CN102936390B

CN102936390B - 胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料及制备方法

Info

Publication number: CN102936390B
Application number: CN201210440767.7A
Authority: CN
Inventors: 刘颖; 刘孝恒; 姚霞喜; 汪信; 杨绪杰; 陆路德
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: CN102936390A

Abstract

本发明公开了一种胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料及制备方法。该多孔薄膜材料中单体与胶原蛋白的质量比为0.05~1，Ag纳米颗粒在胶原蛋白溶液中的质量浓度为15~30mg/g，单体选自苯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯或丙烯酸甲酯中的一种；Ag纳米颗粒的尺寸为3~6nm，多孔薄膜材料的孔径为3~10nm，胶原蛋白接枝率为4~42％。该方法通过改变单体的数量和加入与胶原蛋白配伍性能好的表面活性剂来调控薄膜的孔尺寸大小、均匀性等品质参数。该材料兼具有天然和合成高分子材料的优点，在生物材料领域有一定的推广价值。

Description

胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料及制备方法

技术领域

本发明提供一种胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料及制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

具有有序孔结构的薄膜在组织材料、药物传输和医疗器械等方面具有广泛应用。目前孔材料主要的制备技术是以水、高分子乳液颗粒、表面活性剂、嵌段共聚物等为模板的方法，颗粒之间的空隙空间被固化的液体所填充，祛除模板后，得到多孔材料。然而，在传统自由基聚合中，由于单体反应活性的不同，副反应如单体均聚合不可避免发生。通常，副产物的结构和数量可以通过调节聚合工艺来进行控制。因此，利用自由基聚合的方法，通过去除副产物模板来制备具有优良性能的高分子孔薄膜材料，将开拓自由基聚合方法的新研究领域。本发明介绍了一种简单新颖的方法，以传统的自由基共聚合过程中产生的副产物即均聚物为模板制备聚合物纳米孔材料。

许多天然和合成高分子材料已经成功地应用于制备多孔的生物材料。常用的天然高分子材料包括壳聚糖、纤维素、海藻酸钠和胶原蛋白等。其中，胶原蛋白具有良好的自组装、无毒特性，是一种可生物降解的非免疫原材料、广泛用于组织工程材料。由于生物材料要长期暴露于人体体液环境中，要求生物材料不仅具有理想的生物相容性和长期稳定性，而且要求必须具有一定的抗菌功能。而胶原蛋白在水中溶解能力和机械特性是影响其使用的关键因素，依据各类胶原蛋白的不同特点，通过接枝改型赋予胶原蛋白的两性结构是改善胶原蛋白结构的常用方法。银纳米颗粒是一生物相容性的金属材料而广泛用作抗菌剂，本发明制备的多孔银纳米颗粒杂化改性胶原蛋白抗菌薄膜材料，该材料具有良好的生物相容性和抗菌性将被广泛应用于医药领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔薄膜材料。

本发明的另一个目的是提供一种多孔的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔薄膜材料的制备方法。

实现本发明目的(1)的技术解决方案为：一种多孔的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔薄膜材料，所述的多孔的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔薄膜材料中单体与胶原蛋白的质量比为0.05~1，所述的单体是苯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯酸甲酯类中一种，胶原蛋白接枝率为4~42％，Ag纳米颗粒在胶原蛋白溶液中的质量浓度为15~30 mg/g，Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm，多孔薄膜材料的孔径为3~10 nm。

实现本发明目的(2)的技术解决方案为一种多孔的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔薄膜材料的制备方法，所述方法包括以下具体步骤：

步骤1、将胶原蛋白溶解于40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入烯烃类单体，恒温下通N₂；

步骤3、向步骤2混合溶液中加入自由基引发剂，引发剂的量为烯烃类单体质量的0.1%-1%；

步骤4、向步骤3混合溶液中加入硝酸银溶液，硝酸银与胶原蛋白的质量比为0.001～0.01；

步骤5、向步骤4溶液中加入还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

步骤7、用热水除去薄膜中未反应的胶原蛋白和残留的引发剂；

步骤8、用选择性溶剂刻蚀副产物微球后，即得到多孔胶原蛋白-g-聚合物/Ag抗菌薄膜材料。

步骤1中所述的胶原蛋白溶液浓度为0.1ｗｔ％～4ｗｔ％。

步骤2中所述的单体选自苯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯酸酯类中一种，单体与胶原蛋白质量比0.05～1。

步骤3中所述的自由基引发剂选自过硫酸钾、过氧化氢或二羟基二过碘酸合铜钾中的一种，所述的反应温度为60～100^oC，反应时间为0.5～3h。

步骤5所述的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼或乙二胺中的一种。

步骤8所述的选择性溶剂为丙酮或氯仿。

本发明与现有技术相比，其显著优点：⑴介绍了一种简单新颖的方法，以传统的自由基共聚合过程中产生的副产物即均聚物为模板制备聚合物纳米孔材料，即选择单体和胶原蛋白共聚合反应中产生的副产物颗粒（均聚物）作为模板来制备多孔的薄膜材料的新工艺，开拓自由基聚合方法的新研究领域；⑵制备的有序孔结构的胶原蛋白-g-聚合物/Ag薄膜材料具有良好润湿性能，开拓了胶原蛋白的新应用领域；⑶充分利用胶原蛋白与无机纳米材料的自组装特性制备功能化胶原蛋白-g-聚合物/Ag杂化多孔薄膜材料，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有明显杀菌的效果，并具有长效性。

附图说明

图1是本发明实施例3胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的FR-SEM照片。

图2是各实施例中单体与胶原蛋白的质量比与胶原蛋白-g-聚合物/Ag润湿性能关系图。

图3是本发明所述胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔材料的制备流程图。

具体实施方式

各实施例制备流程如图3所示。

实施例1：

步骤1、将4g胶原蛋白（市售）溶解于96 mL 40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入0.2g苯乙烯单体，恒温下通N₂；

步骤3、向步骤2混合溶液中加入0.002g过硫酸钾引发剂, 60^oC反应3h;

步骤4、向步骤3混合溶液中加入4mL的1g/L硝酸银溶液，

步骤5、向步骤4溶液中加入硼氢化钠还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

步骤7、用热水除去薄膜中未反应的胶原蛋白和残留的过硫酸钾引发剂；

步骤8、将步骤7得到薄膜置于索氏提取器中,用丙酮溶剂刻蚀副产物聚苯乙烯微球后，即得到多孔胶原蛋白-g-聚合物/Ag抗菌薄膜材料,胶原蛋白接枝率为4%，润湿角为76^o，Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm。

实施例2：

步骤1、将1g胶原蛋白溶解于99 mL 40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入1g醋酸乙烯酯单体，恒温下通N₂；

步骤3、向步骤2混合溶液中加入0.01g过氧化氢溶液（50%）作为引发剂，80^oC反应1h；

步骤4、向步骤3混合溶液中加入5mL的1g/L硝酸银溶液；

步骤5、向步骤4溶液中加入硼氢化钾还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

步骤7、用热水除去薄膜中未反应的胶原蛋白；

步骤8、将步骤7得到薄膜置于索氏提取器中,用丙酮溶剂刻蚀副产物聚醋酸乙烯酯微球后，即得到多孔胶原蛋白-g-聚合物/Ag抗菌薄膜材料，胶原蛋白接枝率为42%，润湿角为88^o，Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm。

实施例3：

步骤1、将1g胶原蛋白溶解于99mL 40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入0.2g氯乙烯单体，恒温下通N₂；

步骤3、向步骤2混合溶液中加入0.001g二羟基二过碘酸合铜钾作为引发剂，100^oC反应1h；

步骤4、向步骤3混合溶液中加入1mL的1g/L硝酸银溶液；

步骤5、向步骤4溶液中加入水合肼还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

步骤7、用热水除去薄膜中未反应的胶原蛋白和二羟基二过碘酸合铜钾引发剂；

步骤8、将步骤7得到薄膜置于索氏提取器中,用氯仿溶剂刻蚀副产物聚氯乙烯微球后，即得到多孔胶原蛋白-g-聚合物/Ag抗菌薄膜材料,胶原蛋白接枝率为15%，润湿角为82^o，Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm，其FR-SEM照片如图1所示。

实施例4：

步骤1、将0.1g胶原蛋白溶解于100 mL 40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入0.05g苯乙烯单体，恒温下通N₂；

步骤3、向步骤2混合溶液中加入0.0005g过硫酸钾（1mL 0.05%过硫酸钾溶液）作为引发剂, 100^oC反应0.5h;

步骤4、向步骤3混合溶液中加入1mL的1g/L硝酸银溶液；

步骤5、向步骤4溶液中加入乙二胺还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

步骤7、用热水除去薄膜中未反应的胶原蛋白和过硫酸钾引发剂；

步骤8、将步骤7得到薄膜置于索氏提取器中,用丙酮溶剂刻蚀副产物聚氯乙烯微球后，即得到多孔胶原蛋白-g-聚合物/Ag抗菌薄膜材料,胶原蛋白接枝率为40%，润湿角为85^o，Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm。

实施例5：

步骤1、将2g胶原蛋白溶解于98 mL 40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入0.6g丙烯酸甲酯单体，恒温下通N₂；

步骤3、向步骤2混合溶液中加入0.003g过硫酸钾作为引发剂， 70^oC反应2h；

步骤4、向步骤3混合溶液中加入3mL的1g/L硝酸银溶液；

步骤5、向步骤4溶液中加入乙二胺还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

步骤8、将步骤7得到薄膜置于索氏提取器中,用丙酮溶剂刻蚀副产物聚丙烯酸甲酯微球后，即得到多孔胶原蛋白-g-聚合物/Ag抗菌薄膜材料,胶原蛋白接枝率为26%，润湿角为83^o，Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm。

实施例1-5中胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料在不同时间段的抑菌效率的平均数值，其结果如表1所示。表1表明本发明所述抗菌薄膜材料对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有明显杀菌的效果，并具有长效性。

表1本发明所述抗菌薄膜材料在不同时间段的抑菌效率的平均数值

菌类型	12 h	24 h
			大肠杆菌	98.42%	99.61%
金黄色葡萄	98.74%	99.53%

各实施例中单体与胶原蛋白质量比与胶原蛋白-g-聚合物/Ag润湿性能关系如图2所示，图2表明随着单体与胶原蛋白质量比增加，胶原蛋白-g-聚合物/Ag的润湿角增加，胶原蛋白-g-聚合物/Ag材料的润湿性能变差，且在单体与胶原蛋白质量比小于1.1时，胶原蛋白-g-聚合物/Ag润湿角小于90^o，可以被润湿。

Claims

1.一种胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的制备方法，其特征在于所述方法包括以下具体步骤：

步骤1、将胶原蛋白溶解于40~60^oC热水中；

步骤2、向步骤1中加入烯烃类单体，恒温下通N₂，其中，单体选自苯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯酸酯类中的一种，单体与胶原蛋白质量比0.05～1；

步骤5、向步骤4溶液中加入还原剂；

步骤6、冷却至室温，将其在载玻片上扩散、固化成膜；

2.根据权利要求1所述的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的胶原蛋白溶液浓度为0.1ｗｔ％～4ｗｔ％。

3.根据权利要求1所述的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤3中所述的自由基引发剂选自过硫酸钾、过氧化氢或二羟基二过碘酸合铜钾中的一种，所述的反应温度为60～100^oC，反应时间为0.5～3h。

4.根据权利要求1所述的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤5中所述的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼或乙二胺中一种。

5.根据权利要求1所述的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤8中所述的选择性溶剂为丙酮或氯仿。

6.根据权利要求1所述的胶原蛋白-g-聚合物/Ag多孔纳米抗菌薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤8中所述的多孔薄膜材料的孔径为3~10 nm，所述的Ag纳米颗粒的尺寸为3~6 nm，所述的胶原蛋白接枝率为4~42％。