本發(fā)明屬于抗菌材料技術，具體涉及一種抗菌性交聯(lián)乳液及其制備方法。

背景技術：

生活中細菌無處不在，因細菌引發(fā)的感染、疾病在人類歷史過程曾經(jīng)奪去太多生命，因而科學家一直沒有停止對抗菌性物質(zhì)的研究。人們對抗菌劑的研究開始于小分子抗菌劑，近年來主要集中于高分子抗菌劑研究。高分子抗菌劑在化學穩(wěn)定性、作用持久性、低毒等方面具有獨特的優(yōu)勢。目前高分子抗菌劑的研究主要有兩個方面：在片材表面引入抗菌性物質(zhì)、制備抗菌性納米粒子。du課題組用自組裝方法，制備了聚環(huán)氧乙烯、聚ε-己內(nèi)酯、聚甲基丙烯酸乙胺基叔丁酯三嵌段共聚物(peo-b-pcl-b-pta)膠束和聚2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、聚甲基丙烯酸乙胺基叔丁酯二嵌段共聚物(pmeo2ma-b-pta)囊泡，抗菌性較線形嵌段共聚物有明顯提高。也可以通過乳液聚合方法制備抗菌性納米粒子，cheow用乳液聚合法制備了含環(huán)丙沙星和左氧氟沙星的聚己內(nèi)酯乳膠粒。

近年來，兩親性嵌段共聚物的合成過程得到了極大地簡化，這主要得益于包括原子轉移自由基聚合(atrp)，氮氧穩(wěn)定自由基聚合(nmp)和可逆加成斷裂鏈轉移(raft)在內(nèi)的多種“活性”自由基聚合(clrp)的迅猛發(fā)展。但是現(xiàn)有聚合物制備過程存在添加劑過多、產(chǎn)物粒徑分布不均等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種抗菌性交聯(lián)納米粒子及其制備方法。具有單體范圍廣泛、制備條件不苛刻、末端基團的官能化反應等優(yōu)點，是一種采用半連續(xù)加料方式簡便、高效地合成兩親性嵌段共聚物納米粒子的方法。本發(fā)明先合成一段水溶性的聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯聚合物，再將它作為下一步聚合的調(diào)控劑和體系的穩(wěn)定劑，嵌段聚合物剛開始能溶解于水中，但溶解性隨著鏈長增加而降低以致逐漸從水中析出，聚合物鏈互相作用，最終在原位組裝成一定形貌的納米粒子；本發(fā)明聚合過程中，不需要加入任何傳統(tǒng)小分子乳化劑，可以制備純凈的穩(wěn)定乳液。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種抗菌性交聯(lián)納米粒子的制備方法，包括以下步驟，在鏈轉移劑、引發(fā)劑存在下，聚合甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯得到聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯；于60～80℃下，在引發(fā)劑存在下，采用半連續(xù)加料方式向聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯水溶液中加入單體，反應完成得到交聯(lián)納米乳液；調(diào)節(jié)交聯(lián)納米乳液呈堿性后冷凍干燥，得到交聯(lián)納米粒子；以交聯(lián)納米粒子、溴己烷為原料制備得到抗菌性交聯(lián)納米粒子；所述單體為甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯。

本發(fā)明還公開了一種抗菌性交聯(lián)納米粒子水溶液的制備方法，包括以下步驟，在鏈轉移劑、引發(fā)劑存在下，聚合甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯得到聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯；于60～80℃下，在引發(fā)劑存在下，采用半連續(xù)加料方式向聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯溶液中加入單體，反應完成得到交聯(lián)乳液；調(diào)節(jié)交聯(lián)乳液呈堿性后冷凍干燥，得到交聯(lián)納米粒子；以交聯(lián)納米粒子、溴己烷為原料制備得到抗菌性交聯(lián)納米粒子；將抗菌性交聯(lián)納米粒子分散于水中得到抗菌性交聯(lián)納米粒子水溶液；所述單體為甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯。

本發(fā)明還公開了一種抗菌粒子用交聯(lián)乳液的制備方法，包括以下步驟，在鏈轉移劑、引發(fā)劑存在下，聚合甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯得到聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯；于60～80℃下，在引發(fā)劑存在下，采用半連續(xù)加料方式向聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯溶液中加入單體，反應完成得到抗菌粒子用交聯(lián)乳液；所述單體為甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯。

本發(fā)明還公開了一種抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子的制備方法，包括以下步驟，在鏈轉移劑、引發(fā)劑存在下，聚合甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯得到聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯；于60～80℃下，在引發(fā)劑存在下，采用半連續(xù)加料方式向聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯溶液中加入單體，反應完成得到抗菌粒子用交聯(lián)乳液；調(diào)節(jié)抗菌粒子用交聯(lián)乳液呈堿性后冷凍干燥，得到抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子；所述單體為甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯。

上述技術方案中，所述半連續(xù)加料方式為先向聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯水溶液中一次加入單體量18%～20%的單體，再滴加剩余單體；從而使單體處于饑餓狀態(tài)，可以保持體系中的單體濃度在低水平，便于體系熱分散和合成小尺寸的納米粒子，也在很大程度上降低了體系的粘度，使乳液聚合平穩(wěn)進行，是一種制備較高固含量無皂乳液的方法。

上述技術方案中，所述引發(fā)劑為偶氮二異丁脒鹽酸鹽（aiba）或者偶氮二異丁腈（aibn）；所述鏈轉移劑為二硫代萘甲酸異丁腈酯（cpdn）。

上述技術方案中，制備聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯時，甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯、鏈轉移劑、引發(fā)劑的摩爾比為50~100:3:0.5，通過調(diào)節(jié)單體的甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯的投料量可以很方便的調(diào)節(jié)聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯的分子量。

上述技術方案中，制備交聯(lián)乳液時，甲基丙烯酸甲酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸n,n二甲氨基乙酯、引發(fā)劑的摩爾比為100~600:4:1:0.4，通過調(diào)節(jié)單體甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的投料量可以很方便的調(diào)節(jié)納米粒子的分子量、交聯(lián)密度和固含量。

本發(fā)明還公開上述制備方法制備的抗菌性交聯(lián)納米粒子、抗菌性交聯(lián)納米粒子水溶液、抗菌粒子用交聯(lián)乳液以及抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子，同時公開了抗菌性交聯(lián)納米粒子、抗菌性交聯(lián)納米粒子水溶液、抗菌粒子用交聯(lián)乳液以及抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子在制備抗菌材料中的應用。

本發(fā)明通過三步：(1)合成均聚物pdmaema；(2)限定加料方式加入單體，制備較高固含量的無皂交聯(lián)乳液，進一步得到交聯(lián)納米粒子；(3)對交聯(lián)納米粒子進行季銨化處理得到抗菌性交聯(lián)納米粒子；制得的乳液穩(wěn)定，對乳液的粒徑和形貌分別進行了dls和tem表征，并對乳液抗菌性進行了驗證，證實本發(fā)明的產(chǎn)品結構穩(wěn)定、性能優(yōu)異。

本發(fā)明結合了raft與聚合誘導自組裝（pisa）聚合，利用溶于水中的前驅體聚合物，在原位形成嵌段共聚物納米粒子，具有高效、操作簡便、綠色環(huán)保的特點；同時所得的納米粒子具有有效抗菌高分子鏈在水中分散性好，抗菌作用效果好的特點。

附圖說明

圖1為抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子的透射電鏡圖；

圖2為抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子的透射電鏡圖；

圖3為抗菌交聯(lián)納米粒子的抗菌結果圖。

具體實施方式

所制備的聚合物的數(shù)均分子量(mn)和分子量分布指數(shù)(mw/mn)由tosohhlc-8320型號的凝膠滲透色譜儀(gpc)來測定。該凝膠滲透色譜儀配備tosoh的折光率檢測器，配備一個保護柱tskgelsupermp-n(4.6×20mm)，兩根檢測柱tskgelsupermultiporehz-n(4.6×150mm)。40℃下，以n,n-二甲基甲酰胺(dmf)作為流動相，流動速度是0.35mlmin^-1。以窄分子量分布的聚苯乙烯作為標準樣，可檢測出的分子量范圍為5×10²gmol^?1到5×10⁵gmol^?1。

核磁共振氫譜（¹hnmr）使用bruker300mhz核磁共振儀進行測試，以d2o作為溶劑，在室溫下測定。

乳膠粒的粒徑(dh)和粒徑分布(pdi)由malvernzetasizer3000hsa動態(tài)光散射儀(dls)在25℃下進行測定，將制得的膠乳用去離子水進行稀釋，將三次測定結果取平均值作為測試最終結果。

通過hitachih-7000透射電鏡(tem)對膠乳的形貌進行觀察，加速電壓為120kv，將稀釋的乳液滴加到銅網(wǎng)上，45s后用濾紙將銅網(wǎng)上的過量乳液吸去，觀察前將其放在室溫下烘干。

樣品抗菌測試所選用的細菌型號為大腸桿菌mg1655。在實驗之前，將細菌于lb培養(yǎng)基中培養(yǎng)至指數(shù)增長期，經(jīng)過離心重懸處理，用無菌pbs將細菌稀釋至1×10⁵cell/ml備用。隨后將不同樣品水溶液與菌液1:1混勻，（以無菌水與菌液的1：1混合液為對照組）置于37℃的恒溫搖床反應1小時，之后各取適當量的菌液涂布于預先制備好的瓊脂板上，最后于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)18小時后觀察各個瓊脂板上的菌落數(shù)。各個樣品的殺菌率用以下公式計算：殺菌率(%)=1-樣品組菌落數(shù)/對照組菌落數(shù)。

實施例一

合成水溶性均聚物pdmaema作為大分子鏈轉移劑的步驟

均聚物pdmaema是通過溶液聚合制備的，以四氫呋喃（thf）為溶劑。以摩爾比[dmaema]0/[cpdn]0/[aibn]0=60/3/0.5為例，將鏈轉移劑cpdn(325.5mg,1.20mmol)，引發(fā)劑aibn(65.5mg,0.40mmol)，單體dmaema(4.0ml,23.7mmol)和thf(1.4ml)加入到一個裝有磁攪拌子的安瓿瓶中，經(jīng)過三次冷凍-抽氣-解凍除氧操作后，將安瓿瓶口火焰熔融封管，放入提前設置好溫度(70℃)的油浴鍋中進行反應。待聚合反應達到一定時間后，取出安瓿瓶浸入冰水浴中冷卻以淬滅反應。劃開瓶口，取少量反應液溶于d2o，進行核磁表征測定轉化率。對于剩余的反應液，加入四氫呋喃溶解稀釋聚合物，之后將溶液緩慢滴入到大量乙醚和正己烷（體積比為1:1）的混合溶劑中進行沉淀。靜置一夜后，抽濾得到固體聚合物pdmaema，將其放于30℃的真空烘箱中干燥至恒重。

制備交聯(lián)共聚物無皂乳液的步驟

在此乳液聚合中，以摩爾比[mma]0/[egdma]0/[pdmaema]0/[aiba]0=200/4/1/0.4為例，將pdmaema(0.141g,mn,nmr=4000gmol^-1,mn,gpc=5200gmol^-1,mw/mn=1.14)，引發(fā)劑aiba(3.8mg,1.4×10^-5mmol)加入到一個裝有磁力攪拌子的10ml潔凈單口燒瓶中，再加入1.5ml水超聲使其溶解，用質(zhì)量分數(shù)為35%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的ph值至6.0；根據(jù)不同的固含量需要加入不同質(zhì)量的水（比如加水2.047ml得到30%固含量）。向單口燒瓶中通入15min的氦氣以除掉溶液中溶解的氧氣，在單口燒瓶橡膠塞口插入一個裝有氦氣的氣球，以保持單口燒瓶內(nèi)微正壓的狀態(tài)。對單體mma(0.75ml,7.07mmol)和egdma(0.027ml,0.14mmol)進行三次冷凍-抽氣-解凍操作，除去溶解的氧氣。將單口燒瓶放進70℃的可攪拌的油浴鍋中，同時用鎖緊頭注射器快速向體系中注入0.15ml已除氧的單體進行反應，30min后將剩余單體緩慢勻速地滴加入體系中，滴加的速度由一臺微量注射泵（tj-3a型號，河南保定蘭格公司）控制。當單體全部加入到體系中后，立即停止反應，將單口燒瓶放入冰水浴中以淬滅反應，得抗菌粒子用交聯(lián)乳液。從燒瓶中取出少量溶液保存于干凈安瓿瓶中，以備進行后續(xù)dls測試和tem測試。向剩余的乳液中加入ph為13的氫氧化鈉溶液，至乳液呈堿性，然后進行冷凍干燥，得到固體產(chǎn)物抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子。用thf和dmf的混合溶劑浸泡納米粒子溶出未聚合的單體，再用正己烷和乙醚（體積比為1:1）的混合溶劑進行沉淀，靜置一夜后，進行抽濾，得到的固體產(chǎn)物放于真空烘箱中常溫烘干至恒重，通過重量分析法確定單體的轉化率。

本發(fā)明以pdmaema為大分子鏈轉移劑，在酸性條件下半連續(xù)加料法加入mma、交聯(lián)劑egdma，聚合體系在原位生成了納米粒子，制備了無皂交聯(lián)乳液。表1為pdmaema聚合物以及固含量對聚合行為及乳液性質(zhì)的影響，聚合度無論是200還是400，抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子的dls測得的粒徑均隨著固含量的增加有所增大，且可達到50%的納米粒子固含量。為了進一步考察抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子的粒徑，進行了tem表征，結果如圖1、圖2所示，圖1為固含量為30%，圖2固含量為50%。從圖中可以看出采用tem測得的納米粒子的粒徑約為20nm，這和dls測得的結果有很大的差異，其原因是dls為水溶液中測得的納米粒子的在水溶液中分散后的粒徑而tem測得的則為干燥狀態(tài)下單個納米粒子的粒徑。

表1pdmaema聚合物用量以及固含量對聚合行為及乳液性質(zhì)的影響

交聯(lián)聚合物的季銨化過程

將上一步合成的抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子與溴己烷反應，使原pdmaema上的叔胺基團發(fā)生季銨化，以制備抗菌性交聯(lián)納米粒子。具體的，稱取0.5g抗菌粒子用交聯(lián)納米粒子于5ml安瓿瓶中，加入溴己烷(0.3ml)、三氯甲烷(2ml)，將安瓿瓶熔融封管，在磁力攪拌下置于70℃的油浴鍋中反應24h。反應結束后，將反應液三氯甲烷稀釋，逐滴滴入丙酮中進行沉淀，之后用四氫呋喃洗滌三次。將產(chǎn)物抗菌性交聯(lián)納米粒子放入真空烘箱中常溫下烘干至恒重。

對納米粒子進行季銨化處理，之后采用平板涂布法對交聯(lián)納米粒子的抗菌性進行了研究，革蘭氏陰性菌大腸桿菌為實驗菌種，結果如圖3所示（圖3a、對照圖；圖3b、表1中3號樣品；圖3c、表1中6號樣品），在固含量50%下制備的聚合度為200或400的抗菌性交聯(lián)納米粒子都具有很好的抗菌性能，殺菌率達到100%。

本發(fā)明以半連續(xù)加料方式構建了raft調(diào)控的pisa無皂抗菌性交聯(lián)乳液體系，并通過季銨化反應使其成為季銨鹽聚合物納米粒子，抗菌性實驗證實抗菌性交聯(lián)納米粒子具有很好的抗菌性。無皂乳液聚合過程中，聚合度為200或400以及固含量為30%、40%、50%時，乳液體系均穩(wěn)定，對乳液的粒徑和形貌的tem表征顯示乳膠粒的粒徑約為20nm。