CN109749064B - 一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能高分子技术领域，公开了一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物及其制备方法。所述阳离子抗菌聚合物为聚(戊内酯‑co‑甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷)无规共聚物，简写为P(VLn‑co‑DMAEMAm +C2H5Br‑)，其化学结构如式(I)所示：

Description

一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属功能高分子技术领域，更具体地，涉及一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物及其制备方法。
背景技术
细菌在医疗植入体、医疗器械材料表面粘附以及伤口引发的感染已经严重威胁到人类生命健康与安全。然而，在发生医疗感染以后，由于缺少有效的治疗方法，只能通过二次手术将受污染的植入体取出，这种方法给病人带来极大的痛苦和经济压力。尤其像缝合伤口用的手术线，目前已有可降解的产品不需二次手术取出，但是其不具备抗菌性。
近年来，基于季铵盐的阳离子杀菌材料因其有效和广谱的杀菌能力而广泛用于生物医用材料，水处理系统，食物存储包装等领域。这种材料没有有害物质的释放，它们可以通过自身所带的阳离子与细菌表面显电负性的特性，静电相互作用破坏细胞膜来杀死细菌。并且这些基于阳离子的季胺盐没有特异性选择性，因此它不太可能产生细菌耐药性，然而这些材料表面所带的正电荷在杀死细菌的同时，能够与带负电荷的血细胞的细胞膜之间相互作用促进血液凝固。阳离子抗菌材料可以克服细菌对抗生素的耐药性，同时聚合物材料相对于小分子抗菌而言具有诸多优势，例如可以避免小分子的渗透扩散，方便引入生物相容性结构而提高抗菌材料的生物相容性。综上所述，可降解阳离子抗菌聚合物的研究具有重要意义，而目前合成阳离子抗菌聚合物的方法复杂且得到的聚合物往往不能发生自身降解。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供了一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物。
本发明另一目的在于提供了上述具有自降解的阳离子抗菌聚合物的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物，所述阳离子抗菌聚合物为聚(戊内酯-co-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷)无规共聚物，简写为P(VLn-co-DMAEMAm +C2H5Br-)，其化学结构如式(I)所示：
Figure BDA0001927250080000021
其中，n表示阳离子聚合物中戊内酯的聚合度，m表示甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷的聚合度，n：m＝(1～2)：(3～4)。
所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.将VL(戊内酯)、DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷)、引发剂加入溶剂Ⅰ中，然后冷冻抽真空-解冻，在通氮气的条件下加入催化剂，冻抽解冻在-25～40℃反应；反应结束后将溶液加入到正己烷中沉淀，真空干燥，制得P(VLn-co-DMAEMAm)共聚物；
S2.将P(VLn-co-DMAEMAm)加入溶剂Ⅱ中，待聚合物完全溶解后，加入溴乙烷，室温搅拌反应，结束后用正己烷沉淀，真空干燥，得到P(VLn-co-DMAEMAm +C2H5Br-)阳离子聚合物。
优选地，步骤S1中所述溶剂Ⅰ为四氢呋喃、乙腈或甲苯。
优选地，步骤S1中所述反应的时间为3～12h。
优选地，步骤S1中所述引发剂为苯甲醇、甲醇、丁醇或乙二醇；所述催化剂为磷腈强碱。
优选地，步骤S1中所述VL和DMAEMA的摩尔比为(1～2)：(3～4)，VL和DMAEMA总量与引发剂的摩尔比为(60～120)：1；所述催化剂和引发剂的摩尔比为(0.2～1)：1。
优选地，步骤S2中所述溶剂Ⅱ为醇和丙酮，所述醇为甲醇或乙醇。
优选地，步骤S2中所述P(VLn-co-DMAEMAm)与溴乙烷的摩尔比为1：(2～6)。
优选地，步骤S2中所述P(VLn-co-DMAEMAm)的浓度为0.1～0.3g/mL。
优选地，步骤S2中所述反应的时间为10～48h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明合成的具有自降解的聚合物具有较好的抗菌性，这是由于聚合物中聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷带有阳离子，可以通过调节聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷亲水部分和聚戊内酯疏水部分来调节抗菌性。同时聚戊内酯链段增加了聚合物的生物相容性，且聚戊内酯链段含有酯键，其键键能低，容易断裂，从而使整个共聚物链发生降解。
2.本发明的方法简单易操作，避免以前方法所需的繁琐操作，反应条件温和，重现性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.在装有磁子的50mL的史兰克瓶中加入依次加入VL(0.40g，4.0mmol)，DMAEMA(0.94g，6.0mmol)，苯甲醇(10mg,0.1mmol)和3mL的四氢呋喃，然后“冷冻抽真空-解冻”二次，接着在通氮气的条件下加入磷腈碱(t-BuP4)(100ul，0.1mmol)，再冻抽2分钟解冻，将史兰克瓶放入25℃的油浴锅中，反应8h。反应结束，将反应溶液加入到正己烷中，得到白色沉淀物，真空干燥，合成P(VL40-co-DMAEMA60)无规共聚物。
2.将制备的P(VL40-co-DMAEMA60)加入装有5mL甲醇和丙酮的混合溶剂中，待聚合物完全溶解后，迅速加入1mL溴乙烷，室温搅拌48h。反应结束后，用正己烷沉淀得到白色固体，经真空干燥，即得P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)阳离子抗菌聚合物。
聚合物中的单体摩尔比与投料比一致，说明聚合物方法控制性好。GPC：Mn＝11400，PDI＝1.22
实施例2
与实施例1中步骤1的区别在于：反应温度为60℃，其它实施条件与实施例1中合成P(VL40-co-DMAEMA60)无规共聚物方法相同。通过对得到的聚合物进行分析发现：所得到的聚合物中，DMAEMA与聚戊内酯发生了酯交换反应，得到P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)。
实施例3
与实施例1中步骤1的区别在于：反应时间为12h，其它实施条件与实施例1中合成P(VL40-co-DMAEMA60)无规共聚物方法相同。通过对得到的聚合物进行分析发现延长时间至14h，聚合物的相对分子量分布变宽，得到P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)。
实施例4
与实施例1中步骤1的区别在于：反应溶剂为乙腈或甲苯，其它实施条件与实施例1中合成P(VL40-co-DMAEMA60)无规共聚物方法相同。
实施例5
与实施例1中步骤2的区别在于：反应时间为12h，其它实施条件与实施例1中合成PVL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)阳离子抗菌聚合物方法相同。
实施例6
与实施例1中步骤2的区别在于：反应时间为24h，其它实施条件与实施例1中合成P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)阳离子抗菌聚合物方法相同。
通过对实施例5-6得到的聚合物进行分析发现DMAEMA并没有完全发生季胺化，说明反应时间影响其效率。
实施例7
与实施例1中步骤1的区别在于：投料比为VL(0.30g,3mmol)，DMAEMA(1.10g,7mmol)，其它实施条件与实施例1中合成P(VL40-co-DMAEMA60)无规共聚物方法相同。并采用实施例1中方法用P(VL30-co-DMAEMA70)无规共聚物制得P(VL30-co-DMAEMA70 +C2H5Br-)阳离子抗菌聚合物。
实施例8
与实施例1中步骤1的区别在于：投料比为VL(0.20g,2mmol)，DMAEMA(1.26g,8mmol)，其它实施条件与实施例1中合成P(VL40-co-DMAEMA60)无规共聚物方法相同。并采用实施例1中方法用P(VL20-co-DMAEMA80)无规共聚物制得P(VL20-co-DMAEMA80 +C2H5Br-)阳离子抗菌聚合物。
对实施例1、7和8中制得的阳离子抗菌聚合物测试其抗菌性，用MTT试验测试其杀大肠杆菌和金黄葡萄球杆菌的效果，试验发现实施例1、7和8中的三种聚合物都可以有效的杀死上述两种细菌；同时测试了三个样品的细胞活性试验，发现三个样品具有较低的毒性，其中P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)的细胞毒性最低，说明引入聚戊内酯可以增加材料的生物相容性。聚合物的抗菌性是由于聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷带有阳离子，同时可以通过调节聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷亲水部分和聚戊内酯疏水部分来调节抗菌性。
对实施例1、7和8中制得的阳离子聚合物测试其降解性能，用脂肪酶加速其降解，将P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)、P(VL30-co-DMAEMA70 +C2H5Br-)和P(VL20-co-DMAEMA80 +C2H5Br-)阳离子聚合物分别溶于加有0.5mg/ml脂肪酶的磷酸缓冲液中，分别于24h后将上述样品冷冻干燥，测试其分子量，发现P(VL40-co-DMAEMA60 +C2H5Br-)、P(VL30-co-DMAEMA70 +C2H5Br-)和P(VL20-co-DMAEMA80 +C2H5Br-)的分子量分别由1.42×104，1.58×104，1.67×104降到1200，800，900，分子量都极大的降低；相对分子质量分布分别由1.22，1.26，1.30变为1.56，1.62，1.72，相对分子量分布都极大的变宽，说明上述三种聚合物都发生了降解，这是由于聚合物包含聚戊内酯链段，聚戊内酯链段含有酯键，其键键能低，容易断裂，从而使整个共聚物链发生降解。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，所述阳离子抗菌聚合物为聚(戊内酯-co-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷)无规共聚物，简写为P(VLn-co-DMAEMAm +C2H5Br-)，其化学结构如式(I)所示：
Figure FDA0002748350920000011
其中，n表示阳离子聚合物中戊内酯的聚合度，m表示甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴乙烷的聚合度，n：m＝(1～2)：(3～4)；
所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.将VL、DMAEMA、引发剂加入溶剂Ⅰ中，然后冷冻抽真空-解冻，在通氮气的条件下加入催化剂，冻抽解冻在-25～40℃反应3～8h；反应结束后将溶液加入到正己烷中沉淀，真空干燥，制得P(VLn-co-DMAEMAm)共聚物；
S2.将P(VLn-co-DMAEMAm)加入溶剂Ⅱ中，待聚合物完全溶解后，加入溴乙烷，室温搅拌反应48h，结束后用正己烷沉淀，真空干燥，得到P(VLn-co-DMAEMAm +C2H5Br-)阳离子聚合物。
2.根据权利要求1所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，步骤S1中所述溶剂Ⅰ为四氢呋喃、乙腈或甲苯。
3.根据权利要求1所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，步骤S1中所述引发剂为苯甲醇、甲醇、丁醇或乙二醇；所述催化剂为磷腈强碱。
4.根据权利要求1所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，步骤S1中所述VL和DMAEMA的摩尔比为(1～2)：(3～4)，VL和DMAEMA总量与引发剂的摩尔比为(60～120)：1；所述催化剂和引发剂的摩尔比为(0.2～1)：1。
5.根据权利要求1所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，步骤S2中所述溶剂Ⅱ为醇和丙酮，所述醇为甲醇或乙醇。
6.根据权利要求1所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，步骤S2中所述P(VLn-co-DMAEMAm)与溴乙烷的摩尔比为1：(2～6)。
7.根据权利要求1所述的具有自降解的阳离子抗菌聚合物，其特征在于，步骤S2中所述P(VLn-co-DMAEMAm)的浓度为0.1～0.3g/mL。
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