一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用

文档序号：183277 发布日期：2021-11-02 浏览：38次 >En<

阅读说明：本技术 一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用 (Preparation and application of bionic high-adhesion long-acting antibacterial antifogging agent ) 是由朱锦涛任敬丽张连斌姜伟闫南于佳玉于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于生物医用高分子材料领域,公开了一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用,该防雾剂是先制备亲水性仿生高黏附聚合物,然后将该亲水性仿生高黏附聚合物通过其溶液涂敷于待处理的表面上,从而能够抑制表面的结雾以及细菌滋生。本发明通过对防雾剂关键的原材料、流程工艺等进行控制,配制亲水性仿生高黏附聚合物溶液,能够作为长效抗菌防雾剂可用于医用护目镜镜片等表面的防雾、抗菌处理,具有良好生物安全性、且能够有效抑制护目镜表面结雾、细菌滋生。(The invention belongs to the field of biomedical high polymer materials, and discloses preparation and application of a bionic high-adhesion long-acting bacteriostatic antifogging agent. The hydrophilic bionic high-adhesion polymer solution is prepared by controlling key raw materials, process technology and the like of the antifogging agent, can be used as a long-acting antibacterial antifogging agent for antifogging and antibacterial treatment of the surfaces of medical goggles lenses and the like, has good biological safety, and can effectively inhibit fogging and bacterial breeding on the surfaces of the goggles.)

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料领域，更具体地，涉及一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用，相应能够得到一种防雾、抗菌护目镜。

背景技术

随着温度和湿度变化，水蒸气凝结成水滴，使得护目镜、面盾等防护器材非常容易起雾。起雾会强烈散射可见光，降低护目镜、面盾等防护器材透光性的下降，不仅会影响医护人员的视线，还会使医护人员因视线不佳，增大操作难度，增加污染风险。既影响医护人员操作的准确性，又加大了的心理压力。

虽然有些护目镜、面盾等都会配有原装的防雾涂层，但其防雾涂层都不耐磨损，用手指稍微碰触都会大大降低防雾效果。因此，大家常常借助一些像商用的防雾剂增加这些防护器材的防雾效果。防雾剂主要是表面活性剂，如木糖醇酯、山梨醇单棕榈酸酯、月桂酸或硬树脂酸甘油单酯等，耐久性差，亦被洗掉或擦掉，流失的防雾剂甚至会进入眼睛里，刺激眼睛，甚至造成眼部疾病。因此，亟待发展一种具有良好生物相容性、高稳定性修饰剂用于医用护目镜等的防雾修饰改性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用，其中通过对防雾剂关键的原材料、流程工艺等进行控制，配制亲水性仿生高黏附聚合物溶液(既可以先合成亲水性仿生高黏附聚合物，然后将该聚合物溶解在溶剂中形成溶液；也可以将用于形成亲水性仿生高黏附聚合物的原材料共同溶解在溶剂中形成溶液)，能够作为长效抗菌防雾剂可用于医用护目镜镜片等表面的防雾、抗菌处理，具有良好生物安全性、且能够有效抑制护目镜表面结雾、细菌滋生。以镜片作为待处理的表面为例，将该溶液涂敷于护目镜、面盾等镜片上，能有效抑制镜片表面结雾以及细菌滋生，由此解决传统护目镜等起雾的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用，其特征在于，该防雾剂是先制备亲水性仿生高黏附聚合物，该亲水性仿生高黏附聚合物所采用的聚合物的原材料本身具备抗菌功能；然后，将该亲水性仿生高黏附聚合物通过其溶液涂敷于待处理的表面上，从而能够抑制表面的结雾以及细菌滋生。

作为本发明的进一步优选，所述亲水性仿生高黏附聚合物含有高黏附官能团，所述高黏附官能团包括邻苯二酚或邻苯三酚结构中的至少一种。

作为本发明的进一步优选，所述亲水性仿生高黏附聚合物是通过亲水聚合物与含有高黏附官能团的小分子通过共价键接枝得到，或者是通过含胺单体与修饰有高黏附官能团的单体共聚得到，或者是通过亲水聚合物与含有高黏附官能团的小分子通过非共价键接枝得到。

作为本发明的进一步优选，所述亲水性仿生高黏附聚合物是通过亲水聚合物与含有高黏附官能团的小分子通过共价键接枝得到；其中，所述共价键为碳碳双键、碳碳单键、碳氮单键、酯键、醚键、或酰胺键；所述亲水聚合物为含有氨基、仲胺、叔胺、或季铵盐官能团的聚合物，优选为聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺、乙氧基化的聚乙烯亚胺、壳聚糖中的一种或几种；

或者，所述亲水性仿生高黏附聚合物是通过含胺单体与修饰有高黏附官能团的单体共聚得到；其中，所述含胺单体为含有伯胺、仲胺、叔胺、或季铵盐官能团的单体分子，优选为同时含有正电官能团的亲水性分子，更优选为丙烯胺、乙烯胺、丙炔胺中的一种或几种；

或者，所述亲水性仿生高黏附聚合物是通过亲水聚合物与含有高黏附官能团的小分子通过非共价键接枝得到；其中，所述非共价键为氢键、范德华力、或静电相互作用；所述亲水聚合物为含有羟基、氨基、或苯环的聚合物，优选为壳聚糖、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚乙烯亚胺中的一种或几种。

作为本发明的进一步优选，所述含有高黏附官能团的小分子同时含有多酚结构；优选的，所述多酚结构为邻苯二酚结构、或邻苯三酚结构；更优选的，所述含有高黏附官能团的小分子为3,4-二羟苯基丙酸、茶多酚、3,4-二羟苯基丙胺、3,4-二羟苯基甲酸、或单宁酸。

作为本发明的进一步优选，所述亲水性仿生高黏附聚合物中对应的所述含有高黏附官能团的小分子和所述亲水聚合物中参与反应的官能团之间的摩尔比为0.0001～1；

或者，所述修饰有高黏附官能团单体中黏附官能团与所述含胺单体两者之间的摩尔比为0.001～5。

作为本发明的进一步优选，配制所述亲水性仿生高黏附聚合物溶液所采用的溶剂为水、醇类、醚类、酮类、酯类、芳香烃类、烷烃类、脂环烃类、卤代烃类、吡啶、乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种；优选为水、醇类；

所述亲水性仿生高黏附聚合物溶液中亲水性仿生高黏附聚合物的质量分数为0.01-60wt％。

作为本发明的进一步优选，所述涂敷具体是采用喷涂、旋涂、滴涂、提拉、3D打印、浸润处理中的一种或几种；

所述亲水性仿生高黏附聚合物溶液在待处理表面上的涂膜厚度大于或等于单层聚合物厚度，不影响待处理表面透明度即可。

作为本发明的进一步优选，所述待处理的表面为镜片或面盾，优选为护目镜镜片。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的仿生高黏附长效抑菌防雾剂，该防雾剂能够有效抑制镜片表面结雾以及细菌滋生，由此解决传统护目镜等起雾，易被污染的问题。本发明提供的用于制备防雾剂的材料价格低廉，生物相容性好，且防雾剂涂层的厚度可根据实际情况灵活控制，例如可以只要不影响透明度即可。本发明提供的用于制备防雾剂的材料本身可以实现抗菌(比如，聚乙烯胺、单宁酸)，能有效抑制镜片表面细菌的滋生。

(2)本发明所制备的仿生高黏附长效抑菌防雾剂抗菌、防雾稳定、长久有效，不会引起眼部、面部等刺激，无需短时间内连续喷涂。

(3)本发明提供的仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备方法，通过改变聚合物或聚合物单体含有高黏附官能团分子的种类，可有效制备不同的防雾剂，进而满足不同防雾、抗菌防雾剂的制备要求。

(4)本发明提供的仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备方法，通过改变防雾剂的浓度，可用于后续制备含有不同防雾剂厚度的护目镜等镜片，进而满足临床上不同佩戴时间在的应用。

(5)本发明中制备仿生高黏附长效抑菌防雾剂的方法操作简单、条件温和、无需大型仪器、温度适中、成本低廉，易于规模化生产，设计性强，普适性好，得到的防雾剂抗菌、防雾持久，可用于防止镜片等表面结雾以及细菌滋生。

本发明尤其可通过向亲水聚合物或聚合物单体中引入仿贻贝蛋白结构(如含有邻苯二酚结构)，能够更有效的形成仿生结构。在海洋中，贻贝通过分泌含有重复多巴-赖氨酸基序的蛋白可以紧密地黏附到各种无机和有机的表面上。科学家们发现，多巴中的儿茶酚基团(邻苯二酚结构)在通用粘附性能中起着关键作用，把其引入到它可以黏附到各种表面。即使在湿润环境中，含有儿茶酚基团的化合物依然可以牢牢地黏附到各种表面上。目前，大部分的防雾剂耐久性，随着表面水分的增多，很容易随着水分一起流失。在本发明中，把邻苯二酚结构以及含有邻苯二酚结构(邻苯三酚)引入到聚合物中，通过合理控制黏附官能团和聚合物之间的比例(黏附官能团和聚合物之间的比例过低或过高，都会降低整体的黏附性质，从而导致该聚合物配置的防雾剂不能长效黏附到待处理表面，进而降低防雾剂的防雾效果)得到亲水性仿生高黏附聚合物，配制溶液，能够作为长效抗菌防雾剂可用于医用护目镜镜片等表面的防雾、抗菌处理，具有良好生物安全性、且能够有效抑制护目镜表面结雾、细菌滋生。

此外，本发明还通过对亲水性仿生高黏附聚合物中对应的含有高黏附官能团的小分子和亲水聚合物中参与反应的官能团之间的摩尔比(或，修饰有高黏附官能团的单体与含胺单体两者之间的摩尔比)进行优选控制，能够有效避免防雾剂的脱落，延长防雾效果寿命。例如，把儿茶酚基团引入到聚合物中，如果黏附官能团和聚合物之间的摩尔比在0.0001～1区间、或者黏附官能团和含胺单体之间的摩尔比在0.001～5区间时，该防雾剂喷涂到待处理表面上时，这些防雾剂能够避免很快脱落。

综上，本发明设置于护目镜等表面上的防雾、抗菌涂层能有效抑制水蒸汽富集和细菌滋生，进而起到防雾、抗菌的效果。本发明所采用的防雾剂具有良好的生物安全性，同时具有防雾性能和抗菌性能。本发明的仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及应用方法操作简单、成本低廉、设备要求不高，适用于大规模生产，能够有效地解决在长时间戴口罩、佩戴护目镜工作中，护目镜的镜片起雾以及细菌滋生的问题，且无明显不良反应。

附图说明

图1是本发明护目镜的制备流程示意图。

图2是本发明实施例1的防雾涂层在培养皿上的防雾效果对比图，图2中的a对应有实施例1的防雾涂层，b为空白对照。

图3是本发明实施例1的护目镜的防雾效果图，其中左侧为空白对照，右侧对应有实施例1的防雾涂层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体来说，本发明仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备及其应用所对应提供的仿生高黏附长效抑菌防雾剂，包括溶剂和亲水性仿生高黏附聚合物，该防雾剂为不具有毒性，能有效抑制镜片表面结雾以及细菌滋生的材料。防雾剂的溶剂视实际使用需求灵活调整(当然，溶剂需要满足不能与溶质发生化学反应这一常规要求)。接着，再将聚合物溶液均匀的涂敷到护目镜等镜片上，进而能够有效抑制护目镜等镜片起雾以及细菌滋生。

本发明中的仿生高黏附长效抑菌防雾剂能够有效抑制护目镜、面盾等镜片起雾以及细菌滋生。以护目镜为例，防雾、抗菌涂层的厚度(即涂膜厚度)可以大于或等于聚合物单层膜的厚度，只要不影响护目镜等的视线即可，例如，可以为0.0001nm-1000μm。

本发明提供的仿生高黏附长效抑菌防雾剂同时具有防雾性能和抗菌性能的亲水性仿生高黏附聚合物。

具体的，在制备仿生高黏附长效抑菌防雾剂过程中，可以由聚合物或聚合物单体和含有高黏附官能团的分子反应得到亲水性仿生高黏附聚合物；例如，可以由一种或几种聚合物或聚合物单体和含有高黏附官能团的分子混合得到亲水性仿生高黏附聚合物通过物理或化学作用发生交联得到(物理或化学作用例如可以是共价键相互作用，也可以是氢键、范德华力或静电作用等非共价键相互作用)。

溶剂可以为水、醇类、醚类、酮类、酯类、芳香烃类、脂环烃类、卤代烃、吡啶、乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种，醇类比如甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、丙醇等；醚类比如乙醚；酮类比如丙酮；酯类比如乙酸乙酯；烷烃类比如乙烷；脂环烃类比如环烷烃类；卤代烃比如氯仿、二氯甲烷、1,4-二溴丁烷等。可优选采用水、醇类等无毒性溶剂，比如水、乙醇、乙二醇、甘油、丙醇等。本发明所采用的亲水性仿生高黏附聚合物溶液的浓度可根据聚合物在溶剂中的溶解度来灵活调整，例如可以为0.01-60wt％。

当防雾剂是由亲水性聚合物和含有高黏附官能团的通过共价键接枝得到亲水性仿生聚合物，然后该聚合物溶解于溶剂所得到时，聚合物可以为含有羧基、氨基、醛基、羟基、巯基，邻苯二酚，季铵盐等极性官能团聚合物，优选为聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺、乙氧基化的聚乙烯亚胺、壳聚糖等氨基、仲胺、季铵盐等正电官能团的亲水性高分子聚合物；优选地，该聚合物与溶剂混合时，含有高黏附官能团的小分子和亲水聚合物中参与反应的官能团之间的摩尔比为0.0001～1，聚合物质量分数范围为0.01-60wt％。

当防雾剂是由亲水性聚合物和含有高黏附官能团的分子通过共聚得到亲水性仿生高黏附聚合物，然后该聚合物溶解于溶剂所得到时，聚合物单体可以为含有酯键、双键、苯环、环状单体等不饱和键的小分子化合物中一种或几种的，优选为丙烯胺、乙烯胺、丙炔胺等本身带有氨基、仲胺、季铵盐等正电官能团的亲水性分子；优选地，修饰有高黏附官能团的单体中高黏附基团与含胺单体两者之间的摩尔比为0.001～5，聚合物质量分数范围为0.01-60wt％。

当防雾剂由亲水性聚合物和含有高黏附官能团的分子通过共混形成非共价键连接得到亲水性仿生高黏附聚合物，然后该聚合物溶解于溶剂所得到时，亲水性聚合物可以为含有羟基、氨基、苯环等强氢键体系的聚合物，优选为壳聚糖、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚乙烯亚胺等亲水性聚合物中的一种或几种；含有高黏附官能团的分子为含有羧基、氨基、醛基、羟基、巯基等极性官能团中一种或几种小分子化合物，优选为3,4-二羟苯基丙酸，茶多酚，3,4-二羟苯基丙胺，3,4-二羟苯基甲酸，单宁酸等含有邻苯二酚、邻苯三酚等多酚结构小分子化合物；优选地，含有高黏附官能团的小分子和聚合物中参与反应的官能团之间的摩尔比为0.0001～1，聚合物质量分数范围为0.01-60wt％。

待亲水性仿生高黏附聚合物与溶剂混合溶液以后，通过喷涂，旋涂，滴涂，提拉，3D打印，浸润涂敷到护目镜等镜片表面，得到具有一定抗菌、防雾性能的聚合物涂层。护目镜等镜片的材质可以为聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚氨酯、酚醛树脂、聚乳酸树脂、聚甲醛、聚酰胺、聚砜、聚醚，聚碳酸酯、聚醚醚酮或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

以下为实施例：

实施例1

一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备方法，按照如下方法制备：首先，按照多巴胺和聚乙烯胺质量比1:100合成聚乙酰胺-多巴胺聚合物，去离子水透析三天、冻干后，配置质量分数为5％的水溶液，喷到塑料培养皿表面和护目镜表面右侧，室温除去溶剂，得到带有聚合物涂层的培养皿和护目镜。防雾剂在护目镜等镜片上的涂膜厚度大于或等于单层聚合物厚度，不影响护目镜等的视线即可。

效果验证：

把空白培养皿、含有防雾抗菌涂层的培养皿和护目镜放在加湿器旁边，四个小时后，检测防雾效果。

通过观察，空白培养皿(图2中的a)和护目镜的左侧(图3左侧)，表面一层水雾，而涂敷防雾、抗菌涂层的培养皿(图2中的b)和护目镜的右侧(图3右侧)，表面无水雾。

实施例2

一种仿生高黏附长效抑菌防雾剂的制备方法，按照如下方法制备：首先，按照多巴胺和聚乙烯亚胺质量比1:10合成聚乙烯亚胺-多巴胺聚合物，去离子水透析三天、冻干后，配置质量分数为20％的水溶液，喷到塑料培养皿表面和护目镜表面右侧，室温除去溶剂，得到带有聚合物涂层的培养皿和护目镜。

效果验证：

把空白培养皿、含有防雾抗菌涂层的培养皿和护目镜放在加湿器旁边，四个小时后，检测防雾效果。