CN105801672B - 抗菌聚多肽及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌聚多肽及其制备方法，是将引发剂1,1,1‑三甲基‑2‑正丙基硅氮烷、苄基氨基甲酸酯保护的N‑羧基‑α‑赖氨酸酐与DMSO加入三口烧瓶中，室温下通氮气反应60‑80小时；反应结束后向反应液中加水沉淀出苄基氨基甲酸酯保护的聚多肽，将所得沉淀物在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，真空干燥后即得目标产物。本发明的高分子抗菌剂具有高效靶向的抗菌性和生物相容性，不易被降解，且对于细菌具有很好的抗菌活性。另外，这种高分子抗菌剂不会导致抗药菌产生，不会渗入人体的皮肤和毛孔中，是抗生素药物的理想替代品。

Description

抗菌聚多肽及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种抗菌剂及其制备方法，具体地说是一种抗菌聚多肽及其制备方法，属于抗菌材料技术领域。
二、背景技术
聚多肽类高分子抗菌剂，由于其自身带有的正电荷可以有效地吸附在细菌细胞膜表面以及其具有较好的生物相容性，因此更容易使与细菌的细胞膜解体且不会引起人体的排异反应，是一种高效靶向且无毒的广谱高分子抗菌剂。聚多肽的分子结构与天然多肽分子结构基本一致，可直接作为医用级抗菌剂给人类使用。
现今合成人工聚多肽主要是通过N-羧基-α-氨基酸酐聚合方法(NCA聚合方法)。NCA聚合是生物化学方面非常重要的一个反应，是迄今为止唯一一种通过一步法即可得到聚氨基酸的反应。这种方法相比于现今常用的固相合成法，其合成成本大大降低；相比于微生物合成法，其避免了复杂的提纯过程。然而，由于NCA聚合机理上属于阴离子开环聚合，其对于合成技巧和合成反应条件往往要求较高，且合成的产物分子量往往仅在10k这一数量级，很难合成大分子量的聚多肽。而聚多肽的抗菌效果实际上与其分子量的大小往往直接相关，分子量越大，其抗菌效果越好，因此如何通过简单的方法合成超高分子量的多肽，一直是一个业界十分关注的问题。
有鉴于前述已知技术的缺点，本发明的目的乃是通过使用新型的硅氮烷类催化剂替代传统的伯胺和叔胺类催化剂，合成超高分子量的聚多肽。与传统的聚多肽相比，这种新型聚多肽具有更高的分子量和更好的抗菌效果。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌聚多肽及其制备方法，通过选用新型的硅氮烷引发剂，以NCA聚合为手段，可控地合成出具有更好的抗菌效果的超高分子量聚多肽类广谱抗菌剂。
本发明抗菌聚多肽的结构通式为：
本发明抗菌聚多肽的数均分子量为100k-1000k。
本发明抗菌聚多肽的制备方法，是以硅氮烷为引发剂，通过NCA聚合的手段，合成超高分子量的聚多肽，最后在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，脱掉苄基氨基甲酸酯的保护。反应过程如下：
本发明超高分子量聚多肽类广谱抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：
将引发剂1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷(或称为N-正丙基-1,1,1-三甲基硅氮烷)、苄基氨基甲酸酯保护的N-羧基-α-赖氨酸酐与DMSO按摩尔比1:140-160:140-160的比例加入三口烧瓶中，室温下通氮气反应60-80小时；反应结束后向反应液中加水沉淀出苄基氨基甲酸酯保护的聚多肽，将所得沉淀物在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，反应温度为室温，反应时间为3-5h，真空干燥后即得目标产物。
其中产物与氢气的质量比为200:30。
本发明制备方法与现有技术相比具有以下优点：
1、本方法利用新型的1,1,1-三甲基-2-丙基硅氮烷做引发剂，合成过程简单，不需要进行繁琐的除水步骤，且分子量可达到100k-1000k，远大于传统方法合成的聚多肽类化合物。
2、本方法合成超高分子量人工聚多肽与普通的聚多肽相比，具有更高的分子量和更好的抗菌效果。
四、附图说明
图1为本发明实施例1中合成的抗菌剂的核磁共振氢谱图。从图1中可以看出，图中位于2.85ppm处的单峰(a峰和b峰)为聚多肽伯胺基和仲氨基上氢原子的峰，4.34ppm出的单峰(c峰)为聚多肽主链上次甲基的峰，3.23ppm出的单峰(d峰)为聚多肽伯胺基旁的亚甲基的峰，1.29ppm-2.05ppm出的双重宽峰(e峰)为聚多肽侧链上三个连续的亚甲基的峰。
图2为本发明实施例1中合成的抗菌剂的凝胶渗透色谱曲线。从图2中可以看出其流出时间约为22.5min，对应的分子量为500k。
图3为本发明实施例1中合成的抗菌剂对于大肠杆菌的抗菌效果图。从图3中可以看出当聚多肽浓度为8微克/毫升时，其CFU值低于100，此时杀菌效率达99.9％以上。
五、具体实施方式
实施例1：
将1毫摩尔1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷、150毫摩尔苄基氨基甲酸酯保护的N-羧基-α-赖氨酸酐、150毫摩尔DMSO加入三口烧瓶中，通氮气反应72小时；反应结束后向反应液中加水沉淀出苄基氨基甲酸酯保护的聚多肽，将所得沉淀物在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，其中沉淀物与氢气的质量比为200:30，反应温度为室温，反应时间4h，真空干燥后即得目标产物，分子量为500k。
杀菌实验：
将大肠杆菌菌株接种在新鲜的大豆蛋白冻(TSB，2.5mL)中，之后在37℃的恒温培养箱中培养18h。从中取40L培养液，稀释到4mLTSB中，再在37℃的恒温培养箱中培养约1～2h至OD600值在0.5～0.7之间。离心使菌株沉降，转速为5000rpm，离心5min，除去上清液，之后利用2-[4-(2-羟乙基)-1-哌嗪基]乙磺酸盐(HEPES)缓冲液(10mM HEPES,150mM NaCl,pH7.4)洗涤剩余的菌株两次。得到的菌液放入96微孔板中进行杀菌实验，利用二倍稀释的方法，将超高分子量聚多肽的HEPES缓冲液加入96微孔板中。配方为将超高分子量聚多肽的HEPES缓冲液20L利用HEPES稀释至150L，在加入50L菌液。将微孔板放置于37℃的恒温培养箱中培养3个小时，通过10倍稀释法在96微孔板中将细菌稀释，之后在Müeller-Hinton(MH)琼脂板中培养12h，控制参比样(PC)的菌株数目在80～120之间。
实施例2：
将NCA引发剂1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷、苄基氨基甲酸酯保护的N-羧基-α-赖氨酸酐与DMSO按物质的量比为1:150:150加入三口烧瓶中，其中1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷物质的量为10毫摩尔，通氮气反应70小时；反应结束后向反应液中加水沉淀出苄基氨基甲酸酯保护的聚多肽，将所得沉淀物在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，反应温度为室温，反应时间4h，真空干燥后即得目标产物。沉淀物与氢气的质量比为200:30。分子量为500k。
杀菌实验：
将大肠杆菌菌株接种在新鲜的大豆蛋白冻(TSB，2.5mL)中，之后在37℃的恒温培养箱中培养18h。从中取40L培养液，稀释到4mLTSB中，再在37℃的恒温培养箱中培养约1～2h至OD600值在0.5～0.7之间。离心使菌株沉降，转速为5000rpm，离心5min，除去上清液，之后利用2-[4-(2-羟乙基)-1-哌嗪基]乙磺酸盐(HEPES)缓冲液(10mM HEPES,150mM NaCl,pH7.4)洗涤剩余的菌株两次。得到的菌液放入96微孔板中进行杀菌实验，利用二倍稀释的方法，将超高分子量聚多肽的HEPES缓冲液加入96微孔板中。配方为将超高分子量聚多肽的HEPES缓冲液20L利用HEPES稀释至150L，在加入50L菌液。将微孔板放置于37℃的恒温培养箱中培养3个小时，通过10倍稀释法在96微孔板中将细菌稀释，之后在Müeller-Hinton(MH)琼脂板中培养12h，控制参比样(PC)的菌株数目在80～120之间。
实施例3：
将NCA引发剂1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷、苄基氨基甲酸酯保护的N-羧基-α-赖氨酸酐与DMSO按物质的量比为1:150:150加入三口烧瓶中，其中NCA引发剂1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷的物质的量为2.5毫摩尔，通氮气反应80小时；反应结束后向反应液中加水沉淀出苄基氨基甲酸酯保护的聚多肽，将所得沉淀物在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，反应温度为室温，反应时间4h，真空干燥后即得目标产物。沉淀物与氢气的质量比为200:30。分子量500k。
杀菌实验：
将大肠杆菌菌株接种在新鲜的大豆蛋白冻(TSB，2.5mL)中，之后在37℃的恒温培养箱中培养18h。从中取40L培养液，稀释到4mLTSB中，再在37℃的恒温培养箱中培养约1～2h至OD600值在0.5～0.7之间。离心使菌株沉降，转速为5000rpm，离心5min，除去上清液，之后利用2-[4-(2-羟乙基)-1-哌嗪基]乙磺酸盐(HEPES)缓冲液(10mM HEPES,150mM NaCl,pH7.4)洗涤剩余的菌株两次。得到的菌液放入96微孔板中进行杀菌实验，利用二倍稀释的方法，将超高分子量聚多肽的HEPES缓冲液加入96微孔板中。配方为将超高分子量聚多肽的HEPES缓冲液20L利用HEPES稀释至150L，在加入50L菌液。将微孔板放置于37℃的恒温培养箱中培养3个小时，通过10倍稀释法在96微孔板中将细菌稀释，之后在Müeller-Hinton(MH)琼脂板中培养12h，控制参比样(PC)的菌株数目在80～120之间。

Claims (2)

1.一种抗菌聚多肽，其特征在于其结构通式为：
所述抗菌聚多肽的数均分子量为100k-1000k。
2.一种权利要求1所述的抗菌聚多肽的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将引发剂1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷、苄基氨基甲酸酯保护的N-羧基-α-赖氨酸酐与DMSO加入三口烧瓶中，室温下通氮气反应60-80小时；反应结束后向反应液中加水沉淀出苄基氨基甲酸酯保护的聚多肽，将所得沉淀物在钯碳催化下与氢气进行还原加氢反应，真空干燥后即得目标产物；
引发剂1,1,1-三甲基-2-正丙基硅氮烷、苄基氨基甲酸酯保护的N-羧基-α-赖氨酸酐与DMSO的摩尔比为1:140-160:140-160；
还原加氢反应的反应温度为室温，反应时间为3-5h；
所述沉淀物与氢气的质量比为200:30。
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