1.本發明屬于生物材料技術領域，具體涉及超滑材料及其制備方法和應用。
背景技術：2.導尿管表面親水性直接影響到其使用的潤滑性和生物相容性，是非常重要的臨床指標。表面超滑涂層在濕潤環境中，能夠有效降低導尿管表面摩擦系數，減少尿道與導尿管之間摩擦產生的組織損傷。因此對導尿管表面改性是提高其表面親水性的重要途徑。天然多糖是生物體合成的，位于細胞壁、細胞內、細胞間以及分泌質細胞外的生物大分子，參與機體生命活動，其生物學功能豐富多樣，在生物材料領域具有重要的應用。但是，生物多糖與生物材料基材之間的附著力較差，形成的涂層穩定性不好，涂層容易從基材表面上脫落，所以，現階段對于生物相容性好、親水性佳、摩擦力小，組織損傷小的超滑生物材料的需要越來越大。
技術實現要素：3.本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種超滑材料，具有優異的親水性、良好的穩定性、低摩擦系數和生物相容性。
4.本發明還提出一種超滑材料的制備方法和應用。
5.本發明的第一方面，提出了超滑材料，包括基材和親水涂層，所述親水涂層通過含氨基硅烷偶聯劑固定在所述基材的表面，所述親水涂層由雙鍵單體改性多糖交聯固化而成。
6.本發明的第一方面，至少具有如下的有益效果：
7.本發明超滑材料中的親水涂層含有生物相容性、親水性優異的雙鍵單體改性多糖，使得超滑材料具有良好生物相容性和親水性，能夠促進人體微小組織損傷的修復，同時減小超滑材料表面的摩擦力。且多糖分子普遍富含大量活性的羧基基團，可以與含氨基硅烷偶聯劑中的氨基形成酰胺鍵，從而將親水涂層牢固地固定在基材表面，提高了親水涂層的穩定性；同時含氨基硅烷偶聯劑還有助于提高親水涂層的親水性，進一步降低親水涂層的摩擦系數。因此，本發明的超滑材料具有超強親水性、表面穩定性好、生物相容性優異的優點，同時摩擦系數小可以有效減少組織損傷，促進組織修復，具有良好的臨床應用前景。
8.優選地，所述多糖的分子量為20000～1200000，優選50000～1000000。
9.優選地，所述多糖為表面含有羥基和/或羧基活性基團的天然多糖，包括透明質酸、海藻酸鈉、葡聚糖中的至少一種。
10.優選地，所述雙鍵單體為含碳碳雙鍵的單體，包括甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐中的至少一種。所述雙鍵單體改性多糖包括甲基丙烯酸酐改性透明質酸、丙烯酸酐改性透明質酸、甲基丙烯酸酐改性海藻酸鈉中的至少一種。
11.優選地，所述雙鍵單體改性多糖中多糖與雙鍵單體的質量比為1：1～6，更優選1：2～4，進一步優選1：3.82左右。
12.優選地，所述含氨基硅烷偶聯劑包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n
–
(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一種。
13.優選地，所述交聯固化的方法包括光固化交聯、熱交聯固化，優選光固化交聯。在光照下，雙鍵單體改性多糖中不飽和的活性雙鍵發生交聯固化。
14.優選地，所述交聯固化在引發劑存在下進行，所述引發劑優選包括光引發劑。
15.優選地，所述光引發劑包括α-羥基酮、1-[4-(2-羥乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基丙酮、1-羥基環己基苯基甲酮、二苯甲酮類光引發劑、酰基膦氧化物類光引發劑、2,2
’?
偶氮基-雙(2-脒基丙烷)類光引發劑中的至少一種。
[0016]
優選地，所述基材包括金屬基材、塑料基材中的至少一種；更優選地，所述基材包括pvc、硅橡膠、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯中的至少一種。
[0017]
本發明的第二部分，提出了一種超滑材料的制備方法，包括以下步驟：
[0018]
使用所述含氨基硅烷偶聯劑對所述基材表面進行改性，得到改性基材；
[0019]
將所述雙鍵單體改性多糖接枝到所述改性基材表面；
[0020]
使所述雙鍵單體改性多糖發生交聯固化，得到所述超滑材料。
[0021]
優選地，所述使用含氨基硅烷偶聯劑對基材表面改性的步驟具體為，將所述基材浸泡于含氨基硅烷偶聯劑溶液中，取出干燥得到改性基材。
[0022]
優選地，所述含氨基硅烷偶聯劑溶液為含氨基硅烷偶聯劑溶解于乙醇、水、四氫呋喃、丙醇或其他可溶解含氨基硅烷偶聯劑的溶劑中形成的溶液。更優選地，所述含氨基硅烷偶聯劑溶液中含氨基硅烷偶聯劑的質量分數為0.2～8％，進一步優選0.5～5％。
[0023]
優選地，所述基材浸泡于含氨基硅烷偶聯劑溶液的時間為0.5～1h，更優選0.5h左右。
[0024]
優選地，所述雙鍵單體改性多糖接枝到所述改性基材表面的步驟具體為，將所述改性基材浸泡在雙鍵單體改性多糖溶液中，取出干燥。
[0025]
優選地，所述雙鍵單體改性多糖溶液的質量分數為1～8％，更優選1～5％。
[0026]
優選地，所述雙鍵單體改性多糖溶液還含有活性物質，所述活性物質包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺中的至少一種，更優選包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的混合物。
[0027]
優選地，所述活性物質的質量占雙鍵單體改性多糖質量的8％～12％，優選10％左右。
[0028]
優選地，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的質量比為7：10～13；優選7:12左右。
[0029]
優選地，所述改性基材浸泡在雙鍵單體改性多糖溶液中的浸泡溫度為30～50℃，更優選30～40℃，進一步優選37℃左右。所述浸泡時間為2～8h，更優選3～6h，進一步優選5h左右。
[0030]
優選地，所述交聯固化的步驟為：使所述雙鍵單體改性多糖在引發劑作用下交聯固化；更優選的交聯固化的步驟，具體為：將雙鍵單體改性多糖接枝后的基材浸泡在光引發劑溶液中，取出后進行紫外光固化，干燥得到超滑材料。
[0031]
優選地，所述紫外光固化時間為5～20min，更優選10min左右。
[0032]
優選地，所述光引發劑溶液的質量分數為0.02～0.5％，更優選0.05～0.2％。
[0033]
優選地，所述雙鍵單體改性多糖的制備方法，包括以下步驟：使多糖與雙鍵單體反應得到雙鍵單體改性多糖。
[0034]
優選地，所述雙鍵單體改性多糖的制備方法，包括以下步驟：
[0035]
將所述多糖溶解，得到多糖溶液；
[0036]
使所述多糖溶液和雙鍵單體混合，進行反應后得到混合液；
[0037]
將所述混合液倒入乙醇中，靜置沉淀，固液分離后得到沉淀物；
[0038]
對所述沉淀物進行透析、干燥得到雙鍵單體改性多糖。
[0039]
優選地，所述多糖溶液的質量分數為0.5～5％，更優選1～3％，進一步優選1％左右。
[0040]
優選地，制備所述多糖溶液采用的溶劑包括水、乙醇、四氫呋喃、乙二醇中的至少一種，更優選為其中至少兩種的混合溶劑，進一步優選四氫呋喃與水的混合溶劑。
[0041]
優選地，所述四氫呋喃與水的體積比為1：1～3，更優選1：2左右。
[0042]
優選地，所述多糖溶液與雙鍵單體反應的溫度為1～6℃，更優選1～5℃，進一步優選4℃左右。所述反應的時間為8～20h，進一步優選8～16h。所述反應時的ph為8～10，更優選8～9。所述反應的ph調節劑可采用本領域常見的堿或堿溶液，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水及其溶液，作為示例，本發明的ph調節劑可采用3～5m的氫氧化鈉溶液。在所述反應過程中，所述雙鍵單體通過緩慢滴加的方式加入所述多糖溶液中。
[0043]
優選地，所述靜置的溫度為1～6℃，更優選1～5℃，進一步優選4℃左右。
[0044]
優選地，所述透析使用分子量14000～15000的透析袋，更優選分子量14000左右的透析袋透析。透析過程中每3～5小時換一次水，更優選每4小時換一次水。所述透析的時間為4～7天，更優選5天左右。
[0045]
根據本發明的第三方面，所述超滑材料在制備醫療導管、導絲或支架輸送系統中的應用。
[0046]
優選地，所述醫療導管包括導尿管、胃管、氣管插管等。
[0047]
與現有技術相比，本發明至少具有如下的有益效果：
[0048]
本發明的超滑材料包括基材和親水涂層，親水涂層含有生物相容性、親水性優異的雙鍵單體改性多糖，使得超滑材料具有良好生物相容性和親水性，能夠促進人體微小組織損傷的修復，同時減小超滑材料表面的摩擦力。含氨基硅烷偶聯劑連接在基材表面，使基材表面帶有大量活性氨基基團，進而與多糖分子活性的羧基基團發生反應形成酰胺鍵，從而將親水涂層牢固地固定在基材表面，提高了親水涂層的穩定性；同時含氨基硅烷偶聯劑還有助于提高親水涂層的親水性，進一步降低親水涂層的摩擦系數。因此，本發明的超滑材料具有超強親水性、表面穩定性好、生物相容性優異的優點，同時摩擦系數小，可以有效減少組織損傷，促進組織修復，具有良好的臨床應用前景。
附圖說明
[0049]
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明，其中：
[0050]
圖1為本發明超滑材料制備的示意圖；
[0051]
圖2為本發明使用的透明質酸和甲基丙烯酸酐改性透明質酸的核磁譜圖，圖中ha
表示透明質酸，ma表示甲基丙烯酸酐；
[0052]
圖3為對比例1和實施例1制備的導尿管表面水接觸角圖片；
[0053]
圖4為對比例2和實施例1制備的導尿管的表面穩定性對比圖(28天殘留量)；
[0054]
圖5為對比例1、實施例1～2制備的導尿管的表面摩擦系數對比圖；
[0055]
圖6為對比例1和實施例1制備的導尿管表面內皮細胞粘附情況圖。
具體實施方式
[0056]
以下將結合實施例對本發明的構思及產生的技術效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本發明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發明的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本發明保護的范圍。
[0057]
實施例1
[0058]
步驟一：用無水乙醇清潔普通醫用導尿管表面并烘干。配制0.5wt.％的γ-氨丙基三甲氧基硅烷/無水乙醇溶液。將導尿管浸泡在其中半小時，取出烘干，得到硅烷改性的導尿管。
[0059]
步驟二：采用甲基丙烯酸酐改性透明質酸，配制其濃度2wt.％的水溶液。加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的混合物(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的質量比為7：12，總量為甲基丙烯酸酐改性透明質酸質量的10％)，構成活化體系。將步驟一得到的硅烷改性的導尿管浸泡其中，37℃反應5小時，取出烘干。
[0060]
步驟三：配制光引發劑1-[4-(2-羥乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基丙酮的水溶液，其濃度為0.05wt.％。將步驟二得到的導尿管浸泡其中，取出后紫外光固化10分鐘，烘干，得到超滑導尿管。
[0061]
實施例2
[0062]
步驟一：用無水乙醇清潔普通醫用導尿管表面并烘干。配制0.5wt.％的γ-氨丙基三甲氧基硅烷/無水乙醇溶液。將導尿管浸泡在其中半小時，取出烘干，得到硅烷改性的導尿管。
[0063]
步驟二：采用甲基丙烯酸酐改性海藻酸鈉，配制其濃度2wt.％的水溶液。加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的混合物(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的質量比為7：12，總量為甲基丙烯酸酐改性海藻酸鈉質量的10％)。將步驟一得到的硅烷改性的導尿管浸泡其中，37℃反應5小時，取出烘干。
[0064]
步驟三：配制光引發劑1-羥基環己基苯基甲酮的水溶液，其濃度為0.1wt.％。將步驟二得到的導尿管浸泡其中，取出后紫外光固化10分鐘，烘干，得到超滑導尿管。
[0065]
對比例1
[0066]
用無水乙醇清潔普通醫用導尿管并烘干。
[0067]
對比例2
[0068]
本對比例與實施例1的區別在于：沒有使用含氨基硅烷偶聯劑對導尿管表面進行改性，具體過程為：
[0069]
步驟一：用無水乙醇清潔普通醫用導尿管并烘干。采用甲基丙烯酸酐改性透明質酸，配制其濃度1wt.％的水溶液。加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的混合物(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和n-羥基琥珀酰亞胺的質量比為7：12，總量為甲基丙烯酸酐改性透明質酸質量的10％)構成活化體系。直接將導尿管浸泡其中，37℃反應5小時。取出烘干。
[0070]
步驟二：配制光引發劑1-[4-(2-羥乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基丙酮的水溶液，其濃度為0.05wt.％。將步驟一導尿管浸泡其中，取出后紫外光固化10分鐘，烘干，得到未經硅烷改性的導尿管。
[0071]
其中，上述使用的甲基丙烯酸酐改性透明質酸的制備方法為：1g透明質酸攪拌溶解于100ml混合溶劑中(dmf:水＝1:2，v:v)。充分溶解后，冰水浴降溫至4℃，用5m氫氧化鈉調節ph至8～9之間。緩慢滴加3.7ml甲基丙烯酸酐，在4℃下攪拌過夜，維持ph值穩定在8～9之間。將反應后的溶液倒入1l無水乙醇中，在4℃下靜置過夜，使產物沉淀完全。離心，沉淀產物重新溶解于超純水，通過分子量14000的透析袋透析，每4小時換水，透析5天后凍干，得到甲基丙烯酸酐改性透明質酸。
[0072]
上述使用的甲基丙烯酸酐改性海藻酸鈉的制備方法為：1g海藻酸鈉攪拌溶解于100ml混合溶劑中(dmf:水＝1:2，v:v)。充分溶解后，冰水浴降溫至4℃，用5m氫氧化鈉調節ph至8～9之間。緩慢滴加3.7ml甲基丙烯酸酐，在4℃下攪拌過夜，維持ph值穩定在8～9之間。將反應后的溶液倒入1l無水乙醇中，在4℃下靜置過夜，使產物沉淀完全。離心，沉淀產物重新溶解于超純水，通過分子量14000的透析袋透析，每4小時換水，透析5天后凍干，得到甲基丙烯酸酐改性海藻酸鈉。
[0073]
試驗例
[0074]
本試驗例測試了實施例1～2和對比例1～2制備的導尿管表面性能以及甲基丙烯酸酐改性透明質酸的結構。
[0075]
其中，導尿管表面的親水性測試方法為接觸角測試法，測試結果如圖3所示；
[0076]
導尿管表面的殘留性能的測試方法為配制0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0mg/ml的甲基丙烯酸酐改性透明質酸，利用196nm處的紫外吸收峰繪制標準曲線，將實施例1和對比例2導尿管分別放入生理鹽水中浸泡28天，測試溶液在196nm的吸光度，并根據標準曲線得到殘留質量，測試結果如圖4所示；
[0077]
導尿管表面的摩擦性能的測試方法為利用摩擦磨損試驗機，測得導尿管表面與豬黃喉(模擬尿道)的摩擦系數，測試結果如圖5所示；
[0078]
導尿管表面的細胞粘附性能的測試方法為將內皮細胞接種在改性導尿管的材料表面，培養后通過熒光染色觀察細胞形態，測試結果如圖6所示。
[0079]
圖2為甲基丙烯酸酐改性透明質酸的1h nmr圖譜，相較于未改性的透明質酸，在化學位移δ＝5.5～6.5ppm處出現了甲基丙烯酸酐中-ch＝ch2基團的氫的特征峰，說明甲基丙烯酸酐與透明質酸發生化學反應，成功地把碳碳雙鍵引入到透明質酸上，得到甲基丙烯酸酐改性透明質酸，以保證后續紫外光固化反應成功地進行。
[0080]
如圖3所示，本發明實施例1制備的超滑導尿管表面具有極好的親水性，水接觸角為22.3
°
，而對比例1未改性的醫用導尿管表面的接觸角為91.2
°
，呈現疏水性能。可見，本發明通過氨基硅烷偶聯劑對醫用導尿管表面進行改性，進而把甲基丙烯酸酐改性透明質酸接
枝固定在導尿管表面，甲基丙烯酸酐改性透明質酸交聯固化在導尿管表面形成親水涂層，實現了導尿管表面由疏水向親水的轉變，水接觸角由原來的91.2
°
降低至22.3
°
，降低了68.9
°
，親水性明顯改善。而且親水性能是醫用材料重要的臨床指標，親水性的改善可以一定程度上降低摩擦系數，減少組織損傷。
[0081]
圖4是本發明實施例1和對比例2的28天涂層殘留率圖，由圖4可知，實施例1制備超滑導尿管表面的涂層殘留大于90％，而對比例2的導尿管未經含氨基硅烷偶聯劑改性制備的涂層殘留僅為10％左右。可見，本發明經過含氨基硅烷偶聯劑對導尿管進行改性，再把雙鍵單體改多糖接枝固定在導尿管的表面，使得親水涂層與基材之間具有良好的附著力，涂層穩定性好、不易被破壞。
[0082]
如圖5所示，本發明實施例1～2制備的導尿管表面的摩擦系數均在0.1以下，表面超滑，可以有效地減少使用過程中組織的損傷，而對比例1未改性的導尿管表面的摩擦系數＞0.6，是本發明實施例1～2的6倍以上，表面較粗糙，對組織的損害較大。
[0083]
如圖6所示，相較于未改性的導尿管表面(對比例1)，本發明實施例1制備的超滑導尿管表面上粘附內皮細胞的數量明顯更少，表明本發明實施例1制備的超滑導尿管表面光滑，有效減少內皮細胞的粘附，使用過程中對組織的損傷更小。可見，如圖1超滑材料的制備示意圖所示，本發明使用含氨基硅烷偶聯劑改性導尿管引入氨基基團，雙鍵改性多糖中的羧酸與含氨基硅烷偶聯劑發生氨基-羧基反應接枝固定到導尿管表面，紫外光照下，固化得到超滑材料。所得超滑材料具有良好親水性、附著力、穩定性，以及超低摩擦系數，明顯減少了組織損傷，具有良好的臨床應用前景。
[0084]
上面結合附圖對本發明實施例作了詳細說明，但是本發明不限于上述實施例，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。此外，在不沖突的情況下，本發明的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
