聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物材料領(lǐng)域，特別涉及一種聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 細(xì)菌是危害公共健康的一大殺手，如何有效地控制以及防止它的滋生與蔓延是 當(dāng)今社會(huì)面臨的一大挑戰(zhàn)。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，抗菌產(chǎn)品被認(rèn)為是具有 廣闊發(fā)展前景的新型健康產(chǎn)品之一?？咕牧弦话憧煞譃闊o機(jī)抗菌劑、有機(jī)小分子抗菌劑、 天然分子抗菌劑以及高分子抗菌劑等，其中高分子抗菌材料因具有不會(huì)滲入人體皮膚、刺 激性小、作用時(shí)效長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，備受研究者的關(guān)注。按照抗菌基團(tuán)的不同，目前得到廣泛研 究的高分子抗菌材料主要有季按鹽類、有機(jī)錫類、鹵代胺類、肌鹽類、殼聚糖類及其衍生物 等。凝膠是一種可吸收大量溶劑但不溶于溶劑的高分子或大分子聚集體，它們?cè)谒锌裳?速溶脹平衡并能保持其形狀和三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也被稱為"軟材料"?？咕z被視為 一個(gè)打擊抗藥感染的整體武器，凝膠表現(xiàn)出許多聚合物的特性，不會(huì)自由溶解，這樣的材 料在生理?xiàng)l件下可以留在原地，同時(shí)保持抗微生物活性。這些特性使他們理想地應(yīng)用于傷 口愈合，植入物、導(dǎo)管涂料，皮膚感染，甚至孔口阻隔。
[0003] 現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的抗菌水凝膠在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在一些瓶頸問題：傳統(tǒng)的抗菌材料， 如抗生素、季銨鹽等會(huì)導(dǎo)致微生物的抗性，抗菌效果不佳，前期研究所得的聚氨基酯類抗菌 水凝膠，其抗菌效果雖較傳統(tǒng)抗菌材料有所提升，但仍需進(jìn)一步提高抗菌效果來滿足抗菌 要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種抗菌效果優(yōu)良的聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠 及其制備方法。
[0005] -種聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠，成份包括：以質(zhì)量百分比計(jì)，90~97 %聚 (β-氨基酯）、3~10%氧化石墨烯，所述聚（β-氨基酯）的分子量為1萬~3萬。
[0006] -種上述聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠的制備方法，其步驟包括：
[0007] (1)聚多丙烯酸酯與二胺在溶劑中10~30°C下反應(yīng)12~24小時(shí)，沉淀、干燥，所 述溶劑包括C1~C6醇、C2~C8酯、C2~C8醚、C6~C12芳香烴、鹵代C1~C6烴、DMS0、 四氫咲喃中的一種或幾種；
[0008] (2)將步驟⑴所得產(chǎn)物配制為水溶液，加入光引發(fā)劑、氧化石墨稀，20~50°C下 反應(yīng)20~40分鐘，洗滌、凍干。
[0009] 本發(fā)明提供的聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠及其制備方法的有益效果是： ⑴聚（β-氨基酯）分子量在1萬~3萬時(shí)，在生理環(huán)境下表面呈正電位，這有利于其和 帶負(fù)電性的細(xì)胞膜相互作用，與氧化石墨烯復(fù)配結(jié)合后，陽離子電荷使聚氨基酯通過靜電 作用附著在細(xì)胞壁或者細(xì)胞膜上面，同時(shí)氧化石墨烯插入到雙層生物膜，最終共同導(dǎo)致細(xì) 胞膜破裂和細(xì)胞死亡，氧化石墨烯與聚（β-氨基酯）相互配合促進(jìn)從而達(dá)到良好的抗菌效 果。
[0010] (2)氧化石墨烯與高抗菌性、低毒性和可生物降解性的聚（β-氨基酯）有效復(fù)合， 產(chǎn)生協(xié)同作用，聚（β-氨基酯）可以促進(jìn)氧化石墨烯的良好分散、減少氧化石墨烯片層堆 積，氧化石墨烯又可以發(fā)揮聚氨基酯抗菌效果和生物相容性優(yōu)點(diǎn)并與聚（β-氨基酯）配合 共同導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
[0011] ⑶以聚（β-氨基酯）為支撐材料與氧化石墨烯復(fù)合制備抗菌水凝膠，制備成本 低，氧化石墨烯與聚（β-氨基酯）靠靜電作用力穩(wěn)定結(jié)合在一起，產(chǎn)生協(xié)同效果，使抗菌水 凝膠具備更好的抗菌效果。
【附圖說明】
[0012] 附圖1為雙丙烯酸酯-聚（β-氨基酯）的核磁圖譜；
[0013] 附圖2為實(shí)施例一所得抗菌水凝膠的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)75 ;
[0014] 附圖3為實(shí)施例一所得抗菌水凝膠的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)1900 ;
[0015] 附圖4為實(shí)施例一所得抗菌水凝膠的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)6000 ;
[0016] 附圖5為實(shí)施例一所得抗菌水凝膠對(duì)大腸桿菌抗菌性能示意圖；
[0017] 附圖6為實(shí)施例一所得抗菌水凝膠對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌性能示意圖；
[0018] 附圖7為實(shí)施例一所得抗菌水凝膠對(duì)白色念珠菌的抗菌性能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明提供了一種聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠及其制備方法。
[0020] -種聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠，成份包括：以質(zhì)量百分比計(jì)，90~97 %聚 (β-氨基酯）、3~10%氧化石墨烯，所述聚（β-氨基酯）的分子量為1萬~3萬。
[0021] 優(yōu)選的，所述氧化石墨烯為PEG化的氧化石墨烯或氨基化的氧化石墨烯。
[0022] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氧化石墨稀的片層直徑為200-500納米。
[0023] 優(yōu)選的，所述聚（β-氨基酯）包括基團(tuán)

或 R、Rl、R2代表直鏈 .?； 烷基、支鏈烷基、環(huán)狀烷基、長(zhǎng)鏈羥基或芳基或羥基；Rl、R2可以相同。
[0024] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述聚氨基酯）為雙丙烯酸酯-聚氨基酯）。
[0025] 上述抗菌水凝膠的制備方法，其步驟包括：
[0026](1)聚多丙烯酸酯與二胺在溶劑中10~30°C下反應(yīng)12~24小時(shí)，沉淀、干燥，所 述溶劑包括C1~C6醇、C2~C8酯、C2~C8醚、C6~C12芳香烴、鹵代C1~C6烴、DMS0、 四氫咲喃中的一種或幾種；
[0027] (2)將步驟⑴所得產(chǎn)物配制為水溶液，加入光引發(fā)劑、氧化石墨稀，20~50°C下 反應(yīng)20~40分鐘，洗滌、凍干。
[0028] 利用聚氨基酯鏈段在臨界轉(zhuǎn)變溫度前后"伸展-收縮"特點(diǎn)，結(jié)合聚氨基酯正電 荷與氧化石墨烯負(fù)電荷之間"內(nèi)場(chǎng)"靜電作用，借助超聲"外場(chǎng)"作用，內(nèi)外合力促使氧化石 墨烯穩(wěn)定分散。聚氨基酯抗菌水凝膠與氧化石墨烯結(jié)合在一起，得到一類生物相容性良好 的氧化石墨烯-聚氨基酯復(fù)合物材料，兩者相互作用，協(xié)同產(chǎn)生增強(qiáng)生物效用，用于抵抗細(xì) 菌。
[0029] 優(yōu)選的，步驟（2)所述氧化石墨稀為PEG化的氧化石墨稀或氨基化的氧化石墨稀。 氧化石墨烯與聚（β-氨基酯）通過靜電作用力相互結(jié)合在一起，進(jìn)一步的，氧化石墨烯的 PEG化或氨基化能夠使其通過有效的氫鍵或共價(jià)鍵結(jié)合與聚氨基酯網(wǎng)絡(luò)形成良好的分子間 相互作用，從而均勻而穩(wěn)定地分散于高分子基體中，使結(jié)合更加緊固，這種結(jié)合有利于氧 化石墨烯與聚（β_氨基酯）之間的協(xié)同作用，所述PEG化氧化石墨烯即采用聚乙二醇對(duì)氧 化石墨稀表面進(jìn)行修飾。
[0030] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟（1)所得產(chǎn)物配制為水溶液的濃度為0. 8-1. 2mg/mL，所 述氧化石墨稀為濃度〇. 01-0. 〇3mg/mL的氧化石墨稀水溶液。
[0031] 優(yōu)選的，步驟（1)所述聚多丙烯酸酯為聚乙二醇二丙烯酸酯，所述二胺為哌嗪、4， 4-丙基哌啶基哌啶。
[0032] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠及其制備 方法予以進(jìn)一步說明。
[0033] 實(shí)施例一
[0034] 聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠的制備。
[0035] 本實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議 的條件，實(shí)施例所用原料均可從市場(chǎng)購(gòu)得。
[0036] 具體步驟如下：（1)將 2.lOmmol, 0· 516gPEGDA-258,0. 85mmol0· 0731g哌 嗪，1. 15mmol0. 241g4,4-丙基哌啶基哌啶和0.lmmol0.OlOg三乙胺加入到一個(gè)25ml的 有氮?dú)獗Ｗo(hù)的圓底燒瓶中，再加入6ml可溶的二氯甲烷，這個(gè)反應(yīng)在室溫下進(jìn)行24個(gè)小時(shí)， 接著在醚中進(jìn)行沉淀，在真空中干燥24小時(shí)，所得的聚合物為雙丙烯酸酯-聚（β-氨基 酯）。
[0037] (2)將步驟（1)所得聚合物溶于水中配制為濃度為lmg/mL的水溶液，取該水溶 液5mL，加入光引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)30分鐘，聚合物水溶液從液體轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。加入80μL 0. 02mg/mL的PEG修飾的氧化石墨烯的水溶液，30°C下反應(yīng)15分鐘，離心分離，用pH為7. 4 的PBS洗滌三次，離心冷凍干燥，所得復(fù)合物即為聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠。所述 PEG修飾的氧化石墨烯為市場(chǎng)購(gòu)買得到。
[0038] 步驟（1)所得聚合物產(chǎn)量為80%，聚合物分子量為1萬~3萬，對(duì)聚合物雙丙烯酸 酯-聚（β_氨基酯）進(jìn)行核磁共振分析測(cè)試，其核磁共振譜圖見附圖1。
[0039]經(jīng)上述步驟（1)、步驟（2)制備的抗菌水凝膠成分包括，以質(zhì)量百分比計(jì)，93%雙 丙稀酸酯-聚（β-氨基酯）、7%PEG化的氧化石墨稀，所述PEG化的氧化石墨稀的片層直 徑為200-500納米。對(duì)所得的聚氨基酯-氧化石墨烯抗菌水凝膠進(jìn)行掃描電子顯微鏡測(cè)試， 如圖顯示，水凝膠為多孔有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得掃描電子顯微鏡圖見附圖2、附圖3、附圖4。
[0040] 進(jìn)一步的，對(duì)