CN101838455B

CN101838455B - 香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料及制备

Info

Publication number: CN101838455B
Application number: CN2010101959101A
Authority: CN
Inventors: 王艺峰; 洪群峰; 陈艳军; 熊燕飞
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: CN101838455A

Abstract

本发明属于生物医用材料、无机纳米材料和分子自组装技术领域，特别是涉及一种香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料及制备。香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料，其特征在于：它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面利用层层自组装技术进行表面修饰并通过离子还原法制备纳米银粒子而得到；其中，修饰层中含有在基材表面交替层层自组装的香菇多糖硫酸酯和纳米银粒子。该方法制备的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性、以及抗纤维蛋白原非特异性吸附的功能，同时具有抑制大肠杆菌的抗菌活性，该方法制备工艺简单，易于控制，制备条件温和，成本低廉。

Description

香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料及制备

技术领域

本发明属于生物医用材料、无机纳米材料和分子自组装技术领域，特别是涉及一种香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料及制备。

背景技术

目前，聚氨酯材料在制造植入人体的各种器件如人工心脏瓣膜、人工肺、人工血管等医用材料领域有巨大的应用前景。然而，普通聚氨酯材料作为内置医用材料植入时会产生一系列不良的生物反应，这些不良反应来源于合成材料和生命环境的非生物相容性；并且有研究表明，普通的生物材料本身不具有抗菌性，植入人体后材料表面会出现细菌的黏附和繁殖，常常引发机体组织发生病变，从而导致相关组织感染和植入手术的失败。因此，生物材料如果具有较好的生物相容性，同时能够抑制细菌黏附和生长，就能对植入材料引起的术后排异、感染及炎症反应起到有效的控制作用[Biotechnology Advances，2008，26(1)：1～21]。

生物材料的生物相容性主要取决于材料表面的性质，因此对材料的表面修饰和设计也是提高材料生物相容性等生物性能的重要手段。常用的生物材料表面修饰方法有表面化学接枝修饰、等离子表面改性、辐射和光化学表面接枝，以及表面层层自组装修饰等。其中，层层自组装技术(LBL)是一种基于静电作用在材料表面交替吸附上带异种电荷聚电解质的分子自组装技术，该技术与其它生物材料表面修饰技术相比，具有一系列优点，例如：层层自组装技术工艺简单，厚度可控，制备条件温和，可实现多种生物分子的表面固定，并有利于生物分子维持生物活性和天然构象，适用于具有复杂体型结构的材料等优点[高分子通报，2006，08：58-63]。因此，该技术已成为生物医用材料表面功能设计的有效手段。

生物多糖类物质是来源于生物体的天然高分子，具有良好的生物相容性和亲水性，因此利用多糖类生物大分子进行表面修饰是改善生物材料表面性能的有效途径之一。值得一提的是，在为数众多的生物多糖中，香菇多糖及其衍生物表现出显著的抗肿瘤、免疫调节、抗菌、抗病毒、抗凝血等多方面的生物活性。然而，目前常用的作为表面修饰的多糖类物质主要为肝素、海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖等，利用香菇多糖及其衍生物进行医用材料表面修饰的研究几乎未见报道。

此外，纳米银粒子具有稳定的物理化学性能以及优异的抗菌活性，在医疗卫生领域有着广泛的应用前景。纳米银粒子在医学领域的应用已成为一个研究热点，最近的一些研究则是在构建聚电解质多层膜中负载这种抗菌纳米银粒子从而得到抗菌涂层，例如利用PEI-Ag⁺络合物与聚丙烯酸(PAA)静电自组装成聚电解质多层膜后，用NaBH₄将Ag⁺还原成尺寸均匀的纳米银粒子，从而得到含纳米银粒子的具有催化和抗菌作用的多层膜[Nano Letters，2002，2(5)：497～501]。Yu等以硫酸酯化右旋糖酐作为纳米银粒子的稳定剂，通过层层自组装将其与壳聚糖沉积到氨化的PLLA表面制备出具有抗凝血与抗菌功能的表面，在血液透析领域有潜在的应用前景[Bioconjugate Chemistry，2007，18(5)：1521～1529]。

发明内容

本发明的目的在于提供一种香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料及制备，制备出的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性、以及抗纤维蛋白原非特异性吸附的功能，同时具有抑制大肠杆菌的抗菌活性，且制备工艺简单。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料，其特征在于：它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面利用层层自组装技术进行表面修饰并通过离子还原法制备纳米银粒子而得到；其中，修饰层中含有在基材表面交替层层自组装的香菇多糖硫酸酯和纳米银粒子。

上述香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料的制备，其特征在于它包括如下步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

按香菇多糖∶二甲基亚砜∶吡啶∶氯磺酸＝(0.6～1.2)g∶(50～100)mL∶(9～18)mL∶(3.7～7.4)mL，选取香菇多糖、二甲基亚砜、吡啶和氯磺酸，备用；

将香菇多糖加入装有二甲基亚砜的反应容器中，在20～30℃下搅拌12～18小时，再以2～4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶，继续搅拌30～40分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以0.5～1mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加氯磺酸(其中氯磺酸与吡啶的摩尔比最佳为1∶2)，滴加完毕后升温至80℃继续搅拌反应100～120分钟，反应停止后冷却至室温，用1～10wt％的NaOH溶液调节pH至7.0，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋(36mm，Mw：8000-14000)中，在pH为10的NaOH溶液中透析12～18小时，再用自来水流水透析4～6天，蒸馏水透析3～5天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯(LS)；

2)用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯对聚氨酯基材表面进行官能化：

按聚氨酯∶甲苯∶甲醇＝(18～21)g∶200mL∶200mL，选取颗粒状商用的聚氨酯、甲苯和甲醇，首先将聚氨酯装入索氏提取器中，用甲苯以及甲醇进行索氏提取36～48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；

按纯化后的聚氨酯材料：N，N-二甲基甲酰胺：4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液＝(3～6)g∶40～80mL∶60mL，选取纯化后的聚氨酯材料、N，N-二甲基甲酰胺和4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液，其中4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液的浓度为3～7.5wt％；按(M_TEA/M_Toluene)×100％＝1～2.5％，M_TEA表示三乙胺的质量，MToluene表示甲苯的质量，选取三乙胺；

再将纯化后的聚氨酯材料溶于N，N-二甲基甲酰胺(提纯后的)中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入直径为12cm的平底成膜盘内，在60～65℃下干燥24～48小时，再真空干燥24～48小时，得到聚氨酯薄膜状基材；再将聚氨酯薄膜状基材切成直径为7.0mm、厚为0.5mm的圆形膜片，放入4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液中，搅拌并升温至40～50℃，同时通入氮气保护，然后将三乙胺加入反应体系，混合均匀后进行反应100～120分钟，反应结束后，再用甲苯洗涤膜片4～6次，得到官能化的聚氨酯膜片；

3)聚氨酯基材表面氨基化：

按官能化的聚氨酯膜片∶含乙二胺的甲苯溶液＝(2～5)g∶60mL，选取官能化的聚氨酯膜片和含乙二胺的甲苯溶液，含乙二胺的甲苯溶液的浓度为2～4wt％；

将上述官能化的聚氨酯膜片放入含乙二胺的甲苯溶液中，室温下搅拌反应30～40分钟，得到表面带有氨基官能团的聚氨酯膜片，再用蒸馏水洗涤表面带有氨基官能团的聚氨酯膜片4～8次，然后在室温下将表面带有氨基官能团的聚氨酯膜片用浓度为0.012mol/L的HCl溶液浸泡15～30分钟，再用蒸馏水洗涤膜片4～8次，得到表面氨基化的聚氨酯膜片；

4)香菇多糖硫酸酯溶液的配制：

按香菇多糖硫酸酯∶去离子水＝(200.0～400.0)mg∶200mL，选取香菇多糖硫酸酯和去离子水；将香菇多糖硫酸酯溶解于去离子水中[其中香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0～2.0mg/mL(表示每mL香菇多糖硫酸酯溶液中含香菇多糖硫酸酯1.0～2.0mg)]，用0.1M NaOH调节pH至5.0，得到香菇多糖硫酸酯溶液；

5)PEI-AgNO₃溶液的配制：

按聚乙烯亚胺∶硝酸银＝0.2g∶(0.0034～0.0340)g，选取聚乙烯亚胺和硝酸银；按聚乙烯亚胺∶去离子水＝(200.0～400.0)mg∶200mL，选取去离子水；

将聚乙烯亚胺和硝酸银溶解于去离子水中[AgNO₃的浓度为0.1mM～1mM(表示每LPEI-AgNO₃溶液中含硝酸银0.1mM～1mM)，PEI的浓度为1mg/mL(表示每mL PEI-AgNO₃溶液中含聚乙烯亚胺1.0～2.0mg)]，用0.1M HNO₃调节pH至7.0，得到PEI-AgNO₃溶液；

6)在基材表面进行层层自组装：

将上述步骤3)得到的表面氨基化的聚氨酯膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，分离出(即取出)膜片后用去离子水洗涤4～6次，得到表面具有香菇多糖硫酸酯的PU/LS膜片；

再将PU/LS膜片加入到PEI-AgNO₃溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用去离子水洗涤4～6次，然后将膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用去离子水洗涤4～6次，完成基材表面的第一个双分子层自组装；重复上述过程，在PEI-AgNO₃溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装的聚氨酯膜片；

再将所述含5个双分子层的表面层层自组装的聚氨酯膜片浸泡于0.1mM NaBH₄溶液中5～10分钟，将膜片表面的Ag⁺还原为纳米银(Ag⁰)粒子，分离出膜片用去离子水清洗4～6次后，然后将膜片在40～60℃的条件下真空干燥36～48小时，得到香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料。

本发明制备得到的香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料在作为植入人体的人造器官或器件等应用于生物医用材料方面，特别适用于制备既具有良好生物相容性又具有抑菌抗感染功能的人造器官和装置的生物医用材料。

本发明通过层层自组装技术对聚氨酯材料进行表面修饰，将香菇多糖硫酸酯和纳米银粒子固定在聚氨酯基材表面，利用具有生物活性的香菇多糖硫酸酯和具有抗菌功能的纳米银粒子改善材料的表面性能和生物相容性。该方法制备的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性，以及良好的抗纤维蛋白原非特异性吸附能力，同时良好的抗菌活性。

本发明先通过化学改性方法制备一种香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯，再用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯对聚氨酯基材表面进行官能化，使基材的表面带有异氰酸根基团，利用异氰酸根基团与乙二胺之间的反应使基材的表面带有氨基基团，并使基材表面带正电，然后通过层层自组装技术在香菇多糖硫酸酯和PEI-AgNO₃溶液中交替自组装5个双分子层，最后将聚氨酯膜片表面的Ag⁺还原为纳米银(Ag⁰)粒子，从而构成香菇多糖硫酸酯和纳米银粒子的修饰层；基材采用普通商用聚氨酯材料，其和修饰层构成所述的香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料。

生物多糖类物质是来源于生物体的天然高分子，具有良好的生物相容性和亲水性，因此利用多糖类生物大分子进行表面修饰是改善生物材料表面性能的有效途径。值得一提的是，在为数众多的生物多糖中，香菇多糖及其衍生物由于其特殊的分子结构表现出十分显著的抗凝血、抗肿瘤、抗病毒、抗菌、免疫调节促进作用等多方面的生物活性。香菇多糖经硫酸酯化后制备出香菇多糖硫酸酯，是一种带有磺酸基的类肝素物质，在生理环境中带负电，因而有利于排斥蛋白质的非特异性吸附，提高被修饰材料的血液相容性。纳米银粒子具有广谱抗菌性，并能够促进伤口的愈合、细胞的生长及受损细胞的修复，无任何毒性反应，因此在抗菌材料领域有广泛的应用前景。

本发明的有益效果是：该方法制备的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性、以及抗纤维蛋白原非特异性吸附的能力，同时具有良好的抗菌活性。本发明通过表面层层自组装的方法将香菇多糖硫酸酯和纳米银粒子固定在聚氨酯基材表面。首先，用于基材表面修饰的香菇多糖硫酸酯属于生物多糖类物质，它具有良好的生物相容性，因此利用香菇多糖硫酸酯进行聚氨酯的表面修饰有利于改善材料的生物相容性。其次，由于香菇多糖硫酸酯的主链具有高亲水性、柔顺性等特点，因而有利于阻抗蛋白质的非特异性吸附；同时香菇多糖硫酸酯是带有磺酸基的类肝素物质，这些磺酸基团在生理环境中带有较强的负电荷，这也有利于排斥蛋白质的非特异性吸附。此外，香菇多糖硫酸酯还表现出一些特殊的生物活性，因此有利于改善被修饰材料的表面生物性能，赋予被修饰材料特殊的生物活性。另一方面，用于基材表面修饰的纳米银粒子具有广谱抗菌性，能够促进伤口的愈合、细胞的生长及受损细胞的修复，无任何毒性反应，并且具有强效杀菌、渗透性强、修复再生、抗菌持久、安全无毒、无耐药性等特点。纳米银对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。因此，本发明提供的香菇多糖硫酸酯和纳米银自组装修饰的聚氨酯材料，可以有效提高被修饰材料的抗蛋白质非特异性吸附功能，从而改善被修饰材料的生物相容性和表面生物性能，同时可以赋予被修饰材料两种生物多糖所具有的特殊生物活性例如抗菌活性等，从而进一步有效改善被修饰材料的表面生物性能。还值得注意的是，本发明所采用的层层自组装表面修饰技术与其它生物材料表面修饰技术相比，还具有一系列优点，例如：工艺简单，厚度可控，制备条件温和，可实现多种生物分子的表面固定并有利于生物分子维持生物活性和天然构象，可适用的基材种类多，对基体材料的体型结构适应性强，并可在具有复杂形状结构的装置和材料上实现等。

本发明香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料能够在医疗领域，特别是作为长期植入人体的人造器官与器件的生物医用材料，具有广泛的用途；同时，该材料的制备工艺简单，易于控制，制备条件温和，成本低廉，特别适用于制备具有良好生物相容性和抑菌抗感染作用的人造器官和装置的生物医用材料。

附图说明

图1是层层自组装过程中聚氨酯材料表面水接触角的变化图，

其中PU代表未经表面修饰的聚氨酯材料，PU/NH₂为表面氨基官能化的膜片，PU/LS代表表面自组装一层香菇多糖硫酸酯的膜片，PU/Ag代表表面自组装一层外层为纳米银粒子的膜片，PU/(Ag-LS)代表组装第一个双分子层外层为香菇多糖硫酸酯的膜片，依次类推，PU/(Ag-LS)₄-Ag代表纳米银粒子为最外层组装四个半双分子层的膜片，PU/(Ag-LS)₅代表香菇多糖硫酸酯为最外层含五个双分子层的膜片。

图2是纤维蛋白原在表面修饰前后的聚氨酯材料表面的吸附量图，

其中PU代表未经表面修饰的聚氨酯材料，PU/(Ag-LS)₅代表香菇多糖硫酸酯为最外层含五个双分子层的膜片。

图3是表面层层自组装修饰前后聚氨酯材料对大肠杆菌的抑制效果图，

其中空白代表未加膜片的空白对照组，PU代表未经表面修饰的聚氨酯材料，PU/LS代表表面自组装一层香菇多糖硫酸酯的膜片，PU/(Ag-LS)₅代表香菇多糖硫酸酯为最外层含五个双分子层的膜片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)香菇多糖硫酸酯的制备：将0.6g香菇多糖加入装有50mL二甲基亚砜的反应瓶中，在20℃下搅拌12小时，再以2mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加9mL吡啶，继续搅拌30分钟，然后将反应瓶置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以0.5mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加3.7mL氯磺酸(其中氯磺酸与吡啶的摩尔比为1∶2)，然后升温至80℃继续搅拌反应100分钟，反应停止后冷却至室温，用浓度为5wt％的NaOH溶液调节pH至7.0，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋(36mm，Mw：8000-14000)中，在pH为10的NaOH溶液中透析12小时，再用自来水流水透析4天，蒸馏水透析3天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经冷冻干燥得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯(LS)；

2)用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯对聚氨酯基材表面进行官能化：将18g商用聚氨酯颗粒(上海鹏博盛聚氨酯有限公司产品)装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取36小时，得到纯化后的聚氨酯材料；再将纯化后的聚氨酯材料3g溶于40mL提纯后的N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入直径为12cm的平底成膜盘内，在60℃下干燥24小时，再真空干燥24小时得到聚氨酯薄膜状基材；再将聚氨酯薄膜状基材切成直径为7.0mm厚为0.5mm的圆形膜片，放入60mL浓度为3wt％的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液中(表示100g 4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液含有4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯3g)，搅拌并升温至40℃，同时通入氮气保护，然后将三乙胺加入反应体系[按(M_TEA/M_Toluene)×100％＝1％，M_TEA表示三乙胺的质量，M_Toluene表示甲苯的质量，选取三乙胺]，混合均匀后进行反应100分钟，反应结束后，再用干燥的甲苯洗涤膜片4次，得到官能化的聚氨酯膜片；

3)聚氨酯基材表面氨基化：将3g上述官能化的聚氨酯膜片放入60mL浓度为2wt％的乙二胺的甲苯溶液中，室温下搅拌反应30分钟，得到表面带有氨基官能团的聚氨酯膜片，再用蒸馏水洗涤膜片4次，然后在室温下将膜片用0.012mol/L HCl浸泡15分钟，再用蒸馏水洗涤膜片4次，得到表面氨基化的聚氨酯膜片。

4)香菇多糖硫酸酯溶液的配制：将200.0mg香菇多糖硫酸酯溶解于200mL去离子水中[，香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0mg/mL(表示每mL香菇多糖硫酸酯溶液中含香菇多糖硫酸酯1.0mg)]，用0.1M NaOH调节pH至5.0，得到香菇多糖硫酸酯溶液；

5)PEI-AgNO₃溶液的配制：将0.2g聚乙烯亚胺和0.0034g硝酸银溶解于200mL去离子水中，用0.1M HNO₃调节pH至7.0，得到PEI-AgNO₃溶液，其中AgNO₃的浓度为0.1mM(表示每LPEI-AgNO₃溶液中含硝酸银0.1m mol)，PEI的浓度为1mg/mL(表示每mL PEI-AgNO₃溶液中含聚乙烯亚胺1.0mg)。

6)在基材表面进行层层自组装：将上述步骤3)得到的表面氨基化的聚氨酯膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15分钟，然后分离出膜片用去离子水洗涤4次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的PU/LS膜片；

再将PU/LS膜片加入到PEI-AgNO₃溶液中浸泡15分钟，分离出膜片用去离子水洗涤4次，然后将膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15分钟，分离出膜片用去离子水洗涤4次，完成基材表面的第一个双分子层自组装；重复上述过程，在PEI-AgNO₃溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装的聚氨酯膜片；

再将该膜片浸泡于0.1mM NaBH₄溶液中5分钟，将膜片表面的Ag⁺还原为纳米银(Ag⁰)粒子，分离出膜片用去离子水清洗4次后，然后将膜片在40℃条件下真空干燥36小时，得到香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料。

实施例2：

1)香菇多糖硫酸酯的制备：将1.2g香菇多糖加入装有100mL二甲基亚砜的反应瓶中，在30℃下搅拌18小时，再以4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加18mL吡啶，继续搅拌40分钟，然后将反应瓶置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以1mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加7.4mL氯磺酸(其中氯磺酸与吡啶的摩尔比为1∶2)，然后升温至80℃继续搅拌反应120分钟，反应停止后冷却至室温，用浓度为5wt％的NaOH调节pH至7.0，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋(36mm，Mw：8000-14000)中，在pH为10的NaOH溶液中透析18小时，再用自来水流水透析6天，蒸馏水透析5天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经冷冻干燥得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯(LS)；

2)用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯对聚氨酯基材表面进行官能化：将21g商用聚氨酯颗粒(上海鹏博盛聚氨酯有限公司产品)装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；再将纯化后的聚氨酯材料6g溶于80mL提纯后的N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入直径为12cm的平底成膜盘内，在65℃下干燥48小时，再真空干燥48小时得到聚氨酯薄膜状基材；再将聚氨酯薄膜状基材切成直径为7.0mm、厚为0.5mm的圆形膜片，放入60mL浓度为7.5wt％的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液中，搅拌并升温至50℃，同时通入氮气保护，然后将三乙胺加入反应体系[按(M_TEA/M_Toluene)×100％＝2.5％，M_TEA表示三乙胺的质量，M_Toluene表示甲苯的质量，选取三乙胺]，混合均匀后进行反应120分钟，反应结束后，再用干燥的甲苯洗涤膜片6次，得到官能化的聚氨酯膜片；

3)聚氨酯基材表面氨基化：将3g上述官能化的聚氨酯膜片放入60mL浓度为2wt％的乙二胺的甲苯溶液中，室温下搅拌反应40分钟，得到表面带有氨基官能团的聚氨酯膜片，再用蒸馏水洗涤膜片8次，然后在室温下将膜片用0.012mol/L HCl浸泡30分钟，再用蒸馏水洗涤膜片8次，得到表面氨基化的聚氨酯膜片。

5)PEI-AgNO₃溶液的配制：将0.2g聚乙烯亚胺和0.0340g硝酸银溶解于200mL去离子水中，用0.1M HNO₃调节pH至7.0，得到PEI-AgNO₃溶液，其中AgNO₃的浓度为1mM(表示每LPEI-AgNO₃溶液中含硝酸银1m mol)，PEI的浓度为1mg/mL(表示每mL PEI-AgNO₃溶液中含聚乙烯亚胺1.0mg)。

6)在基材表面进行层层自组装：将上述步骤3)得到的表面氨基化的聚氨酯膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡20分钟，然后分离出膜片用去离子水洗涤6次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的PU/LS膜片；

再将PU/LS膜片加入到PEI-AgNO₃溶液中浸泡20分钟，分离出膜片用去离子水洗涤6次，然后将膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡20分钟，分离出膜片用去离子水洗涤6次，完成基材表面的第一个双分子层自组装；重复上述过程，在PEI-AgNO₃溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装的聚氨酯膜片；

再将该膜片浸泡于0.1mM NaBH₄溶液中10分钟，将膜片表面的Ag⁺还原为纳米银(Ag⁰)粒子，分离出膜片用去离子水清洗5次后，然后将膜片在40℃条件下真空干燥48小时，得到香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料。

实施例3：

1)香菇多糖硫酸酯的制备：将0.6g香菇多糖加入装有50mL二甲基亚砜的反应瓶中，在25℃下搅拌16小时，再以3mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加18mL吡啶，继续搅拌35分钟，然后将反应瓶置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以1mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加3.7mL氯磺酸(其中氯磺酸与吡啶的摩尔比为1∶2)，然后升温至80℃继续搅拌反应120分钟，反应停止后冷却至室温，用浓度为10wt％的NaOH调节pH至7.0，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋(36mm，Mw：8000-14000)中，在pH为10的NaOH溶液中透析16小时，再用自来水流水透析5天，蒸馏水透析4天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经冷冻干燥得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯(LS)；

2)用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯对聚氨酯基材表面进行官能化：将20g商用聚氨酯颗粒(上海鹏博盛聚氨酯有限公司产品)装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取36小时，得到纯化后的聚氨酯材料；再将纯化后的聚氨酯材料3g溶于40mL提纯后的N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入直径为12cm的平底成膜盘内，在60℃下干燥36小时，再真空干燥36小时得到聚氨酯薄膜状基材；再将聚氨酯薄膜状基材切成直径为7.0mm、厚为0.5mm的圆形膜片，放入60mL浓度为3wt％的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液中，搅拌并升温至50℃，同时通入氮气保护，然后将三乙胺加入反应体系[按(M_TEA/M_Toluene)×100％＝2.0％，M_TEA表示三乙胺的质量，M_Toluene表示甲苯的质量，选取三乙胺]，混合均匀后进行反应120分钟，反应结束后，再用干燥的甲苯洗涤膜片5次，得到官能化的聚氨酯膜片；

3)聚氨酯基材表面氨基化：将3g上述官能化的聚氨酯膜片放入60mL浓度为2wt％的乙二胺的甲苯溶液中，室温下搅拌反应30分钟，得到表面带有氨基官能团的聚氨酯膜片，再用蒸馏水洗涤膜片6次，然后在室温下将膜片用0.012mol/L HCl浸泡20分钟，再用蒸馏水洗涤膜片6次，得到表面氨基化的聚氨酯膜片。

6)在基材表面进行层层自组装：将上述步骤3)得到的表面氨基化的聚氨酯膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15分钟，然后分离出膜片用去离子水洗涤5次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的PU/LS膜片；

再将PU/LS膜片加入到PEI-AgNO₃溶液中浸泡15分钟，分离出膜片用去离子水洗涤5次，然后将膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用去离子水洗涤4～6次，完成基材表面的第一个双分子层自组装；重复上述过程，在PEI-AgNO₃溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装的聚氨酯膜片；

再将该膜片浸泡于0.1mM NaBH₄溶液中8分钟，将膜片表面的Ag⁺还原为纳米银(Ag⁰)粒子，分离出膜片用去离子水清洗5次后，然后将膜片在40℃条件下真空干燥42小时，得到香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料。

实施例4：

与实施例1或实施例2或实施例3基本相同，不同之处在于：步骤3)中：官能化的聚氨酯膜片的用量为2g，含乙二胺的甲苯溶液的浓度为3wt％。

实施例5：

与实施例1或实施例2或实施例3基本相同，不同之处在于：步骤3)中：官能化的聚氨酯膜片的用量为5g，含乙二胺的甲苯溶液的浓度为4wt％。

实施例6：

与实施例1或实施例2或实施例3基本相同，不同之处在于：步骤4)中：将400.0mg香菇多糖硫酸酯溶解于200mL去离子水中[香菇多糖硫酸酯的浓度为2.0mg/mL(表示每mL香菇多糖硫酸酯溶液中含香菇多糖硫酸酯2.0mg)]。

实施例7：

与实施例1或实施例2或实施例3基本相同，不同之处在于：步骤5)中：将0.4g聚乙烯亚胺和0.0034g硝酸银溶解于200mL去离子水中，用0.1M HNO₃调节pH至7.0，得到PEI-AgNO₃溶液，其中AgNO₃的浓度为0.1mM(表示每L PEI-AgNO₃溶液中含硝酸银0.1m mol)，PEI的浓度为2mg/mL(表示每mL PEI-AgNO₃溶液中含聚乙烯亚胺2.0mg)。

图1是实施例2层层自组装过程中聚氨酯材料表面水接触角的变化。测试过程为：在接触角测试仪(JJC-1型)上将2μL蒸馏水滴到待测聚氨酯膜片表面(待测聚氨酯膜片为实施例2中所得到的香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料)，待稳定后测出薄膜与水滴的左右两个夹角，每个样品测量6次，其平均值为最终的水接触角，其标准偏差为接触角的误差。从图1中可以看出经层层自组装修饰后聚氨酯材料表面的水接触角由71.2°下降到了38.5°并达到稳定值，说明经香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰后聚氨酯材料表面的亲水性增加，并且水接触角在层层自组装修饰初期下降的趋势更大一些，层层自组装修饰的后期逐渐趋向缓和并达到了稳定值。以上结果表明，本发明香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料其表面具有良好的亲水性。

图2是实施例2纤维蛋白原在表面修饰前后的聚氨酯材料表面的吸附量。测试过程为：先将纤维蛋白原(Fg)进行¹²⁵I定量标记，再用TBS缓冲溶液透析掉未标记的自由¹²⁵I。测试纤维蛋白原在溶液中的吸附行为时，将¹²⁵I标记纤维蛋白原与未标记的纤维蛋白原按1∶19配成1mg/ml纤维蛋白原的缓冲液。再将样品(样品为实施例2中所得到的香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料)浸泡于TBS缓冲溶液中平衡12小时，然后将膜片垂直转移至含0.25ml(1mg/mL)纤维蛋白原的96孔板中。室温浸泡2～3小时后，用TBS缓冲液清洗3次，每次10分钟，后用滤纸吸干膜表面的水分，转入stock管并放入伽马计数器(1480PerkinsElmer，US)中对膜片的放射量进行测定，并通过放射量计算膜片表面蛋白质的吸附量。每组数据做两次平行实验，每个样品取3片进行平行吸附测试，其误差值为标准偏差。从图2可以看出，随着基材表面自组装的进行，纤维蛋白原的吸附量减少。PU表面纤维蛋白原的吸附量为0.87μg/cm²，而PU/(Ag-LS)₅表面的吸附量为0.51μg/cm²，与未经表面修饰的PU基材相比，纤维蛋白原在PU/(Ag-LS)₅表面的吸附量降低了41％。以上结果表明，本发明香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料具有良好的排斥纤维蛋白原非特异性吸附的能力。

图3是实施例2表面层层自组装修饰前后聚氨酯材料对大肠杆菌的抑制效果。测试过程为(按照中华人民共和国轻工行业标准：抗菌塑料-抗菌性能测试方法和抗菌效果)：选择菌液浓度为5.0～10.0×10⁵CFU/ml的大肠杆菌稀释液作为试验用菌液，在培养管中加入2ml菌液，分别加入修饰前后的聚氨酯膜片5片(修饰后的聚氨酯膜片为实施例2中所得到的香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料)，而不加入膜片的培养管作为空白对照组，在37℃恒温振荡培养24小时后，用平板计数法计算出菌落数目，每组数据做两次平行实验，每个样品做三个平行抗菌测试。从图3可以看出，空白对照组中的大肠杆菌浓度为5.84×10⁸CFU/ml，未经表面修饰的PU材料的大肠杆菌浓度为5.93×10⁸CFU/ml，而PU/(Ag-LS)₅中大肠杆菌浓度为2.19×10⁸CFU/ml，与未经表面修饰的PU基材相比，PU/(Ag-LS)₅对大肠杆菌的抑菌率为63％。以上结果表明，本发明香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料具有良好的抗菌活性。

本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims

1.香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料，其特征在于：它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面利用层层自组装技术进行表面修饰并通过离子还原法制备纳米银粒子而得到；其中，修饰层中含有在基材表面交替层层自组装的香菇多糖硫酸酯和纳米银粒子。

2.一种权利要求1所述的香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

将香菇多糖加入装有二甲基亚砜的反应容器中，在20～30℃下搅拌12～18小时，再以2～4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶，继续搅拌30～40分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以0.5～1mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加氯磺酸，滴加完毕后升温至80℃继续搅拌反应100～120分钟，反应停止后冷却至室温，用1～10wt％的NaOH溶液调节pH至7.0，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋中，在pH为10的NaOH溶液中透析12～18小时，再用自来水流水透析4～6天，蒸馏水透析3～5天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯；

按聚氨酯∶甲苯∶甲醇＝(18～21)g∶200mL∶200mL，选取聚氨酯、甲苯和甲醇，首先将聚氨酯装入索氏提取器中，用甲苯以及甲醇进行索氏提取36～48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；

按纯化后的聚氨酯材料：N，N-二甲基甲酰胺：4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液＝(3～6)g∶40～80mL∶60mL，选取纯化后的聚氨酯材料、N，N-二甲基甲酰胺和4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液，其中4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液的浓度为3～7.5wt％；按(M_TEA/M_Toluene)×100％＝1～2.5％，M_TEA表示三乙胺的质量，M_Toluene表示甲苯的质量，选取三乙胺；

再将纯化后的聚氨酯材料溶于N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入直径为12cm的平底成膜盘内，在60～65℃下干燥24～48小时，再真空干燥24～48小时，得到聚氨酯薄膜状基材；再将聚氨酯薄膜状基材切成圆形膜片，放入4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液中，搅拌并升温至40～50℃，同时通入氮气保护，然后将三乙胺加入反应体系，混合均匀后进行反应100～120分钟，反应结束后，再用甲苯洗涤膜片4～6次，得到官能化的聚氨酯膜片；

3)聚氨酯基材表面氨基化：

4)香菇多糖硫酸酯溶液的配制：

按香菇多糖硫酸酯∶去离子水＝(200.0～400.0)mg∶200mL，选取香菇多糖硫酸酯和去离子水；将香菇多糖硫酸酯溶解于去离子水中，用0.1M NaOH调节pH至5.0，得到香菇多糖硫酸酯溶液；

5)PEI-AgNO₃溶液的配制：

将聚乙烯亚胺和硝酸银溶解于去离子水中，用0.1M HNO₃调节pH至7.0，得到PEI-AgNO₃溶液；

6)在基材表面进行层层自组装：

将上述步骤3)得到的表面氨基化的聚氨酯膜片加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片后用去离子水洗涤4～6次，得到表面具有香菇多糖硫酸酯的PU/LS膜片；

再将所述含5个双分子层的表面层层自组装的聚氨酯膜片浸泡于0.1mM NaBH₄溶液中5～10分钟，将膜片表面的Ag⁺还原为纳米银粒子，分离出膜片用去离子水清洗4～6次后，然后将膜片在40～60℃的条件下真空干燥36～48小时，得到香菇多糖硫酸酯与纳米银自组装修饰的聚氨酯材料。