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CN101878324B - 新颖组合物和相关方法、涂料和物件 - Google Patents

新颖组合物和相关方法、涂料和物件 Download PDF

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CN101878324B CN2008801180856A CN200880118085A CN101878324B CN 101878324 B CN101878324 B CN 101878324B CN 2008801180856 A CN2008801180856 A CN 2008801180856A CN 200880118085 A CN200880118085 A CN 200880118085A CN 101878324 B CN101878324 B CN 101878324B
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Abstract

本发明揭示施加至物件(100)的涂料(120)的组合物和方法。组合物可施加至物体表面上，所述组合物包含聚合物和金属醇盐前体。经由包含使金属氧化物前体水解随后加热涂覆物件的方法自所述金属氧化物前体形成金属氧化物。所述涂覆物件包含医疗器件，所述医疗器件包括医疗植入体。

Description

新颖组合物和相关方法、涂料和物件
相关申请案交叉参考
本申请案与先前提出申请的临时专利申请案第60/981,263号有关且主张其优先权，所述临时专利申请案在2007年10月19日提出申请并且以引用方式并入本文中。
关于联邦资助研究的声明
本发明是在由退伍军人事务部(Department of Veterans Affairs)授予的V00241P-00445和V650P-3955的资助下在政府支持下进行。政府对本发明拥有一定的权利。
技术领域
本发明涉及新颖组合物以及相关方法、涂料和物件。
背景技术
钛氧化物是一种金属氧化物半导体，其在高于其带隙的光子能量照射时分别在导带和价带中产生电子和电洞。所述光生电子和电洞能够与表面吸附物质(例如，水和氧)结合而形成高度反应性的自由基物质，例如羟基自由基(·OH)和过氧化物阴离子(O2 ·-)。所述反应性物质具有强氧化力，并且能够氧化大多数有机化合物。因此，所述反应性物质的存在可使钛氧化物颗粒的表面具有光催化活性。反应性物质通常仅在钛氧化物被紫外光(例如，具有小于380nm的波长)照射时产生。
发明内容
本发明涉及新颖组合物以及相关方法、涂料和物件。
一方面，本发明的特征在于包括以下的方法：将含有聚合物和金属氧化物前体的组合物施加至物体表面上，并在将所述组合物施加至所述物体表面上之后，自所述金属氧化物前体形成金属氧化物。
另一方面，本发明的特征在于包括以下的方法：自含有聚合物和金属氧化物前体的组合物中的所述金属氧化物前体形成金属氧化物，此通过将所述金属氧化物前体暴露于具有约40％至约70％的湿度水平的气体达至少约1小时来实施。
另一方面，本发明的特征在于包括以下的方法：自含有聚合物和金属氧化物前体的组合物中的所述金属氧化物前体形成金属氧化物，此通过将所述金属氧化物前体暴露于具有约40％至约70％的湿度水平的气体并使所述金属氧化物前体实质上不与除了存在于所述气体中的水、酸和碱以外的水、酸或碱接触来实施。
另一方面，本发明的特征在于通过上文方法制备的物件。
另一方面，本发明的特征在于包括聚合物和金属氧化物的组合物，其中所述组合物在自约380nm至约1,200nm的波长下具有最大吸收峰。
另一方面，本发明的特征在于包括聚合物和金属氧化物的组合物，其中在用具有自约380nm至约1,200nm的波长的光辐照所述组合物约1小时后，所述组合物使亚甲蓝溶液在664nm下的光密度降低至少约20％。
又一方面，本发明的特征在于包括物体和由所述物体的表面支撑的涂层的物件。所述涂层包括聚合物和金属氧化物前体。所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚合物的总体积的约50％至约99％。
实施例可包括以下特征中的一或多个特征。
在一些实施例中，自金属氧化物前体形成金属氧化物包括使所述金属氧化物前体水解。
在一些实施例中，自金属氧化物前体形成金属氧化物是在不高于约45℃(例如，不高于约30℃)的温度下实施。
在一些实施例中，自金属氧化物前体形成金属氧化物实施至少约1小时。
在一些实施例中，自金属氧化物前体形成金属氧化物包括将所述组合物暴露于具有约40％至约70％的湿度水平的气体并使所述金属氧化物前体实质上不与除了存在于所述气体中的水、酸和碱以外的水、酸或碱接触。
在一些实施例中，所述气体包括空气。
在一些实施例中，所述金属氧化物前体包括金属醇盐、金属二酮酸盐或金属盐。例如，所述金属氧化物前体可包括钛醇盐、钒醇盐、锌醇盐、锆醇盐、银醇盐或钽醇盐。
在一些实施例中，所述金属氧化物前体包括四异丙醇钛或三丙醇氧化钒。
在一些实施例中，所述金属氧化物包括钛氧化物、钒氧化物、锌氧化物、锆氧化物、银氧化物或钽氧化物。
在一些实施例中，所述聚合物包括聚硅氧烷、聚氨酯、聚(环氧乙烷)、聚丙烯酰胺、多肽、多糖、或其组合或共聚物。例如，所述聚合物可包括聚(二甲基硅氧烷)，例如官能化的聚(二甲基硅氧烷)。在某些实施例中，所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)的至少一部分在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物时交联。
在一些实施例中，所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚合物的总体积的约50％至约99％(例如，约60％至约97％)。
在一些实施例中，所述组合物可进一步包括溶剂。在某些实施例中，上文所述方法可进一步包括在将所述组合物施加至所述物体表面上之后或在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物之前移除所述溶剂。
在一些实施例中，所述组合物在自约500nm至约1,100nm(例如，自约600nm至约1,000nm)的波长下具有最大吸收峰。
在一些实施例中，所述组合物呈于物体表面上的涂层形式。在某些实施例中，所述物体是医疗器件，例如医疗植入体。
在一些实施例中，所述物件可以是医疗器件，例如医疗植入体。
实施例可包括以下优点中的一或多个优点。
在一些实施例中，除紫外光(UV)(例如，具有自约10nm至约380nm的波长)外，上文所述涂料在可见光和红外光(IR)(例如，具有自约380nm至约1,200nm的波长)和X射线(例如，具有自约0.01nm至约10nm的波长)辐照时也出乎意料地展示光催化活性。在某些实施例中，上文所述涂料在具有约600nm至约1,000nm的波长(光透过人体的最佳波长范围)的光辐照时展示光催化活性。因此，当将具有所述涂料的医疗器件植入人体时，所述涂料可对骨、皮肤、肌肉和其它软组织提供有效的治疗性处理(例如，抗炎或抗微生物活性)。在某些实施例中，上文所述涂料在具有自约0.01nm至约10nm的波长的X射线以不伤害人体的剂量(例如典型CT扫描仪所用的剂量)辐照时展示光催化活性。因此，当用典型CT扫描仪扫描带有含有所述涂料的医疗植入体的患者时，所述涂料可对骨、皮肤、肌肉和其它软组织提供有效的治疗性处理(例如，抗炎或抗微生物活性)。在某些实施例中，上文所述涂料在紫外光辐照时展示较低的光催化活性，但在可见光或红外光辐照时保持较高的光催化活性。因此，当不希望有紫外光辐照且通过过滤移除时，所述涂料可提供有效的治疗性处理(例如，抗炎或抗微生物活性)。
在一些实施例中，上文所述涂料显著改良钒氧化物自涂料的递送曲线(deliveryprofile)。例如，当将钒氧化物加载至包括钛氧化物和聚(二甲基硅氧烷)的涂料中时，在生理条件下自涂料释放出乎意料地高的百分比的钒氧化物。例如，自所述涂料释放的钒氧化物的百分比远高于自含有钛氧化物而不含有聚(二甲基硅氧烷)的涂料释放的钒氧化物的百分比。因此，当布置所述涂料(例如，植入人体中)时，可以足以达成治疗效果的量将钒氧化物递送于人体中。
在一些实施例中，上文所述涂料显著改良银氧化物自涂料的递送曲线。例如，当将少量银氧化物(来自新癸酸银)加载至包括钛氧化物和聚(二甲基硅氧烷)的涂料中时，银被释放以提供比生理条件下所述涂料的预期抗微生物作用为高的抗微生物作用。例如，与含有钛氧化物与聚(二甲基硅氧烷)的混合物的涂料相比，钛氧化物涂料提供抗微生物活性需要的银加载量较高。此较低有效剂量的银能够产生可阻止细菌生长同时支持人类细胞(例如，成纤维细胞)生长的涂料。较高的银氧化物加载量可为所述涂料提供持续时间较长的抗微生物能力。因此，当布置所述涂料(例如，植入人体中)时，可以足以达成抗微生物治疗效果的量将银递送于人体中。
自说明书、附图和权利要求书可清楚地了解其它特征和优点。
附图说明
图1是涂覆物件的实施例的剖视图。
图2是涂覆导管的实施例的剖视图。
图3是显示自实例5中所述的分析所获得的结果的图。
在各附图中，相同的参考符号表示相同的元件。
具体实施方式
图1展示涂覆物件100的剖视图，涂覆物件100包括物体110和物体110的表面111上所支撑的涂料120。
通常，涂料120包括金属氧化物和聚合物。
可用于涂料120中的金属氧化物通常包括在某一条件下展示一或多种治疗效果的氧化物。在一些实施例中，涂料120中的金属氧化物是过渡金属氧化物。适宜用于涂料120中的金属氧化物的实例包括钛氧化物、钒氧化物、锌氧化物、锆氧化物、银氧化物、钽氧化物或其组合。
在一些实施例中，涂料120包括钛氧化物。不欲受限于理论，我们认为钛氧化物在经某一波长的光辐照时具有光催化活性，从而使涂料具有抗微生物和抗炎特性。例如，在经紫外光辐照时，钛氧化物可产生电荷，其产生可分解有机物质(例如细菌)的反应性氧物质(例如羟基自由基和过氧化物阴离子自由基)。光子辐照可产生正电荷和负电荷，其可催化化学反应以影响和刺激生物和治疗活性(例如，控制炎症、细菌和细胞活性)且吸引或排斥邻近的带电荷体(例如，细菌、人类细胞、离子、蛋白质、肽、生长因子)。在一些实施例中，当涂料120包括一定量的钛氧化物时，除紫外光(例如，具有自约10nm至约380nm的波长)外，所述涂料在可见光和红外光(例如，具有自约380nm至约1,200nm的波长)和X射线(例如，具有自约0.01nm至约10nm，例如自约0.06nm至约0.2nm的波长)辐照时也出乎意料地展示光催化活性。
在一些实施例中，涂料120包括钒氧化物与钛氧化物的组合。钒氧化物是已知的胰岛素模拟物，且可用于治疗局部和全身性糖尿病病状，改善慢性糖尿病，改良伤口和软组织愈合，且防止由于缺血而引起的细胞损伤。不欲受限于理论，我们认为涂料120中存在的聚合物显著改良钒氧化物自涂料的递送曲线。在一些实施例中，例如，当将钒氧化物加载至包括钛氧化物和聚(二甲基硅氧烷)的涂料120中时，在生理条件下，自涂料120出乎意料地释放远高于自含有钛氧化物而不含有聚(二甲基硅氧烷)的涂料的百分比的钒氧化物。
在一些实施例中，涂料120包括银氧化物(例如，自新癸酸银获得)与钛氧化物的组合。已知银具有抗微生物特性，同时发现钛氧化物相比于其它植入体材料(例如，不锈钢和银)可降低接触组织的炎症反应。不欲受限于理论，我们认为涂料120中存在的聚合物显著改良银氧化物自涂料的递送曲线。在一些实施例中，例如，当将银氧化物加载至包括钛氧化物和聚(二甲基硅氧烷)的涂料120中时，在生理条件下，涂料120相比于含有钛氧化物而不含有聚(二甲基硅氧烷)的涂料可达成较高的抗微生物活性。钛氧化物和银氧化物于聚(二甲基硅氧烷)中的独特组合出乎意料地支持人类细胞生长，同时阻止细菌生长。
在一些实施例中，涂料120中金属氧化物(例如，钛氧化物)的重量百分比可以是至少约0.11％(例如，至少约22％、至少约30％、至少约41％、至少约91％或至少约99％)。
可用于涂料120中的聚合物通常包括能够促进在物体110上形成含有金属氧化物的涂料的聚合物。本文所提及的术语“聚合物”是指具有至少2个(例如，至少3个、至少5个、至少10个、至少50个、至少100个、至少500个、至少1,000个)单体重复单元的化合物。
涂料120中的聚合物可以是无机聚合物或有机聚合物。实例性无机聚合物包括聚硅氧烷或聚硅烷。实例性有机聚合物包括聚(环氧烷)(例如，聚环氧乙烷)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯酰胺、多肽(例如，胶原)、或多糖(例如，琼脂糖或藻酸盐)。
在一些实施例中，涂料120包括聚(二甲基硅氧烷)。在某些实施例中，聚(二甲基硅氧烷)可以是未官能化的聚(二甲基硅氧烷)，即，不含有反应性官能团。反应性官能团已为所属领域的技术人员所熟知，且包括(但不限于)烯基、炔基、烷氧基、芳基、杂芳基、羟基、巯基、卤基、氰基、硝基、氨基、酰胺、酰亚胺、酯、醚和羰基。市售未官能化的聚(二甲基硅氧烷)的实例是道康宁200流体20CST(DOW CORNING200FLUID 20CST)。在其它实施例中，聚(二甲基硅氧烷)可以是官能化的聚(二甲基硅氧烷)(即，含有至少一个反应性官能团，例如氨基、羟基或烷氧基)。市售官能化的聚(二甲基硅氧烷)的实例是道康宁MDX4-4159(DOW CORNING MDX4-4159)。不欲受限于理论，我们认为，相比于仅含有聚合物的涂料，将金属氧化物(例如，钛氧化物、钒氧化物和银氧化物)纳入含有聚合物(例如，聚硅氧烷或聚氨酯)的涂料中可达成改良的生物相容性、细胞增殖、抗微生物特性和光催化活性。此外，不欲受限于理论，我们认为，相比于仅含有金属氧化物的涂料，将聚合物纳入含有金属氧化物的涂料中可达成改良的黏着和机械特性。
通常，涂料120中的聚合物可以是均聚物或共聚物(例如，嵌段共聚物、无规共聚物或交替共聚物)。可用于涂料120中的共聚物的一个实例是聚(环氧乙烷)-共-聚(二甲基硅氧烷)，例如阐述于以下文献中者：(1)帕克(J.H.Park)等人，生物材料(Biomaterials)2002，23：1797-1808；(2)帕克(J.H.Park)等人，应用聚合物科学期刊(J.Appl.Polym.Sci)，2003，89：1505-1514；和(3)帕克(J.H.Park)等人，生物医学材料研究期刊(J.Biomed.Mater.Res.)，2003，64A：303-319，其全部内容以引用方式并入本文中。不欲受限于理论，我们认为，聚(环氧乙烷)的存在有助于形成水凝胶，其保留水且促进涂料中水溶性生物材料的溶解。其它实例性共聚物包括聚碳酸酯-共-聚氨酯、聚丙烯酸-共-聚氨酯、和聚醚-共-聚氨酯。
在一些实施例中，涂料120包括两种或更多种聚合物的掺合物，例如聚氨酯与聚硅氧烷的掺合物。在一些实施例中，当掺合物包括两种聚合物时，两种聚合物的重量比的范围可以是至少约1∶20(例如，至少约1∶15、至少约1∶10、至少约1∶5、至少约1∶2、至少约1∶1)。
在一些实施例中，涂料120在自约380nm至约1,200nm(例如，自约500nm至约1,100nm或自约600nm至约1,000nm)的波长下具有最大吸收峰。在一些实施例中，涂料120在自约0.01nm至约10nm(例如，自约0.03nm至约1nm或自约0.06nm至约0.2nm)的波长下具有最大吸收峰。
在一些实施例中，涂料120中的材料是非晶形物。不欲受限于理论，我们认为，在所述实施例中，涂料120不需要经加热形成结晶材料来展示光催化活性。所述涂料可施加至热敏性物体(例如织物)，不加热同时仍保持其光催化活性。
在一些实施例中，涂料120含有分离的相。在某些实施例中，所述分离的相具有至少约10nm(例如，至少约30nm、至少约50nm、至少约80nm或至少约100nm)和/或至多约500nm(例如，至多约400nm、至多约300nm、至多约200nm或至多约100nm)的平均直径。在一些实施例中，所述分离的相含有纳米尺寸的畴(nano-sizeddomain)。在某些实施例中，所述纳米尺寸的畴具有至少约0.5nm(例如，至少约1nm或至少约5nm)和/或至多约10nm(例如，至多约5nm或至多约1nm)的平均长度。在某些实施例中，所述纳米尺寸的畴具有至少约0.1nm(例如，至少约0.2nm、至少约0.5nm或至少约1nm)和/或至多约2nm(例如，至多约1nm、至多约0.5nm或至多约0.2nm)的平均宽度。
在一些实施例中，涂料120可包括其它治疗剂。治疗剂的实例包括蛋白质、肽、生长因子、维生素、矿物质、药物、金属有机物和金属盐。在一些实施例中，所述治疗剂可在生理条件下(例如，在体液中，例如血液)自涂料120释放并递送至靶位点。
涂料120通常可通过基于液体的涂覆方法来制备。本文所提及的术语“基于液体的涂覆方法”是指使用基于液体的涂料组合物的方法。基于液体的涂料组合物的实例可包括溶液、分散液和悬浮液。在将涂料组合物施加至物体110的表面111之后，通常干燥组合物并随后使其在空气中水解以形成涂料120。
通常，基于液体的涂料组合物可包括金属氧化物前体、聚合物和溶剂。
本文所提及的术语“金属氧化物前体”是指可形成金属氧化物的任何化合物。在一些实施例中，金属氧化物前体是金属醇盐。实例性金属醇盐包括钛醇盐(例如，四异丙醇钛)、钒醇盐(例如，三丙醇氧化钒)、锌醇盐、锆醇盐、银醇盐或钽醇盐。在一些实施例中，金属氧化物前体是金属二酮酸盐(例如，双(乙氧乙酰乙酰)二异丙醇钛)或金属盐(例如，四氯化钛或氯化银)。
通常，涂料组合物中的聚合物可与涂料120中的聚合物相同或不同。在一些实施例中，当聚合物分子不含有任何官能团时，涂料120中的聚合物通常与涂料组合物中的聚合物相同。在一些实施例中，当聚合物分子含有官能团(例如，氨基、烷氧基或羟基)时，所述聚合物分子可在干燥和水解步骤期间与另一聚合物分子或金属氧化物前体分子反应而形成具有较高分子量的聚合物分子或共价连接至金属氧化物分子的聚合物分子。在一些实施例中，当聚合物分子含有两种或更多种官能团时，除上文所形成的物质外还可形成交联聚合物分子。
金属氧化物前体与聚合物的体积比可视需要而变化。当金属氧化物前体是钛氧化物前体且聚合物是聚(二甲基硅氧烷)时，视物理和生物特性通常可将涂料组合物分成四种不同的种类。
在第一类中，涂料组合物所含有的钛氧化物前体占钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的总体积的约0.4％(即，对应于涂料中钛氧化物占约0.11重量％)至约50％(即，对应于涂料中钛氧化物占约22重量％)。由此类组合物形成的涂料展示改良的成纤维细胞附着和增殖、和在使涂料与活组织接触后减轻的软组织炎症。另外，当将钒氧化物加载至所述涂料中时，在相同洗脱条件下可自所述涂料洗脱出远高于含有钛氧化物而不含有聚(二甲基硅氧烷)的涂料的百分比的钒氧化物。由此类组合物形成的涂料通常展示与含有钛氧化物而不含有聚(二甲基硅氧烷)的涂料类似的光催化活性(例如，如通过下文实例5或6中所述的亚甲蓝分析所测定)。
在第二类中，涂料组合物所含有的钛氧化物前体占钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的总体积的约50％至约97.5％(即，对应于涂料中钛氧化物占约91重量％)。由第一类组合物形成的涂料除具有改良的生物特性外，由此类组合物形成的涂料在广谱光辐照时也出乎意料地展示光催化活性(例如，如下文实例5或6中所述的亚甲蓝分析所测定)，例如X射线(例如，在自约0.06nm至约0.2nm下)、紫外光(例如，在约388nm下)、可见光(例如，在约420nm、约540nm或约600nm下)和红外光(例如，在约720nm或约1,000nm下)。具体来说，由含有占钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的总体积的约60％(即，对应于涂料中钛氧化物占约30重量％)至约97.5％的钛氧化物前体的组合物形成的涂料在具有约600nm至约1,000nm的波长(光透过人体的最佳波长范围)的光辐照时展示光催化活性。因此，当将具有所述涂料的医疗器件植入人体时，所述涂料可对骨、皮肤、肌肉和其它软组织提供有效的治疗性处理(例如，抗炎或抗微生物活性)。当不希望有紫外光辐照且通过过滤移除时，所述涂料可提供有效的治疗性处理。相比之下，由钛氧化物形成且不含聚(二甲基硅氧烷)的涂料仅在紫外光(例如，具有小于约380nm的波长)辐照时展示光催化活性。另外，由含有占钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的总体积的约71％(即，对应于涂料中钛氧化物占约41重量％)至约97.5％的钛氧化物前体的组合物形成的涂料在具有约600nm至约1,000nm的波长的光辐照时展示远远强于紫外光辐照的光催化活性，且因此尤其适用于此目的。
在第三类中，涂料组合物所含有的钛氧化物前体占钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的总体积的约97.5％至约99.7％(即，对应于涂料中钛氧化物占约99重量％)。由此类组合物形成的涂料展示与由第二类组合物形成的涂料类似的改良的细胞增殖和附着特性，但展示减弱的光催化活性。具体来说，紫外光辐照时光催化活性的减弱比可见光或红外光辐照时光催化活性的减弱快速。因此，由此类组合物形成的涂料在紫外光辐照时展示的光催化活性比可见光或红外光辐照时展示的光催化活性弱。
在第四类中，涂料组合物所含有的钛氧化物前体占钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的总体积的约99.7％至约99.9％(即，对应于涂料中钛氧化物占约99.6重量％)。与由第一类组合物形成的涂料类似，由此类组合物形成的涂料展示改良的成纤维细胞附着和增殖、和在使涂料与活组织接触后减轻的软组织炎症，但展示与含有钛氧化物而不含有聚(二甲基硅氧烷)的涂料类似的光催化活性。
可用于涂料组合物中的溶剂通常可以是能够溶解或分散聚合物和金属氧化物前体的任何溶剂。在一些实施例中，涂料组合物中的溶剂是有机溶剂。在一些实施例中，所述溶剂具有较低沸点(例如，至多约150℃、至多约120℃、至多约100℃、或至多约80℃)。不欲受限于理论，我们认为，使用具有较低沸点的溶剂有助于在干燥步骤期间移除溶剂且有助于形成涂料120。实例性溶剂包括醇(例如，异丙醇)和脂肪族烃(例如，己烷或矿物油精(mineral spirit))。在一些实施例中，涂料组合物中的溶剂包括两种或更多种溶剂的混合物。
通常，涂料120可通过基于液体的涂覆方法来制备，所述方法通常包括以下步骤：(1)将金属氧化物前体和聚合物混合于溶剂中以形成涂料组合物(例如，溶液或分散液)；(2)将所述组合物涂覆于物体表面上；(3)干燥所涂覆的组合物；和(4)自金属氧化物前体形成金属氧化物(例如，通过使金属氧化物前体水解)。
在一些实施例中，混合步骤可通过将金属氧化物前体和聚合物直接添加到溶剂中以形成涂料组合物来实施。在一些实施例中，混合步骤还可通过以下来实施：将金属氧化物前体溶解或分散于溶剂中以形成第一组合物，将聚合物溶解或分散于溶剂中以形成第二组合物，混合第一组合物与第二组合物以形成涂料组合物。在混合步骤中，涂料组合物通常不经水、酸(即，无机酸或有机酸)、或碱(即，无机碱或有机碱)处理以免使金属氧化物前体水解。因此，在将涂料组合物施加于物体表面上之前，涂料组合物中实质上全部(例如，至少约80重量％、至少约90重量％、至少约95重量％、至少约98重量％或至少约99重量％)的金属氧化物前体呈前体形式，而未经水解形成金属氧化物。
涂覆步骤通常可通过任何适宜的涂覆方法来实施。在一些实施例中，其可通过使用以下方法中的至少一种方法来实施：溶液涂覆、喷墨印刷、旋涂、浸涂、刮刀式涂覆、棒式涂覆、喷涂、辊涂、狭缝涂覆、凹板涂覆、柔性版印刷或丝网印刷。在某些实例中，经由浸涂通过将物体浸没于涂料组合物中且随后自所述组合物中取出物体来将涂料组合物涂覆至物体上。
通常，在将组合物涂覆于物体表面上之后，通过干燥组合物来移除组合物中的溶剂。在一些实施例中，干燥步骤是在低于约45℃(例如，低于约40℃、低于约35℃或低于约30℃)的温度下实施。在一些实施例中，干燥步骤是在室温(例如自约24℃至约26℃)下实施。在一些实施例中，干燥步骤是在生理温度(例如自约35℃至约40℃)下实施。在某些实施例中，干燥步骤是在与生物组织(例如，表皮、真皮、软骨和骨)接触期间实施。在某些实施例中，干燥步骤是在高温(例如，自约30℃至约100℃)下实施以确保移除残留溶剂和/或为所涂覆物体消毒。
金属氧化物通常通过使金属氧化物前体水解而自所述金属氧化物前体形成。水解步骤通常可通过将涂覆组合物暴露于含有水分的气体(例如，空气)以使金属氧化物前体与气体中的水分接触以形成金属氧化物来实施。通常，涂覆组合物除经存在于气体中的水、酸(即，无机酸或有机酸)、或碱(即，无机碱或有机碱)处理以使金属氧化物前体水解以外不经其它的水、酸或碱处理。在一些实施例中，所述气体具有自约40％至约70％(例如，自约50％至约60％)的湿度水平。
在一些实施例中，水解步骤是在与干燥步骤相同的条件下实施。在干燥步骤于室温下实施的实施例中，至少一部分水解步骤与干燥步骤同时发生。在干燥步骤于高温下实施的实施例中，实质上全部水解步骤在干燥步骤之后(即，在移除溶剂之后)发生。
在一些实施例中，水解步骤可实施至少约1小时(例如，至少约2小时、至少约4小时、至少约8小时、至少约12小时、至少约24小时)。
在一些实施例中，在水解步骤后，在高温(例如，自约90℃至约400℃，例如250℃)下加热涂料120。加热可通过任何适宜方法来实施，例如将涂料120置于热板上、熔炉中或高压釜中的高温蒸气中。不欲受限于理论，我们认为加热(例如，用高温蒸气)可为涂料消毒。不欲受限于理论，我们认为加热(例如，在约400℃的熔炉中)可减少聚合物的有机组份并改变涂料的表面形态(例如，自平滑至网状且多孔)，此可改良生物组织对涂料的反应(例如，改良组织向内生长、细胞生长和附着)。
至于物件100的其它组件，物体110通常可由任何适宜材料制得。适宜用于制备物体110的材料的实例包括金属(例如，金属合金)、玻璃、陶瓷、聚合物(例如，塑料或弹性体)、复合材料、凝胶(例如，水凝胶)、蛋白质(例如，胶原)和多糖(例如，琼脂糖或藻酸盐)。虽然图1中显示具有矩形，但是物体110通常可具有任一期望形状(例如，正方形、圆形、半圆形、三角形、菱形、椭圆形、梯形、不规则形状)。在一些实施例中，物体110的不同区域可具有不同形状。
在一些实施例中，物件100可以是医疗器件。在所述实施例中，涂料120可为医疗器件提供光子激活的消毒和生物活性化合物(例如，银和钒氧化物)的受控递送。医疗器件的实例包括医疗植入体、伤口敷料或绷带、伤口闭合器件、刀片、针、钳子、钻孔机、锯骨机和手术室设备。实例性医疗植入体包括经上皮植入体、牙植入体、面部重建植入体、整容/整形外科植入体、皮下植入体、经皮植入体、骨植入体(例如，接骨螺钉、板或外部固定器件)、人工关节(例如，膝关节、髋关节或踝关节)、导管(例如，腹膜导管、或气管和胃通道或导管)、支座(例如，经皮器件的支座、假体附件支座或骨锚支座)、血液接触器件(例如，血管描记器(vascular graph)、小直径血管器件、心脏瓣膜组件、起搏器外壳和电极、PORT-A-CATH器件、完全可植入的静脉进入系统器件、或肝素锁(heparin lock))、髓内器件(例如，髓内棒或骨整合假体附件)、和工程化组织(例如，组织支架、骨支架、人工皮肤或真皮支架、原位形成的泡沫支架、胶原支架或可吸收性支架)。实例性伤口敷料或绷带包括慢性或糖尿病性溃疡和伤口敷料、烧伤包覆材料(burn covering)、治疗洗剂或凝胶、和伤口处理。实例性伤口闭合器件包括缝线(例如，可吸收性缝线)和肘钉。
具有上文所述一或多种涂料的医疗器件的实例是经涂覆的导管。具体来说，如图2中所示，导管200包括导管主体210、由导管主体210的外表面支撑的涂料220、和由导管主体210的内表面支撑的涂料230。在一些实施例中，涂料220和230二者均可包括金属氧化物(例如，钛氧化物)和聚合物。在一些实施例中，涂料220和230可具有不同组成(例如，不同金属氧化物和/或不同聚合物)。
在一些实施例中，涂料220和230可为导管200提供治疗效果(例如，抗炎和/或抗微生物活性)。例如，当涂料220或230是由含有钛氧化物前体和聚(二甲基硅氧烷)的组合物(其中钛氧化物前体占两种组份的总体积的约50％至约97.5％)制备时，当将导管200植入人体内时，其可为导管200提供抗炎特性，且可通过在近红外或红外光(例如具有820nm或920nm波长的光，其可容易地透过人体)辐照时产生反应性氧物质而提供抗微生物特性。在所述实施例中，例如，可使所植入的导管200定期(例如，每周一次或每个月一次)暴露于近红外或红外光以抑制在导管200上和周围产生细菌。因此，导管200对需要长期植入的应用尤其有利。
在一些实施例中，上文所述物件可以是织物、呼吸或过滤面罩、过滤器(例如，空气过滤器、水过滤器或其组件)或建筑结构(例如，内部或外部空间或建筑表面)。在一些实施例中，上文所述物件可以是广谱透射过滤器、滤光器、将光能转化成电能的器件的组件(例如，太阳能电池的组件)、或用于产生氢的器件的组件(例如，太阳能制氢器的组件)。
虽然已揭示某些实施例，但其它实施例也可行。
虽然上文已阐述呈涂料形式的含有聚合物和金属氧化物的组合物，但在一些实施例中，所述组合物可以呈另外的形式。在一些实施例中，所述组合物可均匀地分散于物件(例如，凝胶或油)中。例如，可将组合物纳入可直接施加至皮肤或伤口的洗剂或凝胶中，或纳入可用作消毒喷雾剂的溶液或分散液中。作为另一实例，可将组合物纳入用于药物递送(例如，局部药物递送)的载剂中。在一些实施例中，整个物件可由一或多种本文所述金属氧化物和聚合物组合物通过诸如模制或浇注等方法来形成。
在一些实施例中，涂料120在除紫外光、可见光和红外光以外的电离辐射源辐照时展示光催化活性。其它电离辐射源的实例包括X射线源，例如医学X射线或CT扫描仪。在某些实施例中，涂料120可在脉冲磁场(例如，来自医学MRI扫描仪)辐照时展示光催化活性。
以下实例是例示性的，且不打算具有限制意义。
实例1：制备含有钛氧化物的涂料
以下程序中所使用的金属醇盐是自西格玛-奥德里奇化学公司(Sigma-AldrichChemical Company)，阿伦敦(Allentown)，宾夕法尼亚州(PA)获得。
通过将1ml四异丙醇钛分散于10ml异丙醇中来制备四异丙醇钛的储备溶液。以类似方式制备四(正丁醇)钛的储备溶液。通过将1ml聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)(道康宁MDX4-4159，50％医用级分散液，道康宁公司(Dow Corning Corporation)，米德兰(Midland)，密歇根州(MI))添加至10ml 70％己烷/30％异丙醇(体积/体积)中并在室温下短暂振荡混合物来制备聚合物的储备溶液。所有储备溶液均在室温下陈化15分钟，并短暂振荡，随后用于形成含有不同体积比的钛氧化物前体和PDMS的涂料组合物。
为测定钒氧化物的洗脱曲线，通过将0.2ml三丙醇氧化钒添加至上文的四异丙醇钛储备溶液中来制备含有钒氧化物的储备溶液。使用此储备溶液经由系列稀释来制备三丙醇氧化钒浓度介于四异丙醇钛体积的20％至0.156％范围内的8份溶液。将等体积的混合金属氧化物前体储备溶液添加至聚合物储备溶液中以制备涂料组合物。此获得含有四异丙醇钛、三丙醇氧化钒和PDMS的组合物，其中四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积的66％。
实施细胞增殖和附着分析以及亚甲蓝分析时，使用以下程序来制备在96-孔微量培养板的底部上形成的涂料：将聚苯乙烯96-孔组织培养微量培养板(康宁科斯塔(Corning Costar)，康宁股份有限公司(Corning Incorporated)，生命科学(Life Sciences)，洛威尔(Lowell)，马萨诸塞州(MA))置于通风橱中。使用8道移液管将25μl涂料溶液添加至微量培养板的一列的每个孔中。随后倒置所述板并短暂振荡，然后将涂料溶液施加至下一列的孔中。每一列用不同组合物溶液进行涂覆。在各微量培养板中使用钛氧化物干凝胶和未经涂覆的经细胞培养物处理的聚苯乙烯作为对照。随后将微量培养板在化学通风橱中风干(面朝上且不盖盖子)12小时至24小时。随后将其在空气中于热板(铭牌(Dataplate)，巴恩斯特德/瑟莫雷特(Barnstead/Thermolyte)，迪比克(Dubuque)，爱荷华州(IA))上在95℃下热处理1小时，其中盖子在适当的位置。
短期洗脱分析时，使用总共50μl金属氧化物溶液/孔或100μl含有金属氧化物和PDMS二者的溶液/孔来制备12-孔微量培养板上的涂料。此使得仅含有金属氧化物的涂料与含有金属氧化物和PDMS二者的涂料之间具有相同总量的钒氧化物加载量。用在四(正丁醇)钛、四异丙醇钛和66％四异丙醇钛-PDMS中含有20体积％、10体积％、5体积％、1.25体积％和0体积％的三丙醇氧化钒的溶液涂覆所述孔，每一种溶液涂覆四个同样的孔。以每孔两个或四个25μl剂量分配溶液，在各剂量间风干一分钟。将微量培养板在化学通风橱中风干(面朝上且不盖盖子)12小时至24小时。随后，将其在空气中于热板上在95℃下热处理1小时，其中盖子在适当的位置。
实例2：细胞增殖和细胞生存力分析
人类真皮成纤维细胞源自新生儿包皮，且获自罗得岛州妇婴医院(Women &Infants Hospital of Rhode Island)，普罗维登斯(Providence)，罗得岛州(RI)，美国(USA)(由伦理审查委员会(Institutional Review Board)批准且符合赫尔辛基导则宣言(Declaration of Helsinki Guidelines))。用剪刀修剪包皮以移除过量脂肪组织，用无菌磷酸盐缓冲盐水(PBS)(英杰生命技术有限公司(Invitrogen Corporation)，卡尔斯巴德(Carlsbad)，加利福尼亚州(CA))重复冲洗，并切成小片段。使所述片段黏着至存于潮湿的10％CO2气氛中、37℃下的组织培养板的底部达1小时，并覆盖杜贝克改良鹰氏培养基(Dulbecco′s Modified Eagle Medium)(DMEM)(英杰生命技术有限公司(Invitrogen Corporation)，卡尔斯巴德(Carlsbad)，加利福尼亚州(CA))，所述培养基补加有20％胎牛血清且含有100U青霉素(penicillin)和100μg/ml链霉素(streptomycin)。经14天时间，成纤维细胞自组织片段迁移出并在培养板上形成汇合层。用0.05％胰蛋白酶/0.53mM EDTA溶液收获成纤维细胞，并在人类成纤维细胞培养基(HFM)中传代培养至接近汇合，所述培养基由含有大量葡萄糖、L-谷氨酰胺、丙酮酸盐和维生素B6盐酸盐(英杰生命技术有限公司(Invitrogen Corporation)，卡尔斯巴德(Carlsbad)，加利福尼亚州(CA))并添加10％胎牛血清和1％青霉素-链霉素的DMEM组成。使用0.05％胰蛋白酶/0.53mM EDTA经3分钟分离细胞，并再悬浮于含有血清的培养基中。随后将细胞以每孔5,000个细胞的密度接种至96孔微量培养板上，每孔含有100μl HFM。
测定细胞增殖时，首先将微量培养板在37℃和10％CO2下培育48小时。向每一孔中添加10μl WST-1(罗氏应用科学(Roche Applied Science)，印第安纳波利斯(Indianapolis)，印第安纳州(IN))后，将微量培养板在37℃下再培育3小时。通过使用微量培养板读数仪(带有索芙特梅斯PRO(SOFTMAX PRO)软件的光谱梅斯加(SPECTRAMAX PLUS)384微量培养板分光计，分子器件公司(Molecular DevicesCorporation)，桑尼维尔(Sunnyvale)，加利福尼亚州(CA))测定约440nm下的吸光度来定量细胞增殖并绘制曲线。对于每一种涂料类型和聚苯乙烯板底部，实施五次重复测定，其中三个无细胞的对照。也借助光学显微术检查各板的细胞铺展和形态。先前已建立聚苯乙烯上细胞数量对光密度的校准曲线。在校准曲线的线性部分内选择适于细胞类型的接种密度。
在上文细胞增殖分析中对由以下组合物制备的涂料进行测试：(1)含有四异丙醇钛和PDMS的组合物，其中四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积的0％、6.06％、11.76％、22.22％、40％、66％和100％；(2)含有三丙醇氧化钒和PDMS的组合物，其中三丙醇氧化钒占三丙醇氧化钒和PDMS的总体积的0％、3.07％、6.06％、11.76％、22.22％、40％、66％和100％；和(3)含有三丙醇氧化钒、四异丙醇钛和PDMS的组合物，其中三丙醇氧化钒占三丙醇氧化钒和四异丙醇钛的总体积的0％、0.15％、0.31％、0.62％、1.25％、2.5％、5％、10％和20％，且PDMS占三种组份的总体积的33％。结果显示，由所有组合物(1)制备的涂料相比于仅含有PDMS的涂料均展示改良的细胞增殖，且由四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积的11.76％、22.22％、40％和66％的组合物制备的涂料相比于仅含有钛氧化物的涂料展示改良的细胞增殖。结果还显示，除由三丙醇氧化钒占三丙醇氧化钒和PDMS的总体积的22.22％、40％和66％的组合物制备的涂料之外，由所有其它组合物(2)制备的涂料均展示相比于仅含有PDMS的涂料改良的细胞增殖、和相比于仅含有钛氧化物的涂料类似或略微改良的细胞增殖。最后，结果显示，除三丙醇氧化钒占三丙醇氧化钒和四异丙醇钛的总体积的5％、10％和20％的组合物外，由所有组合物(3)制备的涂料均展示相比于仅含有PDMS的涂料改良的细胞增殖、和相比于仅含有钛氧化物的涂料类似或略微改良的细胞增殖。
实例3：组合的细胞附着和细胞黏着分析
使用先前报导方法(参见，例如，加西亚(A.J.Garcia)，生物医学材料研究期刊(J.Biomed.Mater.Res.)2003，67A(1)：328-333)的修改形式来表征初始细胞附着(接种效率)和细胞黏着。使正常人类成纤维细胞在HFM溶液中于500cm2三重烧瓶(triple flask)中生长至接近汇合。将细胞用完全PBS冲洗并在45ml存于含有2mM右旋糖的完全PBS中的1μg/ml钙黄绿素-AM中在37℃下培育30分钟。使用0.05％胰蛋白酶和0.53mM EDTA经3分钟分离细胞，并再悬浮于含有血清的培养基中。随后将细胞在500rpm下离心5分钟，并再悬浮于PBS右旋糖中，再次离心，并再悬浮于PBS右旋糖中。随后将细胞以每孔10,000个细胞的密度接种至经涂覆的微量培养板上，并使其在22℃下经1小时附着至涂料。先前已建立聚苯乙烯上细胞数量对荧光的校准曲线，并用于在校准曲线的线性部分内选择接种密度和使板读数仪的信噪反应最大化。
使用上文所获得的微量培养板如下测定黏着至涂覆孔的细胞的数量：使各孔完全填充PBS-右旋糖并记录荧光基线(使用485nm激发波长和535nm发射波长)。通过倒置腾空所述孔以移除浮游细胞，并再次填充PBS-右旋糖，并且再次记录荧光基线。使用密封带(康宁科斯塔(Corning Costar))覆盖微量培养板，并在Centra-GP8R冷冻离心机(热电公司(Thermo Electron Corporation)，沃尔瑟姆(Waltham)，马萨诸塞州(MA))中使用微量培养板槽在800rpm下颠倒离心5分钟。再次倒置微量培养板以腾空并再次填充PBS-右旋糖，并第三次记录荧光。比较第一次和第二次荧光读数以确定接种后1小时附着至微量培养板的细胞的百分数。此对应于1小时细胞接种效率。将离心后荧光(第三次)读数与离心前(第二次)读数进行比较以确定在经受来自离心的法向力后仍然黏着的附着细胞的百分数。
可利用上文分析来确定细胞附着至表面的容易程度(接种效率)和定量黏着强度(黏着百分数)。离心速率经选择以自经组织培养物处理的聚苯乙烯孔移除约50％的细胞。对于每一种涂料类型和聚苯乙烯微量培养板底部，实施五次重复测定，其中三个无细胞的对照。
在上文细胞黏着分析中对由含有不同体积比的四异丙醇钛和PDMS的组合物和含有不同体积比的四异丙醇钛和聚氨酯的组合物制备的涂料进行测试。结果显示，由含有四异丙醇钛和聚合物(即，PDMS或聚氨酯)的所有组合物制备的涂料相比于仅含有聚合物的涂料展示类似或改良的细胞黏着，但相比于仅含有钛氧化物的涂料展示较差细胞黏着。
实例4：短期钒氧化物释放分析
以与上文实例1中所述相同的方式制备经涂覆的12-孔板以表征钒氧化物自钛氧化物干凝胶基质的短期递送。所述板的每一孔填充1ml PBS，覆盖一层或两层密封带(康宁科斯塔(Corning Costar))，并置于设定为90rpm和37℃的加热定轨振荡器(热电富马420型(ThermoForma Model 420)，热电公司(Thermo Electron Corporation)，马里埃塔(Marrietta)，俄亥俄州(Ohio))中。在第0.25、1.3、4、7、14和28天，取出各孔中的PBS，并添加至单独的15ml离心瓶中并再次填充新鲜PBS。向各瓶中添加10ml三次去离子水以对钒和钛实施ICP元素分析。各涂料进行四次重复测定。涂覆纯钛氧化物和未经涂覆的聚苯乙烯孔用作对照。以mg/L报告钒氧化物的洗脱结果，并转化成占涂料中总初始钒氧化物的百分比和基于涂料表面积的所释放钒氧化物的微克数。洗脱分析后，使用SEM结合能量色散光谱(EDS)检查表面。
对由实例1中所述组合物制备的涂料进行测试。结果显示，就占涂料中总钒氧化物的百分比和基于涂料表面积的所释放钒氧化物的总量来说，由含有20体积％、10体积％、5体积％和1.25体积％的三丙醇氧化钒的组合物制备的涂料展示显著较高的钒氧化物洗脱。
实例5：亚甲蓝微量培养板分析
为测定含有钛氧化物和PDMS的涂料引起的亚甲蓝(MB)室温颜色清除率，使用经涂覆的96-孔微量培养板和光学微量培养板读数仪实施快速筛选分析。亚甲蓝是常用的光催化指示剂，光催化期间的氧化还原反应或矿化可使其颜色清除。使用3mgMB/100ml去离子水制备MB储备溶液，并储存于包裹箔纸的瓶中。使用微量移液管向一个微量培养板塔的各孔中分配20μl MB储备溶液和180μl去离子水，得到在664nm波长下光密度(OD)为约0.5的溶液。取下微量培养板的盖子，使用光学板读数仪(带有索芙特梅斯PRO(SOFTMAX PRO)软件的光谱梅斯加(SPECTRAMAX PLUS)384微量培养板分光计，分子器件公司(Molecular Devices Corporation)，桑尼维尔(Sunnyvale)，加利福尼亚州(CA))预读取664nm下MB溶液的吸光度。随后使用相同的板读数仪以动态模式将各孔暴露于161次选定波长的单色闪光(各次闪光之间有5秒间隔)。在动态光辐照结束时，在664nm下读取第二吸光度读数以定量MB溶液的单色催化清除率。
在388nm、420nm、540nm、720nm和1,000nm下辐照含有不同重量比的钛氧化物和PDMS的涂料组合物。每一种涂料重复实验三次至四次。测定664nm波长下OD的改变随辐照波长和涂料组合物的变化并概述于图3中。
如图3中所示，在所有5种波长下，当MB溶液接触由含有的四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积的低于约50％的组合物制备的涂料时，其OD保持实质上不改变，此表明所述涂料在所述波长下未展示显著光催化活性。图3还显示，在所有5种波长下，当MB溶液接触由占四异丙醇钛和PDMS的总体积的约60％至约97.5％的四异丙醇钛制备的涂料时，其OD显著降低，而当MB溶液接触由占四异丙醇钛和PDMS的总体积的约70％至约95％的四异丙醇钛制备的涂料时，OD急剧降低。在720nm下辐照时达成最大的OD降低。换句话说，所述涂料在上文5种波长下辐照时展示较强的光催化活性且在720nm下辐照时展示最强的光催化活性。所述结果显示，与通常仅在紫外光辐照(在小于380nm的波长下)时展示光催化活性的含有钛氧化物而不含有PDMS的涂料相比，所述涂料具有出乎意料的优点。另外，图3显示，在所有5种波长下，当MB溶液接触由占四异丙醇钛和PDMS的总体积的约97.5％至约99.7％的四异丙醇钛制备的涂料时，其OD的降低显著下降，而在388nm下辐照相比于在其它波长下辐照OD的降低下降地更快速。换句话说，所述结果显示，所述涂料的光催化活性降低且与可见光或红外光辐照相比紫外光辐照时降低较快速。因此，相比于可见光或红外光辐照，所述涂料在紫外光辐照时展示较低光催化活性。最后，图3显示，当MB溶液接触由含有的四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积高于约99.7％的组合物制备的涂料时，除用720nm的光辐照时MB溶液仍展示较低水平的OD降低外，其OD保持实质上不改变。所述结果表明，除用720nm的光辐照以外，所述涂料实质上未展示光催化活性。
实例6：亚甲蓝闪烁瓶分析
为证实实例5中所示MB微量培养板分析的结果，如下实施比较的光催化分析：用300μl以下物质涂覆20ml闪烁瓶：(1)所含四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积的约75％的涂料组合物；(2)悬浮于异丙醇中的等原子钛浓度的德固萨(Degussa)二氧化钛P25(德固萨公司(Degussa Corporation)，里奇菲尔德(Ridgefield)，新泽西州(NJ))。使所述瓶在室温下风干过夜。将10ml MB储备溶液和10ml去离子水分配至两个类似涂覆的闪烁瓶的每一个中，所述闪烁瓶带有小的磁力搅拌棒并置于设定为350rpm的搅拌板上(铭牌(Dataplate)，巴恩斯特德/瑟莫雷特(Barnstead/Thermolyte)，迪比克(Dubuque)，爱荷华州(IA))。一个瓶覆盖包裹于铝箔中的烧杯以用作无光对照。使用带有150W 21V卤素灯泡和双鹅颈管光纤的福斯泰克(Fostec)高强度可见光源用广谱紫外光和可见光辐照第二个瓶。将每一光纤线的顶端放置得与瓶的相对侧直接接触以确保施加全功率。搅拌1分钟后，随后自每一瓶中取出100μl MB试样，经由移液管添加至洁净微量培养板的各孔中，并置于板读数仪中以获得664nm下OD的基线测定值。随后每辐照1小时自所述瓶取出三份重复试样直至8小时后，以确定用于测定MB颜色清除速率的数据点。
结果显示，涂料(1)在辐照1小时后展示约62％的MB颜色清除率且在辐照3小时后展示约85％的MB颜色清除率。相比之下，涂料(2)在辐照3小时后仅展示约20％的MB颜色清除率且在辐照8小时后仅展示约57％的MB颜色清除率。
实例7：用X射线实施亚甲蓝分析
实施辐射分解分析以测定X射线对自含有聚合物和金属氧化物的涂料产生反应性氧物质的影响。
用含有四异丙醇钛和PDMS的各种组合物涂覆细胞培养微量培养板的孔底，并随后以与实例5中所述相同的方式填充200μl MB溶液。在板读数仪中在664nm波长下读取溶液的光密度。每一种涂料重复实验三次至四次。使用未经涂覆的聚苯乙烯孔和涂覆有德固萨P25二氧化钛的聚苯乙烯孔作为对照。使微量培养板经受来自医学(兽医学)X射线机(班尼特X射线技术(Bennett X-ray Technologies)，科帕格(Copiague)，纽约州(NY))的辐射闪光，所述X射线机在110kVp，150毫安(mA)和0.40秒暴露时间(即，60.0mA/闪光)下运行并发射具有至少约0.11nm的波长的X射线。对于第一组闪光暴露，使用69kVp、150mA和0.045秒暴露时间。在各种重复暴露后在664nm下读取微量培养板的OD。绘制MB光密度的改变随辐射暴露(mA)变化的曲线。使用6.8mA和69kVp下犬科动物侧面骨盆的单次X射线暴露作为此设备和X射线源工作距离的参照。
在此分析中测试由含有四异丙醇钛和PDMS且其中四异丙醇钛占四异丙醇钛和PDMS的总体积的约66.6％、94.7％或97.4％的组合物制备的涂料。结果显示，当四异丙醇钛的含量自66.6体积％增加至97.4体积％时闪光辐射分解引起的MB颜色清除率增加。相比之下，未经涂覆的聚苯乙烯孔和涂覆有德固萨P25二氧化钛的孔未观察到明显MB清除。
实例8：细菌生长和成纤维细胞生长和表面形态分析
实施分析以定量含有和不含有约13％额外聚(二甲基硅氧烷)的钛氧化物涂料中掺杂银对浮游细菌生长的影响。通过扫描电子显微术来评价热处理对施加至钛合金植入体的涂料表面形态的影响。
用钛醇盐和25％新癸酸银(存于二甲苯中)调配涂料，所述涂料掺杂和不掺杂官能化的聚二甲基硅氧烷，并悬浮于极性溶剂与非极性溶剂的混合物中。如前文所述使用10％溶液来涂覆96-孔细胞培养微量培养板的底部(生物医学材料研究期刊(J BiomedMater Res)A 2007；83A(3)：853-860)。
细菌生长分析：为测定涂料的抗微生物特性，每隔15分钟测定微量培养板内光密度(OD)的改变且持续20小时以建立生长曲线，所述微量培养板填充有200μl接种有金黄色葡萄球菌(Staph.aureus)(1.2x104CFU/ml)的卢里亚-博尔塔尼培养液(Luria-Bertani broth)。开始时间界定为在指数生长期内在578nm下0.2OD。使用聚苯乙烯、钛氧化物、纯银涂料和德固萨P25二氧化钛光催化剂作为对照。
人类细胞生长分析：为测定涂料对人类真皮成纤维细胞增殖的影响，将已接种的微量培养板在37℃和10％CO2下培育48小时，此后向每一孔中添加10μl WST-1(罗氏应用科学(Roche Applied Science)，印第安纳波利斯(Indianapolis)，印第安纳州(IN))，并在37℃下培育3小时。使用微量培养板读数仪定量由四唑盐的细胞代谢引起的每一孔内的光密度(440nm下的吸光度)，并绘制曲线。
表面分析：利用光学显微术来表征经涂覆的微量培养板。根据生物反应结果选择最适宜的涂料(例如，约0.2重量％银)，且用于浸涂医用级钛合金线材坯(rod stock)(ASTM F136Ti6A14V Eli第5级)并进行风干。为产生具有降低的有机表面组成的试样，将涂覆有杂化物(hybrid)的植入体在空气中在热板上加热至400℃，保持2小时。利用扫描电子显微术(SEM)来确定涂料和植入体的表面形态。
对于杂化物来说，Ag浓度超过0.05重量％时浮游细菌生长遭到破坏。Ag浓度超过0.09％时20小时时间段内未检测到细菌生长。不含聚合物的涂料阻止细菌生长需要较高浓度的Ag。Ag浓度为约0.2％时，成纤维细胞生长未显著受抑制，因此选择所述浓度作为用于植入体涂料的最适宜杂化浓度。最适宜的涂料具有相分离微结构。涂覆有杂化物的植入体具有平滑的外观和多微孔结构，而加热时由于有机基团分解而造成网状形态(根据SEM)。
其它实施例在权利要求书中。

Claims (65)

1.一种从金属氧化物前体形成金属氧化物的方法，其包含：
从组合物中的金属氧化物前体形成金属氧化物，所述组合物包含聚硅氧烷或其共聚物和所述金属氧化物前体，所述方法是在下述条件下实施：温度不高于45℃，所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚硅氧烷或其共聚物的总体积的50％至99％，和
将所述金属氧化物前体暴露于具有40％至70％的湿度水平的空气达至少1小时。
2.如权利要求1所述的方法，其中自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物包含使所述金属氧化物前体水解。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含金属盐。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述金属氧化物前体包括金属醇盐或金属二酮酸盐。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含钛醇盐、钒醇盐、锌醇盐、锆醇盐、银醇盐或钽醇盐。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含四异丙醇钛或三丙醇氧化钒。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述聚硅氧烷包含聚(二甲基硅氧烷)。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述聚硅氧烷包含官能化的聚(二甲基硅氧烷)。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包含聚氨酯、聚(环氧乙烷)、聚丙烯酰胺、多肽、多糖、或其组合或共聚物。
10.如权利要求3所述的方法，其中所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚硅氧烷或其共聚物的总体积的50％至70％。
11.一种从金属氧化物前体形成金属氧化物的方法，其包含：
从以涂层形式存在的组合物中的金属氧化物前体形成金属氧化物，所述涂层包含官能化的聚(二甲基硅氧烷)或其共聚物和所述金属氧化物前体，所述方法是在下述条件下实施：温度不高于45℃，所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)或其共聚物的总体积的50％至99％，和
将所述金属氧化物前体暴露于具有40％至70％的湿度水平的空气达至少1小时。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括在90℃至400℃的高温下加热所述涂层。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包括在250℃的高温下加热所述涂层。
14.如权利要求11所述的方法，其中自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物包含使所述金属氧化物前体水解。
15.如权利要求11所述的方法，其中自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物包含使所述金属氧化物前体实质上不与除了存在于所述空气中的水、酸和碱以外的水、酸或碱接触。
16.如权利要求11所述的方法，其中至少一部分的所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)在从所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物时交联。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述组合物进一步包含溶剂。
18.如权利要求17所述的方法，其进一步包含在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物之前移除所述溶剂。
19.如权利要求11所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含金属盐。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述金属氧化物前体包括金属醇盐或金属二酮酸盐。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含钛醇盐、钒醇盐、锌醇盐、锆醇盐、银醇盐或钽醇盐。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含四异丙醇钛或三丙醇氧化钒。
23.如权利要求11所述的方法，其中所述组合物包含聚氨酯、聚(环氧乙烷)、聚丙烯酰胺、多肽、多糖、或其组合或共聚物。
24.如权利要求8所述的方法，其中所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)的至少一部分在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物时交联。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚硅氧烷或其共聚物的总体积的60％至97％。
26.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物进一步包含溶剂。
27.如权利要求26所述的方法，其进一步包含在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物之前移除所述溶剂。
28.一种从金属氧化物前体形成金属氧化物的方法，其包含：
从组合物中的金属氧化物前体形成金属氧化物，所述组合物包含聚硅氧烷或其共聚物和所述金属氧化物前体所述方法是在下述条件下实施：温度不高于45℃；所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚硅氧烷或其聚合物的总体积的50％至99％；
将所述金属氧化物前体暴露于具有40％至70％的湿度水平的空气达至少1小时；和
使所述金属氧化物前体实质上不与除了存在于所述空气中的水、酸和碱以外的水、酸或碱接触。
29.如权利要求28所述的方法，其中自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物包含使所述金属氧化物前体水解。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含金属盐。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述金属氧化物前体包括金属醇盐或金属二酮酸盐。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含钛醇盐、钒醇盐、锌醇盐、锆醇盐、银醇盐或钽醇盐。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含四异丙醇钛或三丙醇氧化钒。
34.如权利要求28所述的方法，其中所述组合物包含聚氨酯、聚(环氧乙烷)、聚丙烯酰胺、多肽、多糖、或其组合或共聚物。
35.如权利要求28所述的方法，其中所述聚硅氧烷包含聚(二甲基硅氧烷)。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述聚(二甲基硅氧烷)包含官能化的聚(二甲基硅氧烷)。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)的至少一部分在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物时交联。
38.如权利要求28所述的方法，其中所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚硅氧烷或其共聚物的总体积的50％至99％。
39.如权利要求28所述的方法，其中所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚硅氧烷或其共聚物的总体积的60％至97％。
40.如权利要求28所述的方法，其中所述组合物进一步包含溶剂。
41.如权利要求40所述的方法，其进一步包含在从所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物之前移除所述溶剂。
42.如权利要求28所述的方法，其中所述组合物呈涂层的形式。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述涂层在90℃至400℃的高温下加热。
44.如权利要求42所述的方法，其中所述涂层在250℃的高温下加热。
45.如权利要求42所述的方法，其中所述涂层包含的组合物中的所述金属氧化物前体包含金属盐。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述金属氧化物前体包括金属醇盐或金属二酮酸盐。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含钛醇盐、钒醇盐、锌醇盐、锆醇盐、银醇盐或钽醇盐。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述金属氧化物前体包含四异丙醇钛或三丙醇氧化钒。
49.如权利要求42所述的方法，其中所述聚硅氧烷包含聚(二甲基硅氧烷)。
50.如权利要求49所述的方法，其中所述聚硅氧烷包含官能化的聚(二甲基硅氧烷)。
51.如权利要求42所述的方法，其中所述组合物包含聚氨酯、聚(环氧乙烷)、聚丙烯酰胺、多肽、多糖、或其组合或共聚物。
52.如权利要求42所述的方法，其中所述涂层包含两个涂层，其中每个涂层具有不同的组合物。
53.如权利要求42所述的方法，其中所述涂层是光催化活性的。
54.一种组合物，其包含以一方法制备的金属氧化物，所述方法包括：
提供在溶剂中的聚合物和金属氧化物前体；
水解所述聚合物和所述金属氧化物前体以形成所述组合物的组分，这是通过下述完成：从所述聚合物和所述金属氧化物中移除所述溶剂，和用气体接触所述聚合物和所述金属氧化物前体；其中所述金属氧化物前体实质上不与除了存在于所述气体中的水、酸和碱以外的水、酸或碱接触；所述金属氧化物具有无定形结构；所述组合物被可见光、红外光、X光、或紫外光辐射后具有光催化活性，所述方法是在下述条件下实施：温度不高于45℃，所述金属氧化物前体占所述金属氧化物前体与所述聚合物的总体积的50％至99％，和
将所述金属氧化物前体暴露于具有40％至70％的湿度水平的空气达至少1小时。
55.如权利要求54所述的组合物，其中所述组合物在自500nm至1,100nm的波长下具有最大吸收峰。
56.如权利要求54所述的组合物，其中所述组合物在自600nm至1,100nm的波长下具有最大吸收峰。
57.如权利要求54所述的组合物，其中所述金属氧化物包含钛氧化物、钒氧化物、锌氧化物、锆氧化物、银氧化物或钽氧化物。
58.如权利要求54所述的组合物，其中所述聚合物包含聚硅氧烷、聚氨酯、聚(环氧乙烷)、聚丙烯酰胺、多肽、多糖、或其组合或共聚物。
59.如权利要求58所述的组合物，其中所述聚合物包含聚(二甲基硅氧烷)。
60.如权利要求59所述的组合物，其中所述聚合物包含官能化的聚(二甲基硅氧烷)。
61.如权利要求60所述的组合物，其中所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)的至少一部分在自所述金属氧化物前体形成所述金属氧化物时交联。
62.如权利要求54所述的组合物，其中所述组合物呈于物体表面上的涂层形式。
63.如权利要求62所述的组合物，其中所述物体是医疗器件。
64.如权利要求62所述的组合物，其中所述物体是医疗植入体。
65.如权利要求54所述的组合物，其中所述方法进一步包括加热所述组合物至400℃，以形成聚硅氧烷和金属氧化物的组合物。
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