P.aeruginosa) 和 大 肠 杆 菌 (Escherichia coli， E.coli) 的增加在医院感染越来越普遍的医院中引发了危机。因此， 持续期望提供减少由微生物病原体(特别是已变成抗生素抗性的微生物病原体)引起的机 会性感染的医疗植入物。 0003 对于患者而言， 医疗装置在体内停留的时间越长， 感染的风险越高。几乎所有 经历长期导管插入的患者将发生菌尿 1， 且导管相关的尿路感染 (catheter-associated urinary tract infection， CAUTI) 是最常见的护理相关感染。类似地， 发现输尿管支架仅 在 2 周后就被细菌定殖 (col

14、onize) 且速率随着支架植入的时间变长而提高 2。大肠杆菌和 铜绿假单胞菌是在导管和输尿管支架两者相关的尿路感染中发现的两种最常见的病原体 3， 4。 0004 结垢是与导尿管和输尿管支架相关的另一种并发症， 并且是 CAUTI 中死亡率和发 病率的主要原因。如果导管中没有阻塞， 则 CAUTI 一般无症状。然而， 如果发生阻塞， 则上 行性感染 ( 即， 肾盂肾炎或肾感染 )、 血流感染甚至死亡的风险将提高 5。病原体如奇异变 形菌 (Proteus mirabilis， P.mirabilis) 产生脲酶， 其将尿素水解成氨， 导致尿的 pH 值提 高。在碱性条件下， 形成磷酸钙和磷酸

15、镁晶体并沉积在装置表面上 6。因此， 导管或支架腔 将被结垢阻塞， 这导致装置发生故障。 0005 为了防止细菌感染和结垢， 已经使用具有可扩散性抗微生物剂之导管的抗菌表面 涂层 (coating)。抗微生物剂 ( 例如呋喃西林 7和三氯生8， 9) 已用于制造抗菌导尿管和输 尿管支架， 但有限数量的研究和呈现的短期结果并不能表明长期功效 7-9， 此外， 当使用抗生 素涂布的导管时， 缺乏精确的剂量管理可促进细菌抗性。银已经广泛用于抗菌装置涂层 10， 然而， 市售的银涂布的导尿管在抑制细菌生物膜形成 7和结垢11-13方面功效有限。 它们失败 的一个可能的原因是， 银从涂层的释放有限 12

16、， 这是由于低的固有银释放能力12或在导管表 面上形成的条件化 (conditioning) 膜 ( 含有来自尿的沉淀的盐和 / 或来自裂解的细菌细 说 明 书 CN 105431181 A 4 2/19 页 5 胞的碎片 ) 阻碍了银扩散 13。 0006 医疗装置的涂布是本领域中已知的并且用于使医疗装置 ( 例如导管 ) 的表面 涂布有抗菌材料和其他生物活性剂。US8308699 公开了涂布有一种或更多种包含例如甲 基丙烯酸酯衍生物之衬里涂层 (undercoat) 的基底 (substrate)。所述衬里涂层提供非 污 (non-fouling) 组分和绑定组分以使其固定在基底上并附着一

17、个或更多个面涂层 (top coat)。包含两性离子材料 ( 例如甘氨酸甜菜碱或三甲胺氧化物 ) 的面涂层可用来改善生 物相容性和减少由蛋白质或细菌引起的污染。生物活性剂 ( 例如荧光标签或比色标签、 抗 血栓形成标签或抗微生物肽 ) 也可附着至衬里涂层或面涂层。US20110305898 公开了用于 包含非污聚合物材料和银颗粒之医疗装置基底的生物相容性涂层。 0007 已发现包含儿荼酚 (DOPA) 和胺 ( 赖氨酸 ) 基团的多巴胺 ( 一种小分子化合物 ) 具有优异的粘附性能并一直用于许多生物医学应用。 儿荼酚及其衍生的化合物可在多种无 机材料和有机材料(包括贵金属、 金属氧化物、 云母

18、、 硅石、 陶瓷以及甚至聚合物)上进行自 组装。 0008 本公开内容涉及在基底(例如硅酮)上的双层或多层中用于抗微生物剂持续释放 的聚合物(下文中称为持续释放聚合物， 例如聚多巴胺(PDA)与作为离子或纳米颗粒的抗 微生物金属 ( 例如银、 金或铜 ) 的组合， 所述组合是用于有效地防止医疗装置 ( 例如导管 ) 的表面上之细菌生长的有效手段。 独特的经多层经修饰表面提供了有效抗菌量的银的持续 释放， 当其与防污层 (anti-fouling layer) 结合时， 有效地阻碍了在经修饰医疗装置中或 其上的细菌粘附、 生物膜形成和结垢。 发明内容 0009 根据本发明的一个方面， 提供了包含

19、具有经修饰表面之支持基底的医疗装置， 所 述表面包含覆盖所述装置表面的全部或一部分的一层或更多层， 所述层包括与一种或更多 种抗微生物金属离子或纳米颗粒相关的持续释放聚合物和包含防污聚合物的生物相容性 最上层， 其中， 当使用时， 经修饰表面抑制医疗装置的细菌粘附和 / 或生物膜形成以及结 垢。 0010 在本发明的一个优选实施方案中， 所述装置表面包括包含所述持续释放聚合物和 抗微生物金属离子或纳米颗粒的第一层以及与所述第一层接触且包含持续释放聚合物的 第二层， 其中所述第二层设置有包含防污聚合物的生物相容性最上层以提供经修饰医疗装 置表面。 0011 在本发明的一个优选实施方案中， 所述装

20、置表面包含多个第一层和第二层以提供 多层的装置表面。 0012 在本发明的一个优选实施方案中， 所述经修饰表面的厚度为 2m 至 20m。优选 地， 所述经修饰表面的厚度为 10m+/-10。 0013 在本发明的一个优选实施方案中， 第一层和第二层包含相同的持续释放聚合物。 0014 在本发明的一个替代优选实施方案中， 第一层和第二层包含不同的持续释放聚合 物。 0015 在本发明的一个优选实施方案中， 所述持续释放聚合物是聚多巴胺或其功能等同 衍生物。 说 明 书 CN 105431181 A 5 3/19 页 6 0016 在本发明的一个优选实施方案中， 所述离子或纳米颗粒包括选自银、

21、金或铜的抗 微生物金属。 0017 在本发明的一个优选实施方案中， 所述离子或纳米颗粒包含抗微生物金属银。 0018 在本发明的一个优选实施方案中， 所述抗微生物金属包含至少 12g 金属离子 / cm2。 0019 在本发明的另一个实施方案中， 所述抗微生物金属包含 12g 至 25g 金属离子 /cm2。 0020 在本发明的一个优选实施方案中， 所述抗微生物金属的浓度为 4g 至 40g/cm2 经修饰表面。 0021 在本发明的一个优选实施方案中， 所述生物相容性层包含选自以下的聚合物 ： 聚 ( 磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯 - 共 - 丙烯酰胺 ) 聚 (SBMA- 共 -AAm)、 其

22、他两性离子聚合物 及衍生物、 聚乙二醇、 聚丙烯酸、 聚 ( 甲基丙烯酸 2- 羟乙酯 )、 琼脂糖和藻酸盐及其衍生物。 0022 在本发明的一个优选实施方案中， 所述生物相容性层包含聚 (SBMA- 共 -AAm)。 0023 在本发明的一个优选实施方案中， 所述支持基底包含选自以下的生物相容性聚合 物 ： 硅酮、 尼龙、 镍钛诺 (nitinol)、 聚氨酯 (polyurethane， PU)、 热塑性聚合物、 胶乳和聚乙 烯。 0024 在本发明的一个优选实施方案中， 所述支持基底包含硅酮。 0025 在本发明的一个优选实施方案中， 所述支持基底包含金属。 0026 在本发明的一个优选

23、实施方案中， 所述支持基底包含选自以下的金属 ： 不锈钢、 钴 - 铬 (Co-Cr)、 钛及其合金。 0027 在本发明的另一个优选实施方案中， 所述经修饰表面包含至少一种抗微生物剂， 其中所述抗微生物剂不是抗微生物金属。 0028 在本发明的一个优选实施方案中， 所述抗微生物剂是抗生素。 0029 有效控制细菌病原体的抗生素类的实例包括 ( 仅举例 ) ： 青霉素类、 头孢菌素类、 利福霉素类、 磺胺类 (sulphonomides)、 大环内酯类和四环素类。 0030 在本发明的一个替代优选实施方案中， 所述抗微生物剂是抗微生物肽。 0031 优选地， 所述抗微生物肽是皮西丁蛋白 (de

24、rmicidin)、 杀菌肽或防卫素。 0032 在本发明的一个优选实施方案中， 所述医疗装置是导管。 0033 在本发明的一个优选实施方案中， 所述医疗装置是支架， 例如输尿管支架或前列 腺支架。 0034 在本发明的一个优选实施方案中， 所述医疗装置是套管。 0035 根据本发明的另一个方面， 提供了用于制造装置之基底表面的方法， 所述方法包 括以下步骤 ： 0036 i) 使所述基底的全部或一部分表面与包含至少一种持续释放聚合物的流体接触 以使所述基底涂布有第一聚合物层 ； 0037 ii) 使所述第一聚合物层与包含至少一种抗微生物金属的流体接触以使所述第一 聚合物层涂布有所述抗微生物金

25、属 ； 任选地 0038 iii) 重复步骤 i) 和 ii) 一次或更多次 ； 0039 iv) 使经双层或多层涂布的基底与包含至少一种持续释放聚合物的流体接触以控 说 明 书 CN 105431181 A 6 4/19 页 7 制所述抗微生物金属释放并锚定随后的防污层 ； 以及 0040 v) 使经涂布的基底与包含至少一种防污聚合物的流体接触。 0041 在本发明的一种优选方法中， 将所述基底浸入包含所述持续释放聚合物的液体 中， 随后将其浸入包含所述抗微生物金属的液体中。 0042 在本发明的一种替代方法中， 使所述基底与包含所述持续释放聚合物的液体喷雾 接触， 随后将其与包含所述抗微生

26、物金属的雾化流体接触。 0043 在本发明的一种优选方法中， 所述持续释放聚合物是聚多巴胺。 0044 在本发明的一个优选实施方案中， 所述抗微生物金属是银。 0045 根据本发明的另一个方面， 提供了包含根据本发明方法获得或可获得之基底的装 置。 0046 根据本发明的另一个方面， 提供了根据本发明的经修饰基底， 其用于制造医疗装 置。 0047 在本发明的一个优选实施方案中， 所述装置选自 ： 导管、 支架、 输尿管支架或前列 腺支架、 套管或者假体。 0048 根据本发明的另一个方面， 提供了治疗需要导管插入之对象的手术方法， 所述方 法包括向所述对象中植入根据本发明的医疗装置。 004

27、9 在本发明的一种优选方法中， 将所述医疗装置植入到所述对象的尿道中。 0050 在本发明的一种替代优选方法中， 将所述医疗装置植入到所述对象的前列腺。 0051 在本发明的一种替代优选方法中， 将所述医疗装置植入到所述对象的输尿管中。 0052 根据本发明的另一个方面， 提供了药盒， 其包含 ： 0053 i) 包含基底的装置 ； 0054 ii) 包含持续释放聚合物的第一溶液 ； 0055 iii) 包含抗微生物金属的第二溶液 ； 和 0056 iv) 包含防污聚合物的第三溶液。 0057 在本申请的整个说明书和权利要求书中， 词语 “包括” 和 “包含” 以及这些词的变 形， 例如 “含

28、有” 和 “具有” ， 意指 “包括但不限于” ， 且并非意在 ( 并且不 ) 排除其他部分、 添 加物、 组分、 整数或步骤。 “基本上由 组成” 意指具有基本的整数， 但包括实质上并不 影响基本整数的功能的整数。 0058 在本申请的整个本说明书和权利要求书中， 除非上下文另有要求， 否则单数涵盖 复数。特别地， 当使用不定冠词时， 除非上下文另有要求， 否则本申请应理解为考虑了复数 以及单数。 0059 除非互相矛盾， 否则结合本发明的特定方面、 实施方案或实施例所描述的特征、 整 数、 特性、 化合物、 化学部分或基团应理解为适用于本文描述的任何其他方面、 实施方案或 实施例。 006

29、0 主附图 0061 图 1. 说明了 (A) 聚 (SBMA- 共 -AAm) 的合成， (B) 用于修饰硅酮导管表面的步骤 和 (C)P3 涂布之导管的结构层的示意图 ； 0062 图 2. 原始的 (pristine) 硅酮表面和 PDA-、 PDA- 银纳米颗粒 (AgNP)-、 P1、 P2 和 P3 涂布的硅酮表面的 X 射线光电子能谱法 (X-ray photoelectron spectroscopy， XPS) 宽 说 明 书 CN 105431181 A 7 5/19 页 8 扫描谱。插图示出了各个表面的 N 1s 芯能级谱 (core-level spectrum) ；

30、0063 图 3. 原始的硅酮表面和 PDA-， PDA-AgNP-、 P1、 P2、 P3 涂布的硅酮表面的水接触角 (contact angle)。表示与原始硅酮表面相比， 具有显著差异 (P 0.05) ； 0064 图 4.(i)DoverTM银 - 涂布的导管， (ii) 未经修饰的全硅酮导管， (iii)P2 和 (iv) P3 涂布的硅酮导管的机械性质 ； 0065 图 5.(A) 不同导管段的银含量 ； 和 (B) 在所示位置 (X1、 X2、 X3) 得到的 P3 涂布的 导管段的银含量。上方的图表明从 6.5cm 导管段切下 X1、 X2、 X3 段 ( 各为 1cm) 的

31、位置。丢 弃在两端的 0.25cm 的段。通过热酸消化和电感耦合等离子体 - 质谱法 (ICP-MS) 来测定银 含量 ； 0066 图6.(A)在含有105个细胞/ml的培养基中将原始的、 PDA-聚(SBMA-共-AAm)-和 P3 涂布的导管段孵育 24 小时后， 其腔内表面上奇异变形菌生物膜的共聚焦激光扫描显微 术 (CLSM) 图像 ( 体积视图 )。比例尺代表 100m。(B) 在含有 108个细胞 /ml 的磷酸缓冲 盐水 (PBS) 中孵育 4 小时后 ( 细菌粘附测定 )， 或在含 105个细胞 /ml 的培养基中孵育 24 小时后 ( 生物膜形成测定 )， 在 1cm2的导

32、管段表面上存活的细菌细胞。和 # 分别表示与 原始硅酮导管和 DoverTM银涂布的导管相比， 具有显著差异 (P 0.05) ； 0067 图 7.(A) 在 37下， 在 2ml 的无菌人工尿中孵育 7 天和 (B) 在 37下， 在 2ml 的 具有奇异变形菌 (105个细胞 /ml) 的人工尿培养基中孵育 7 天后， 从 1cm 导管段释放的银。 (C) 在 37下， 在具有奇异变形菌 (105个细胞 /ml) 的 2ml 人工尿培养基中孵育 48 天后从 1cm P3 涂布的导管段释放的银。每天更换释放培养基并使用 ICP-MS 测定释放培养基中的 银浓度。箭头指示结垢发生时的平均时

33、间点 ； 0068 图 8.(A) 用 105个细胞 /ml 奇异变形菌接种的新制备的人工尿 (2ml) 攻击 1cm 导 管段的结垢测定。样品 i、 ii、 iii、 iv、 v 分别表示对照 ( 无导管段的细菌悬浮液 )、 DoverTM 银涂布的导管以及 P1、 P2、 P3 涂布的导管。浊度指示晶体形成 ( 样品 i 在第 1 天和样品 i、 ii 在第 7 天 )。在第 1 天通过离心从混浊的对照 ( 样品 i) 收集的材料之 (B) 扫描电子显微 术(SEM)图像和(C)能量色散型X射线光谱法(energy dispersive X-ray spectroscopy， EDX) 元

34、素分析 ； 0069 图 9. 不同导管的平均无结垢期。表示与 DoverTM银涂布的导管相比， 具有显著 差异 (P 0.05) ； 以及 0070 图 10.(A-F) 腔内涂层和 (G-I) 腔内表面之截面的 SEM 图像 ； (A-C) 在结垢试验 前、 (D-E&G-H) 在结垢试验 7 天后以及 (F&I) 在结垢试验 40 天后的 SEM 图像 ； (J-L) 分别是 (G-I) 中所示的表面的 EDX 分析。(A、 D、 G、 J) ： DoverTM银涂布的导管 ； (B、 E、 H、 K) ： P2 涂布 的导管 ； 和 (C、 F、 I、 L) ： P3 涂布的导管。比例

35、尺代表 10m。 0071 补充附图 0072 图 S1. 在表面润滑性试验中使用的装置 ( 左 ： 示意图， 右 ： 实验装置的照片 ； 插图 ： 装置中导管段的顶视图 ) ； 0073 图 S2.(a) 在热酸消化之前和 (b) 热酸消化之后 DoverTM和 P3 涂布的导管段的腔 内表面之 XPS Ag 3d 的芯能级谱 ； 0074 图 S3.(A) 在导管摩擦试验中使用的装置 ； (B) 在摩擦试验中导管通过装置的运 动 ； (C) 在弯曲试验中导管变形的示意图 ； 说 明 书 CN 105431181 A 8 6/19 页 9 0075 图 S4. 聚 (SBMA- 共 -AAm

36、) 的 XPS 宽扫描谱和 N1s 芯能级谱 ； 0076 图 S5. PDA- 和 PDA-AgNP- 涂布的硅酮表面之场致发射扫描电子显微术 (FESEM) 图像和 EDX 银图。箭头表示自聚合的 PDA 颗粒。在 FESEM 图像和 EDX 图中的比例尺代表 1m ； 0077 图 S6. 原始硅酮导管、 P2 和 P3 涂布的导管和 DoverTM银涂布的硅酮导管之腔外表 面的原子力显微术 (Atomic force microscopy， AFM)3D 图像 ； 0078 图 S7. 不同导管段的表面润滑性质 ； 0079 图 S8. 在原始导管和 P3 导管的腔外表面上奇异变形菌生

37、物膜的 CLSM 图像。导管 段在含有 105个细胞 /ml 的培养基中孵育 24 小时。比例尺代表 100m ； 0080 图 S9. 在含有 108个细胞 /ml 的人工尿中孵育 4 小时后， 在 1cm 2的导管段表面上 存活的大肠杆菌 UTI89。表示与原始硅酮导管相比， 具有显著差异 (P 0.05) ； 0081 图 S10. 在含有 105个细胞 /ml 的培养基中孵育 24 小时后， 在 1cm 2原始和 P3 涂布 的 PU 以及 Co-Cr 表面上存活的大肠杆菌 DH5 和奇异变形菌。表示与原始的基底表面 相比， 具有显著差异 (P 0.05) ； 0082 图 S11.(

38、A) 在与导管段孵育 24 小时后， 人工尿中颗粒的尺寸分布， 和 (B) 在与导 管段孵育 24 小时后， 过滤之前和之后人工尿中的银浓度， 和载有银的人工尿对奇异变形菌 的杀菌效率 ； 0083 图 S12.(A) 在无菌人工尿中浸泡 7 天后 DoverTM银涂布的导管， (B) 在无菌人工尿 中浸泡 7 天后 P2 涂布的导管， 以及 (C) 在无菌人工尿中浸泡 40 天后 P3 涂布的导管之腔内 涂层的截面的 SEM 图像。比例尺代表 10m ； 0084 图 S13.(A) 在稳定性试验之前和之后腔外导管表面的 XPS 宽扫描谱和 Ag 3d 谱。 (B) 稳定性试验后腔外导管表面

39、上奇异变形菌生物膜的 CLSM 图像。比例尺代表 100m。 P3-F 和 P3-B 分别表示在摩擦试验和弯曲试验后的 P3 导管段 ； 和 0085 图 S14.(A-B) 在含有导管提取物的培养基中孵育后， 3T3 成纤维细胞的生存力。 SA/Vol 比是导管表面面积与在提取中使用的培养基的体积的比。(C) 通过 ICP-MS 测定的 提取培养基中的银浓度。(D) 在具有不同浓度的 AgNO3的培养基中孵育 24 小时和 72 小时 后， 3T3成纤维细胞的生存力。 将生存力表示为相对于用无毒对照获得之结果的百分比。 表示与无毒对照相比， 具有显著差异 (P 0.05)。 0086 材料和

40、方法 0087 全硅酮弗利导管 (14 Ch/Fr(OD 4.7mm) 均购自 C.R.Bard Inc.， Georgia， US， 并且用于表面修饰实验。 银涂布的100硅酮弗利导管(DoverTM， 14 Ch/Fr(OD 4.7mm) 是从 Covidien LLC， Massachusetts， US 获得的。根据制造商， 弗利导管 (Foley catheter) 在腔内和腔外两个表面上均涂布有磷酸盐离子银水凝胶。医用级硅酮片 ( 厚度 为 1mm) 是从 Bioplexus Inc.， California， US 获得的。聚氨酯片 (PU， 厚度为 2mm) 购自 Centra

41、l Polymer Engineering Supply， Singapore。 钴-铬合金箔(Co50/Cr20/W15/Ni10/ Fe3/Mn2， Co-Cr， 厚度为 0.6mm) 购自 Goodfellow Inc.， Huntingdon， UK。盐酸多巴胺、 硝 酸银、 2-( 甲基丙烯酰氧基 ) 乙基 二甲基 -(3- 磺丙基 ) 氢氧化铵 ( 磺基甜菜碱甲基丙 烯酸酯， SBMA)、 丙烯酰胺 (AAm)、 过硫酸铵、 3-4， 5- 二甲基 - 噻唑 -2- 基 -2， 5- 二苯基 说 明 书 CN 105431181 A 9 7/19 页 10 四唑溴化物 (MTT)、

42、 胰蛋白酶大豆培养液 (tryptic soy broth)、 溶菌培养液 (lysogeny broth)、 营养培养液和琼脂均购自 Sigma-Aldrich， Missouri， US。使用的所有其他化学品 均为分析纯试剂(AR)且购自Sigma-Aldrich或Merck Chem Co.(Darmstadt， Germany)。 大 肠杆菌(ATCC DH5)、 奇异变形菌(ATCC 51286， 一种分离自导尿管感染患者的菌株)以及 3T3 成纤维细胞从美国典型菌种保藏中心 (American Type Culture Collection)(ATCC， Virginia， US)

43、 获得。铜绿假单胞菌 PAO1 购自 National Collection of Industrial Food and Marine Bacteria(NCIMB， Aberdeen， UK)。大肠杆菌 UTI89( 一种分离自单纯性膀胱炎 患者的尿路病原性菌株 14) 是由新加坡基因组研究所的 Swaine Chen 博士友情提供的。 0088 根据在文献中报道的方法制备人工尿基础溶液 11。将氯化钙 (0.49g)、 氯化镁 六水合物 (0.65g)、 氯化钠 (4.6g)、 硫酸二钠 (2.3g)、 脱水柠檬酸三钠 (0.65g)、 草酸二钠 (0.02g)、 磷酸二氢钾 (2.8g

44、)、 氯化钾 (1.6g)、 氯化铵 (1.0g) 和尿素 (25g) 溶解于 800ml 蒸 馏水中。使用 1M 氢氧化钠溶液将 pH 调节至 6.0 并将溶液通过 0.2m 膜过滤来除菌。为 了制备用于测试银从涂布的导管释放的人工尿盐溶液， 向基础溶液添加预高压灭菌的蒸馏 水以使最终的溶液体积达到 1000ml。对于在结垢试验中所用的人工尿培养基， 单独制备具 有 1.0g 胰蛋白酶大豆培养液和 5.0g 明胶的 200ml 溶液并通过高压灭菌进行灭菌， 然后添 加到无菌人工尿基础溶液以补充至总体积为 1000ml。将所制备的溶液保持在 4冰箱中并 在一个月内使用。 0089 聚 (SBM

45、A- 共 -AAm) 的合成 0090 根据先前报道的方法通过自由基聚合来合成聚(SBMA-共-AAm)(图1A)15。 简言之， 将 SBMA(3.35g， 12mmol)、 AAm(0.21g， 3mmol) 和蒸馏水 (20ml) 置于 50ml 的单颈圆底瓶中。 将混合物以500rpm持续搅拌并用氮气吹扫以脱气20分钟。 添加过硫酸铵(23mg， 0.1mmol) 以起始反应并再保持脱气 10 分钟。然后将瓶密封， 并在持续搅拌下， 使反应在 60的油浴 中进行 5 小时。使用纤维素膜 ( 分子量截断值为 12000， Sigma-Aldrich) 使产物透析三天 以除去未反应的试剂、

46、 盐和低分子量产物， 然后冻干。 0091 表面修饰 0092 在修饰前， 将硅酮导尿管切成 6.5cm 的长度。如图 1B 所示修饰导管段的表面。通 过在室温下将导管段浸入 10mL 的多巴胺溶液 ( 在 10mM Tris 缓冲液中 2mg/ml， pH 8.5) 中 振荡 24 小时以使 PDA 层首先涂布在导管表面上 16。随后通过在室温下将 PDA 涂布的段浸 入 10ml 的 50mM AgNO3水溶液中振荡 24 小时在表面上形成 AgNP。然后通过用 10ml 新鲜制 备的多巴胺溶液 ( 在 10mM Tris 缓冲液中 2mg/ml， pH 8.5) 将 PDA-AgNP 涂

47、布的段处理 24 小时而接枝 (graft) 另一个 PDA 层。将这个具有 PDA-AgNP-PDA 层的经修饰导管表示为 P1 涂布的导管。在 37水浴中， 将 P1 涂布的导管再次浸入 10ml 的聚 (SBMA- 共 -AAm) 溶液 ( 在 10mM Tris 缓冲液中 10mg/ml， pH 8.5) 中振荡 24 小时， 并将其表示为 P2 涂布的导管 (PDA-AgNP-PDA-(pSBM- 共 -AAm)。通过将 PDA 涂布的段浸入聚 (SBMA- 共 -AAm) 溶液中以 相同的方式同样制备了 PDA- 聚 (SBMA- 共 -AAM) 涂布的导管。通过在如上所述的每个步

48、骤 中用 AgNO3溶液、 多巴胺溶液和聚 (SBMA- 共 -AAm) 溶液依次处理 P1 涂布的导管 24 小时来 制备 P3 涂布的导管 (PDA-(AgNP-PDA)2-(pSBMA- 共 -AAm)， 图 1C)。在每个处理步骤之后， 用蒸馏水洗涤经涂布的导管段并且在涂布过程完成后， 将所述段在氮气流下干燥， 并在黑 暗中储存直至进一步使用。在修饰 6.5cm 导管段之后， 从导管的两端切下 0.25cm 的段， 并 说 明 书 CN 105431181 A 10 8/19 页 11 根据不同的实验需求， 将剩余的部分切成特定的长度 ( 对于机械性质和涂层稳定性试验为 6cm， 对于

49、银释放和结垢试验为 1cm， 而对于细菌粘附和生物膜形成试验为 1.5cm)。因此， 仅 对这些导管段的腔内和腔外表面进行了涂布。将 DoverTM银涂布的导管切割成相似的段并 用于比较目的。 0093 还对硅酮片和 PU 片 (6.51cm2) 和 Co-Cr 箔 (11cm2) 进行了表面修饰。在使用 前每个步骤中， 将 Co-Cr 箔在二氯甲烷、 丙酮和水中进行超声清洗 10 分钟。涂布过程如以 上对于导管段所述， 对于硅酮片和 PU 片在每个步骤中使用 10ml 的试剂， 而对于 Co-Cr 箔使 用 2ml 的试剂。 0094 表面表征 0095 由于导管弯曲的表面， 不易使用例如 FESEM、 XPS 分析和接触角测量技术进行其表 面表征。因此， 这些测