技术领域
本发明涉及植/介入导管类医疗器械领域，特别提供一种能够维持体内液体(体液、血液等)流通或保持外界对人体的营养供给、具有生物功能的含铜涂层医用导管。
背景技术
医用导管常用于输液、肿瘤化疗、全肠外营养、尿液引流等领域。但外周中心静脉导管等中长期包埋于患者体内的导管，导管相关性感染、相关性血栓、静脉炎、管腔堵塞等均是较为常见的并发症。临床中，一旦发生感染和堵塞，需废弃该导管，进行重新插管，这对患者的身体造成极大负担。因此，减少导管置入后相关并发症的发生率受到广泛关注。
在导管表面涂覆抗菌药物，包括抗生素、消毒剂和含金属制剂是一种抑制血管内导管相关感染的方式之一。Chaftari等将表面涂覆米诺环素/利福平的导管置入金黄色葡萄球菌相关血流感染病人的中心静脉导管中，患者致死率明显低于普通导管。Rouse等比较了银涂敷气管插管和无涂敷气管插管表面细菌生物膜形成情况，发现银涂敷导管的内、外表面较无涂敷导管病原菌定植率低。此外，利用物理机械方法处理的低安培电流碳涂敷导管也具有排斥微生物的功能，该种导管与抗生素联合使用，对于提高抗生素的抗菌活性也发挥了重要作用。Hazan等将表面机械处理后的Foley导尿管插入雄性兔子尿道中，保持尿无菌达9天，而对照插管组仅为2天。上述涂覆表面处理方式虽能有效改善导管表面的抗菌能力，但其作用时间短，当导管长期留置时，由于涂层与导管基体结合力较差，极易洗脱，进而失效。医用导管表面抗凝血处理也具有相同的技术弊端。常用的处理方法是将肝素通过涂覆或离子键合方式结合到导管表面，该方法虽可以有效抑制凝血发生，但由于肝素逐步溶于血液，其抗凝血性也逐渐丧失，只适用于短时抗凝血。
为了解决上述问题，本申请提出一种具有多重生物功能的含铜涂层，其具有良好的抗感染、抗血栓、防粘连的同时，还能以稳定持久的结合方式存在于人体，从而长效发挥作用。铜是人体中必需的一种微量金属元素。研究证明，10-6M浓度的铜离子即可展示出强有力的杀菌功能，而当浓度达到10-4M时对人体正常组织细胞也并无影响，这就为铜离子提供了一个较大的适用浓度范围，在既保证其生物功能的同时，还具备最基本的生物安全性。此外，铜离子对凝血也具有一定的抑制作用。Johnson等研究表明，铜离子影响血小板中钙元素的运动，刺激凝血酶，影响铜过氧化物歧化酶的活力，降低血小板中血栓素和脂质过氧化物的产生，进而抑制血栓形成。因此，在医用导管表面制备含铜涂层，可持久发挥铜的生物效应，实现导管置入后抗感染、抗血栓、抗组织粘连等多重生物功能，从而降低医用导管临床并发症发生概率。
本发明是针对医用导管，为解决其长期留置体内引发的感染、血栓等问题，提出在医用导管表面制备具有抗感染、抗血栓、抗纤维粘连等多重生物功能的含铜涂层，在保证导管现有安全性、功能性的前提下，减少医用导管留置后并发症发生概率。
发明内容
本发明的目的是在保证医用导管在置入后保持管腔畅通的基础上，在导管表面制备一种具有生物功能的含铜涂层，实现医用导管在置入后的抗凝血、抗细菌感染及防组织粘连等多重生物功能。
本发明技术方案如下：
一种具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：在医用导管表面涂覆有含铜聚合物涂层，该涂层中含有铜元素。
作为优选的技术方案：
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于，医用导管包括中心静脉导管、外周中心静脉导管、介入导管、输液留置导管、胃管、食管、气管、导尿管、透析导管等等。
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：所述铜元素通过载铜微球添加，载铜微球为直径在50-500nm的可降解聚合物包衣微球。
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：载铜微球的微球基质材料为具有良好成膜性、生物相容性及可降解性的聚合物，如聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)、聚羟基烷基醇酯(PHAs)、PHB(聚-3-羧基丁酸酯)、聚乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚丙烯酸、纤维素、壳聚糖等之一种或多种，所载含铜物质为纳米级金属铜粉、无机铜离子、含铜有机物之一种或多种。
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：所述纳米级金属铜粉的尺寸在10-200nm的范围内，无机铜离子来自碱式硫酸铜、氧氯化铜、氢氧化铜之一种或多种，含铜有机物为乙酸铜、氨基酸铜、喹啉铜之一种或多种。
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：载铜微球中，基质材料与含铜物质的摩尔比在100:1-2:1的范围内。
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：所述铜元素浓度呈梯度化分布在涂层聚合物中；所述聚合物为壳聚糖及其衍生物、聚氨酯、环糊精、淀粉、纤维素、海藻酸钠、胶原、聚乳酸、聚乙二醇、聚碳酸酯等合成聚合物及天然聚合物。
所述具有含铜涂层的医用导管，其特征在于：所述含铜聚合物涂层厚度小于等于5μm。
所述医用导管的制备方法，其特征在于：铜元素在骨科植入表面涂层聚合物中的分布方式为：以载铜微球的形式，通过分层制备法将载铜微球梯度分散在聚合物涂层中。
所述医用导管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用微乳液法制备载铜微球。
步骤二：制备不同配比的载铜微球聚合物溶液，通过浸提或喷涂法逐层制备具有载铜微球的聚合物涂层。
所述医用导管的制备方法，其特征在于，步骤二中采用微乳液法制备载铜微球包括以下步骤：
(1)配制质量体积浓度为3-180mg/mL的铜盐水溶液；
(2)配制质量体积浓度为8-900mg/mL的微球基质溶液，溶剂为体积比三氯甲烷：丙酮＝1:4—4:1；
(3)配制质量体积浓度为1-200mg/mL的PVA水溶液；
(4)将铜盐水溶液加入微球基质溶液中，搅拌均匀后将混合液加入PVA水溶液中；
(5)采用机械搅拌或超声震荡的方法制备不同粒度的微球，其中，搅拌转数在500-5000rpm的范围内，搅拌时间为2.5-10h；超声功率在50-100W的范围内，超声时间为5-25min；
(6)利用离心或旋转蒸发的方法收集反应制得的微球，其中：
离心法所采取的转数为500-2000rpm，离心后去除上清液，将微球沉淀在蒸馏水中悬浮清洗，干燥；
旋转蒸发法所采取的转速为10-50rpm，将沉降一定时间的溶液，去上清液，将下层反应液加入旋转蒸发仪中，发生温度为30-45℃，时间为30min-2h。
本发明的设计思想：
在医用导管表面制备具有生物功能的含铜涂层，涂层应均匀分布在导管的各个位置，以确保医用导管置入后，发挥抗凝血、抗感染、抗组织粘连等生物功能。将不同浓度的载铜微球，采用物理共混、化学接枝或静电吸附的方法在医用导管表面逐层制备含铜涂层，使涂层铜含量具有梯度化特点，涂层载体为医用级可降解高分子材料(含铜涂层示意图见附图2)。载铜微球制备时，微球壳体材料应为可生物降解，成膜性良好并具有良好生物相容性的高分子材料。涂层制备过程中，通过调节微球中含铜量或涂层所含微球的量，构建梯度化含铜涂层。涂层制备过程中，对医用导管结构应不造成破坏，从而实现医用导管的畅通，以及抗凝血、抗感染、抗组织粘连等生物功能。
本发明的特点及有益效果在于：
1.本发明提供的一种具有生物功能的含铜涂层医用导管，使导管具有抗凝血、抗感染、抗组织粘连等多重生物功能。
2.本发明涉及的具有生物功能的含铜涂层，可替代目前医用导管所采用的抗生素药物涂层。含铜涂层具有抗感染的特性，可避免因药物涂层引起的细菌耐药性的问题。
3.本发明不但可以作为一种生物功能化“药物涂层”，还具有抗凝血、抗组织粘连的功能，从而减少发生血栓和组织粘连的风险，延长医用导管的使用周期。
附图说明
图1载铜微球形貌示意图。
图2具有梯度化载铜微球的生物功能化含铜涂层的示意图。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
逐层化学接枝法在医用导管上制备具有梯度化载铜微粒的涂层：
采用逐层化学接枝法将具有羟基、羧基等活性官能团的载铜微球固定在具有氨基和羟基的天然可降解壳聚糖聚合物上，每层所载铜的量呈梯度化，通过涂层梯度化释放铜离子，实现含铜涂层的生物功能化可调控。
(1)载铜微球的制备
①称取0.05g、0.2g和0.5gCuCl2，并分别溶解于5mL蒸馏水中配制三种均一溶液；
②再将1.0gPACA溶于三氯甲烷和丙酮的混合溶液中(其中，三氯甲烷：丙酮的体积比为3:2)，配制出质量体积浓度为100mg/mL的PACA有机溶液；
③称取PVA1.0g，溶解于蒸馏水中，配制出质量体积浓度为20mg/mL的PVA水溶液，混匀待用；
④将CuCl2水溶液缓慢滴入PACA有机溶液中，混合均匀，再将上述混合液加入PVA水溶液中，磁力搅拌，转数为500rpm，搅拌8小时；超声功率在50-100W的范围内，超声时间为5min；
⑤反应液静置2小时，去上清液，将下层沉淀转入旋转蒸发仪中，在30摄氏度下，旋蒸30分钟，得大量微球粉末。
同法制备不同载铜量的载铜微球，差别在于称取CuCl2的质量分别为0.2g和0.5g，得梯度浓度的微球，微球形貌见附图1。
(2)梯度化载铜聚合物涂层的制备
①配制1％醋酸溶液
取1mL的冰醋酸试剂于100ml容量瓶中，向其中缓慢加入蒸馏水，并定容，混匀待用。
②配制1％壳聚糖溶液
准确称取壳聚糖粉末1g，将100ml配制好的醋酸溶液与粉末混匀，静置24小时，除气泡待用。
③单层载铜涂层的制备
通过超声雾化喷涂或浸提的方法在医用导管上制备壳聚糖涂层，涂层厚度约1μm，待涂层干燥后，在EDC/NHS催化作用下，将低浓度的载铜微球接枝到壳聚糖涂层上。
④具有梯度化载铜微球涂层的制备
重复单层载铜涂层的制备方法，在医用导管表面逐层制备不同载铜浓度的载铜微球涂层。涂层总厚度控制在5μm以内。
(3)动物实验
将具有生物功能的含铜涂层医用导尿管置入兔子尿道，以无含铜涂层导尿管作为对照组，植入15天后取材，通过扫描电镜对导尿管表面细菌生物膜形貌进行观察。实验结果表明，具有含铜涂层的导尿管在植入15天后无明显细菌生物膜形成，而对照组导尿管则被大面积细菌生物膜包覆；具有含铜涂层的导尿管取出无阻力，表面无组织粘连现象发生；而对照组导尿管表面则有一定量的纤维壳包覆。因此，具有生物功能的含铜涂层导尿管表现出抗菌、抗组织粘连等特性。
实施例2
逐层静电吸附法在医用导管上制备具有梯度化载铜微球的涂层：
(1)配制带负电荷的透明质酸钠的水溶液(浓度1-5％)，通过浸提法在医用导管内/外表面制备透明质酸涂层；
(2)载铜微球的制备
①称取0.20g壳聚糖于250m L单口圆底烧瓶中，加入2％(质量分数)醋酸溶液250m L，开启电动搅拌装置缓慢搅拌直至壳聚糖完全溶解。
②边搅拌边加入Span-80 0.4mL和Tween-80 0.6mL，继续搅拌30min使之形成均匀、透明、稳定的微乳液。接着加入0.05g硫酸铜粉末，高速搅拌使之扩散均匀；
③然后，缓慢滴加1mol·L-1的NaOH溶液，同时匀速搅拌，用PHS-3B型精密pH计(中国上海雷磁)在25℃下检测体系pH值的变化，直至微碱性(p H值为7.20)；
④NaOH溶液滴加完毕后，中速搅拌并加入0.30g柠檬酸三钠，继续搅拌3h，使乳液中形成的壳聚糖微球交联固化，得到的透明乳液用离心机离心分离；
⑤将下层沉淀转入旋转蒸发仪中，在30摄氏度下，旋蒸30分钟，得大量微球粉末。
同法制备不同载铜量的载铜微球，差别在于称取CuSO4的质量分别为0.2g和0.5g，得梯度浓度的微球。
(3)梯度化载铜聚合物涂层的制备
将带有负电性透明质酸涂层的医用导管浸入具有正电性低浓度载铜微球的水溶液中，微球将通过静电作用固定于透明质酸涂层上。
重复以上单层涂层的制备方法，构建具有梯度化(含铜量逐层递增模式)载铜微球的聚合物涂层。
(4)亲水性外层的制备
在载有梯度化载铜微球的聚合物涂层外，通过超声雾化喷涂法制备一层＜1μm聚乙二醇涂层。
(5)含铜涂层的表征
通过扫描电镜观察带有含铜涂层的气管导管的表面形貌，表明通过浸提法制备的含铜涂层的表面光滑、致密。扫描电镜能谱分析结果证实，涂层中有铜的存在。
将带有含铜涂层的气管导管浸泡在生理盐水(0.9％NaCl)中，1、7、14、28天后分别取浸提液。通过等离子体电感耦合-原子吸收光谱法(ICP-AAS)对浸提液中的铜离子浓度进行测试，结果表明，浸泡过程中，涂层中的铜以离子形式溶出，溶出量在ppb数量级。
本发明的具有生物功能的含铜涂层气管导管可具有良好的生物相容性，并表现出抗菌、抗组织粘连等多重生物功能。
对比例3
将实施例2中制备的具有梯度化载铜微球含铜涂层的制备方法与已申请的发明专利“一种生物可降解含铜涂层纯镁吻合钉及其制备”(专利公开号为：CN 103110977A)中提供的表面涂镀铜离子涂层的方法进行对比，通过对比两种方法制备的涂层在体外的离子溶出性能，以及在体内的植入情况，评价两种方法制备的含铜涂层的安全性和有效性。
由实施例2可知，本发明具有梯度化载铜微球的含铜涂层，可实现器件植入初期，从涂层中释放足以表达生物功能的铜离子浓度，并通过涂层设计、载铜微球的载铜量的微调来确保铜离子释放量在生物安全范围内；涂层通过初期释放的铜离子来实现抗菌，抗凝血，从而实现避免导管置入后的血栓及细菌感染发生。植入后期，通过微量铜离子的释放抑制纤维蛋白壳的生成，以实现抗组织粘连的功能。
而根据已申请的专利中提供的涂镀铜离子涂层，则不具有铜离子梯度释放的效果，铜离子的释放量只依赖于涂层载体的性质，如用水溶性或降解速率很快的载体，则植入过程中，涂层中的铜就可能已经释放，当到达目标位置时，已没有足够的铜离子作用于周围组织；如用降解速率慢的载体，则植入后初期没有足够的铜离子释放来实现其多重生物功能性。
将根据实施例2制得的具有梯度化含铜涂层的医用导管植入兔子颈静脉，以已申请的专利制备的不具有铜离子梯度释放的医用导管为对照组，进行动物实验对比。植入15天取材，通过扫描电镜对医用导管表面细菌生物膜形貌进行观察。实验结果表明，具有含铜涂层的医用导管在植入15天后无细菌生物膜形成，而对照组导尿管则局部被细菌生物膜包覆；本发明具有含铜涂层的医用导管取出无阻力，表面无组织粘连现象发生；而对照组医用导管表面则有一定量的纤维壳包覆。因此，本发明具有梯度化含铜涂层医用导管表现出抗菌、抗组织粘连等特性。
以上实验结果及分析表明，本发明权利要求中申请保护的具有梯度化载铜微球涂层及其制备方法具有明显的优异效果。