CN115124652A - 一种具有抗菌作用的高分子及其复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抗菌作用的高分子及其复合材料，通过以丙烯酰氯为本体，对其进行键合头孢替安，使其形成具有抗菌基团的聚合物单体，然后对其进行聚合形成键合头孢替安的聚合物，最后与其他水溶性聚合物共溶以制备得到抗菌作用的高分子复合材料。

Description

一种具有抗菌作用的高分子及其复合材料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种具有抗菌作用的高分子及其复合材料。
背景技术
抗菌材料是一种在自然环境下具有抑制细菌繁殖或杀灭细菌作用的材料。自从发现青霉素这种抗菌材料以来，抗菌材料在保护人类的生命安全起了非常重要的作用。
对于抗菌材料的研发思路，现有技术进行了各种方面的尝试，例如：
现有技术申请号为201810547339.1的专利申请，公开的是一种医用抑菌杀菌塑料的制备方法，采用不同功能的材料母粒混合溶融挤出而得到抑菌杀菌塑料。这种单纯的组分混合技术手段可能会导致抗菌材料从高分子的表面的脱落，且抗菌性能并不理想。
现有技术申请号为202110088712.3的专利申请，公开的是一种杀菌/抑菌生物活性界面材料及其制备方法，该生物活性界面材料主要通过在界面材料表面修饰抗粘附聚合物基底，然后在聚合物侧链接枝具有细菌感染微环境响应性和抗菌性能的多肽，最后将具有细菌靶向功能的多肽通过自组装结合到界面上，通过在已有界面上接枝抗菌肽实现抗菌杀菌的作用，这种方法限于在羟基化材料表面进行，对于部分的不具备羟基的高分子材料便无法实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有抗菌作用的高分子及其复合材料。该方法通过以丙烯酰氯为本体，对其进行键合改性，使其形成具有抗菌基团的聚合物单体，然后对其进行聚合形成键合头孢替安的聚合物，最后与其他水溶性聚合物共溶以制备得到抗菌作用的高分子复合材料。
对应的其制备方法包括如下步骤：
1)键合头孢替安的烯类单体的合成
取N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂加入单颈圆底烧瓶中，称取一定量头孢替安加入到上述的圆底烧瓶中，加入磁子搅拌，得到混合溶液；按照一定的摩尔比例称取丙烯酰氯和头孢替安，称取一定量的丙烯酰氯加到恒压分液漏斗，将上述丙烯酰氯滴加到头孢替安的溶液中，一小时滴加完成，滴加完成后继续反应8小时后，停止搅拌后，取出磁子，减压蒸馏的产物用乙醇清洗过滤3次后；产物真空干燥，即得到键合头孢替安的丙烯类单体，为白色粉末状，反应式参见图1。
2)合成键合头孢替安的烯类单体和丙烯酰胺的共聚物
量取适量蒸馏水于烧杯中，加热煮沸，保持沸腾状态10min左右，除去水中的氧气，再冷却至室温备用。取一个圆底烧瓶，加入上述已沸腾后的冷却水，称量一定量丙烯酰胺和键合头孢替安的丙烯类单体、过硫酸铵，然后依次将其加入圆底烧瓶中，加入磁子，搅拌并加热，设定聚合温度为60℃，在加热搅拌的条件下，聚合10小时，观察到产物黏度明显增大，停止聚合反应，加入乙醇之后经过离心、醇洗，再放入真空干燥箱中60℃干燥24小时，得到聚合产物。
3)聚乙烯醇和含有键合头孢替安的聚合物膜的制备
量取适量蒸馏水，加热煮沸，保持沸腾状态20min左右后冷却至室温，量取一定量煮沸后的水两份，一份中添加一定量的聚乙烯醇，另一份中按照一定比例加入的聚乙烯醇和的键合头孢替安的烯类单体和丙烯酰胺的共聚物，搅拌成无色透明的液体，取适量的溶液放入表面皿中，平放缓慢干燥得到键合有头孢替安的高分子复合膜。
本发明的有益效果为：通过丙烯酰氯和头孢替安反应合成键合头孢替安的丙烯类单体，利用键合头孢替安的丙烯类单体聚合得到键合头孢替安的共聚物，再利用共聚物和其它水溶性聚合物的共溶可以制备具有抗菌作用的高分子复合材料，可以得到超过99.9％的抗菌效果，尤其是对于大肠杆菌抗菌效果更好。
说明书附图
图1为键合头孢替安的烯类单体的合成反应式；
图2为合成的键合头孢替安的丙烯类单体的实物图；
图3为键合头孢替安的聚合物的实物图；
图4为头孢替安和合成键合头孢替安的烯类单体的红外光谱图；
图5为含有键合头孢替安的聚合物和聚乙烯醇的复合膜的制备实物图；
图6为聚乙烯醇高分子膜的实物图；
图7为细菌在37℃的培养箱中在聚乙烯醇薄膜生长2个小时后，用生理盐水冲洗膜的表面后菌株在培养基上生长18个小时的菌株情况；
图8为细菌在37℃的培养箱中在添加键合头孢替胺的丙烯类单体的琼脂生长2个小时后，用生理盐水冲洗膜的表面后菌株在培养基上生长18个小时的菌株情况；
图9细菌在37℃的培养箱中在键合头孢替胺的聚合物复合膜生长2个小时后，用生理盐水冲洗膜的表面后菌株在培养基上生长18个小时的菌株情况。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
制备键合头孢替安的丙烯类单体
取50mlN，N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂加入单颈圆底烧瓶中，称取10.51g头孢替安加入到上述的圆底烧瓶中，加入磁子搅拌至头孢替安完全溶解，得到混合溶液；按照丙烯酰氯和头孢替安的摩尔比为1.1:1的比例，将称取1.991g丙烯酰氯加到含10mlN，N-二甲基甲酰胺的恒压分液漏斗，将上述溶液滴加到头孢替安的溶液中，一小时滴加完成，滴加完成后继续反应8小时后，停止搅拌后，取出磁子，减压蒸馏的产物用乙醇清洗过滤3次后；将产物装入试剂瓶中并放入真空干燥箱中，室温下抽真空干燥24小时，即得到键合头孢替安的丙烯类单体，为白色粉末状，参见图2。
实施例2
制备合成键合头孢替安的烯类单体和丙烯酰胺的共聚物
量取适量蒸馏水于烧杯中，加热煮沸，保持沸腾状态10min左右，除去水中的氧气，再冷却至室温，备用。取一个50ml圆底烧瓶，加入20g上述已沸腾后的冷却水，称量1g丙烯酰胺，1.5g键合头孢替安的丙烯类单体，0.01g过硫酸铵，然后依次将其加入圆底烧瓶中，加入磁子，用铁架台固定圆底烧瓶，将其放入DF-101S集热式搅拌机的油浴锅中，开动搅拌并加热，设定温度为60℃，在加热搅拌的条件下，聚合10小时，观察到产物黏度明显增大，取出磁子，加入乙醇之后经过离心、醇洗，再放入真空干燥箱中60℃干燥24小时，得到聚合产物，参见图3。
图4为头孢替安和合成键合头孢替安的烯类单体的红外光谱图。图中，带三角标记的为头孢替安的红外光谱图，带圆形标记的为键合头孢替安的烯类单体的红外光谱图，红外光谱图中1600cm-1处的吸收峰为C＝C双键的伸缩振动吸收峰，说明实验制备的单体中含有C＝C双键，由此可见，头孢替安药物分子和丙烯酰氯已经成功地发生了化学反应，得到了键合头孢替安的丙烯类单体。
实施例3
键合头孢替安的聚合物和聚乙烯醇复合膜的制备
量取适量蒸馏水，加热煮沸，保持沸腾状态20min左右后冷却至室温，量取煮沸后的40ml水两份，一份中添加5克的聚乙烯醇，另一份中加入4g的聚乙烯醇和1g的键合头孢替安的烯类单体和丙烯酰胺的共聚物，加入磁子搅拌成无色透明的溶液，取适量的溶液放入分别两个表面皿中，平放缓慢干燥得到键合有头孢替安的高分子复合膜，参见图5为添加4g的聚乙烯醇和1g的键合头孢替安的烯类单体和丙烯酰胺的共聚物制备的复合膜，另外图6为添加5克的聚乙烯醇制备的聚乙烯醇高分子膜。
抗菌实验
称取9g的琼脂，加入100ml的生理盐水，加热搅拌至完全均匀，放入三角瓶121℃高压消菌15min后备用。
取三个培养皿，分别加入一定量的上述琼脂培养物，分别放入聚乙烯醇薄膜、键合头孢替胺的丙烯类单体、键合头孢替胺的聚合物复合膜，这三种材料均进行紫外消毒10min，用移液器分别移取100ul的细菌液(103CFU/mL)喷洒到三个培养皿中，所用细菌为ATCC8739大肠杆菌，在37℃的环境下培养2小时，然后取出聚乙烯醇薄膜、键合头孢替胺的丙烯类单体、键合头孢替胺的聚合物复合膜进行生理盐水冲洗，把冲洗后液体分别喷洒到三个含有琼脂的培养基上，培养基在37℃的环境下培养18小时后分别计算菌落数，培养结果参见图7～9，其中图7为细菌在37℃的培养箱中在聚乙烯醇薄膜生长2个小时后，用生理盐水冲洗膜的表面后菌株在培养基上生长18个小时的菌株情况；图8为细菌在37℃的培养箱中在添加键合头孢替胺的丙烯类单体的琼脂生长2个小时后，用生理盐水冲洗膜的表面后菌株在培养基上生长18个小时的菌株情况；图9细菌在37℃的培养箱中在键合头孢替胺的聚合物复合膜生长2个小时后，用生理盐水冲洗膜的表面后菌株在培养基上生长18个小时的菌株情况。
从图7可以看出，在没有键合头孢替胺的聚乙烯醇薄膜表面的清洗液培养后显示出生长了大量数目的菌落，这说明聚乙烯醇膜对ATCC8739大肠杆菌没有抗菌的性能；而添加了键合头孢替胺的丙烯类单体的琼脂和键合头孢替胺的聚合物复合膜的清洗液培养后表面没有明显的菌落，实验结果表明加入键合头孢替胺的丙烯类单体和键合头孢替胺的高分子复合膜具有极强的抗菌性能，抗菌性能几乎可以达到100％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。

Claims (5)

1.一种具有抗菌作用的高分子，其特征在于，所述高分子具有如下结构式Ⅰ：
Figure RE-FDA0003789673780000011
式中，n为大于0的自然数，m为自然数，X具有如下结构式Ⅱ：
Figure RE-FDA0003789673780000012
2.根据权利要求1所述的一种具有抗菌作用的高分子，其特征在于，所述结构式Ⅰ的化合物中m为0，n为1，所述结构式Ⅰ的化合物的制备方法为：将头孢替安对丙烯酰氯的酰氯基团进行亲核取代生成所述结构式Ⅰ的化合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗菌作用的高分子，其特征在于，所述结构式Ⅰ的化合物中m、n均大于1，所述结构式Ⅰ的化合物的制备方法为：将头孢替安对丙烯酰氯的酰氯基团进行亲核取代生成键合头孢替安的烯类单体，以键合头孢替安的烯类单体混合丙烯酰胺进行聚合生成所述结构式Ⅰ的化合物。
4.一种具有抗菌作用的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如权利要求1中所述的具有结构式Ⅰ的化合物与聚乙烯醇。
5.根据权利要求4所述的一种具有抗菌作用的复合材料，其特征在于，具有结构式Ⅰ的化合物与聚乙烯醇的质量比为1：4。
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