CN105801734A - 一种基于atrp法的季铵盐聚合物抗菌剂及其载银复合抗菌剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ATRP法的季铵盐聚合物抗菌剂及其载银复合抗菌剂的制备方法。本发明通过原子转移自由基活性聚合将各种单体接枝到引发剂的引发点上得到大分子聚合物，然后对大分子聚合物进行开环反应后便可得到抗菌剂聚合物骨架材料；随后，对抗菌剂聚合物骨架材料进行不同的修饰，分别得到季铵盐聚合物抗菌剂，载银‑季铵盐聚合物复合抗菌剂和载银聚合物抗菌剂。本发明得到的抗菌剂抗菌浓度低，杀菌效果明显，并能结合多巴胺的吸附特性用于玻璃片、聚苯乙烯等表面的改性，形成表面抗菌聚合物刷。其抗菌效果明显，具有很高的商业潜能。

Description

一种基于ATRP法的季铵盐聚合物抗菌剂及其载银复合抗菌剂的制备方法
技术领域
本发明属于抗菌材料的制备技术领域，具体涉及一种基于ATRP法构建的季铵盐聚合物抗菌剂和一种银离子修饰的载银-季铵盐聚合物复合抗菌剂的制备方法及其在表面抗菌领域的应用。
背景技术
近年来，抗菌剂被广泛应用于人们的生活中。无毒无害的抗菌剂的研究也引起了一波又一波的热潮。抗菌剂一般分为无机抗菌剂，有机抗菌剂和天然抗菌剂。
天然抗菌剂主要来源于动植物中的一些提取物，如壳聚糖、蜂胶、鱼精蛋白和大蒜素等，是人类使用最早的抗菌剂。超细壳聚糖微粉、甲壳素等已得到重点开发。壳聚糖来源于虾壳和蟹壳中，其分子内含有活性基团，可对许多细菌表现出良好的抑制作用。其抗菌机理一般认为是由两步来完成的：首先，在酸性条件下，壳聚糖分子中的-NH：与细菌细胞壁所含的硅酸、磷酸脂等解离出的阴离子结合，使细菌的自由活动受阻，阻碍其大量繁殖；然后，壳聚糖进一步低分子化，通过细胞壁进入细菌的细胞内，使遗传因子从DNA到RNA的转变过程受阻，造成细菌无法繁殖。壳聚糖来源丰富，国外已将其应用于涂料中进行抗菌。天然抗菌剂来源于自然界，资源极其丰富，使用安全、无毒副作用，但由于其耐热性差，药效持续不长，使用寿命短，并且由于生产的制约，天然抗菌剂目前还不能实现大规模市场化生产。随着人类环保意识的加强及生物技术研究水平的迅速提高，天然抗菌剂在涂料中的应用必将越来越得到重视。
无机抗菌剂是利用银、铜、锌、钛等金属及其离子的杀菌或抑菌能力制得的一类抗菌剂。涂料中应用广泛的无机抗菌剂主要有：无机银系抗菌剂、TiO2系列光触媒抗菌剂、氧化锌晶须复合抗菌剂及其它无机纳米抗菌剂等。银系抗菌剂在涂料抗菌性能方面应用较广，国内外相关的报道也较多。银系抗菌剂可分为两类，即化合物型与载体型。后者常用于涂料中进行抗菌。依据载体类型的不同可以分为沸石类抗菌剂、粘土类抗菌剂、可溶性玻璃抗菌剂、硅胶抗菌剂。作用机理是银离子从载体中逐渐溶出后，与细菌和霉菌细胞中的-SH、-NH：等含硫、氨的官能团发生反应，阻碍蛋白质的合成和能源来源、破坏细胞膜或细胞原生质中酶的活性，从而具有抗菌能力。银系抗菌剂具有安全性(毒性小、无刺激性、无致癌性、无致畸性等)、缓释性好、有较佳的耐久性、广谱抗菌性、良好的耐热性以及加工方便等优点而备受研究人员青睐。该系列抗菌剂是目前国内使用最多的品种。但用在涂料中也存在一些问题，如银离子的不稳定性造成的抗菌剂变色不稳定性、在涂料中的分散性以及银系抗菌剂成本较高、抗真菌和霉菌的效果不高，都限制了它在涂料中的应用。今后银系抗菌剂的发展方向是进一步研究新型纳米银粉抗菌剂。纳米银粉的表面效应是微米级银离子的200倍以上，抗菌性能远大于传统的银离子杀菌剂，而且添加量很少，能在一定时间内持续杀菌，还能赋予涂料其它特殊性能。
有机类抗菌剂常用在涂料中的有几十种，主要有季胺盐类、双胍类、醇类、酚类、有机胺类、吡啶类、异噻唑啉酮类等。有机抗菌剂是通过化学反应破坏细胞膜，使蛋白质变性、代谢受阻，从而起到杀菌、防腐及防霉等作用。有机抗菌剂杀菌力强、即效好，来源丰富，但存在毒性、安全性较差、会产生微生物耐药性、耐热性较差、易迁移等不足。目前研究和使用的有机表面活性抗菌剂通常是含氮阳离子化合物，如季铵翁盐、吡啶翁盐、咪唑翁盐、异奎啉翁盐等含氮杂环的翁盐。自人们发现合成的吡啶型主链的高分子具有杀灭细菌的功能以来，开始注重高分子抗菌剂的研究。高分子抗菌剂与其它有机抗菌剂相比，性能更稳定、不挥发，使用寿命长，易于加工贮存。高分子抗菌剂是通过引入抗菌官能团而获得。抗菌官能团可以通过带官能团单体均聚或共聚引入，也可通过接枝方式引入。季铵盐类及季膦盐类聚合物抗菌剂是目前研究的热点。欧美等国研究及应用有机抗菌剂较早，我国对有机抗菌剂的研究还很不足。今后不但要适当进行有机小分子抗菌剂的研究开发，更要重点开发有机高分子抗菌剂，深入研究它们的抗菌机理，致力于开发长效、低毒、广谱、热稳定性好的高分子抗菌剂。
复合抗菌剂是将不同类型的抗菌剂化合后制成的，通过他们之间的协同作用和优势互补，提高抗菌剂的性能和适用范围，复合抗菌剂具有价格低廉、用量少、稳定性好、抗菌性能高等特点。
近年来，活性/可控自由基聚合(living/controlledradicalpolymerization，LRP)逐渐开始成为聚合物合成的重点手段，其通过在聚合体系中引入特殊的化合物，使其与活性种链自由基进行可逆的链终止或者链转移，从而建立活性种与休眠种的动态平衡，以实现在较低温度和简易操作下聚合产品分子量和分子量分布的可控，具有很高的实用价值。LRP主要包括以下几种方式：引发转移终止剂活性自由基聚合(Initiator-Transferagent-TerminatorLivingRadicalPolymerization)、稳定自由基聚合(StableFreeRadicalPolymerization，SFRP)、原子转移自由基聚合(AtomTransferRadicalPolymerization，ATRP)、可逆加成-裂解链转移聚合(ReversibleAddition-FragmentationChainTransferPolymerization，RAFT)。其中，ATRP是通过交替的“活化-去活”的可逆反应，在降低体系中游离基浓度的情况下尽量的控制不可逆终止反应程度，而这个过程中链增长的反应则不受到影响，从而实现“活性”聚合。ATRP的引发剂一般为常见的卤化烷烃，其反应温度适中，适用于大部分单体，而且整个过程不需要复杂的合成路线，相对于其他的活性聚合具有更多的优势。
随着高分子科学的不断进步，如何将其与现代医学、生物学以及工程学等学科更好的相互交融与渗透成为人们现在重点解决的难题。而在抗菌领域，季铵盐类高分子材料已经体现出了很高的利用价值，但在实际应用中也存在一些问题：合成原料昂贵；合成反应温度高，条件较为苛刻；部分合成中间/终产物水溶性差，使用过程中需要加入有机溶剂助溶，限制了工业应用；部分氯胺类抗菌剂以N-羟甲基为活性基团，在使用过程中仍存在甲醛释放问题。综合考虑目前已有的各种用于抗菌整理的卤胺类抗菌剂存在的问题，开发一种综合性能优越的新型卤胺类抗菌剂十分有必要。
近几年研究者致力于ATRP理论和应用的研究工作，已经能够熟练的利用这种活性聚合手段得到一系列能够用于现代生物医学方面的聚合物材料。用这种聚合方法的到的改性过的PGMA已经被证实具有高转染效率，低毒性等特点。PGMA作为基因载体领域的新星所具有的优点是有目共睹的，然而PGMA在抗菌领域的应用也值得我们去进一步研究。部分改性过的PGMA具有丰富的羟基基团和氨基基团，以这种改性过的PGMA作为季铵盐的主体材料，可以提高季铵盐类高分子材料部分合成中间/终产物水溶性，同时，丰富的羟基和氨基更能为研制复合抗菌剂提供更多的修饰位点。
近年来，生物蚌类分泌的黏性蛋白可以实现无机、有机材料表面黏附的特性，引起了科研工作者的高度重视。含有儿茶酚和氨基的小分子多巴胺(DA)已被证实可作为仿贻贝黏附蛋白的前驱体，用于开发了新型贻贝仿生材料。在弱碱性条件下，多巴胺及其衍生物会被溶解氧氧化，并自发聚合形成多功能化的含邻苯二酚单元的PDA。PDA能够黏附在几乎所有材料的表面，形成一层均匀的纳米薄膜。已有研究证实仿生PDA膜具有优良的生物相容性。利用多巴胺这种黏附的特性及DA结构中的酚羟基和含氮基团，能够通过黏附和化学键的作用将聚合物紧紧吸附在表面。此外，PDA还能将某些金属离子还原为金属纳米粒子。
本发明利用ATRP法制备出聚合物链PGMA，其进行改性后构建季铵盐抗菌剂和载银-季铵盐复合抗菌剂，该类抗菌剂既能用于液体抗菌剂领域，又能结合多巴胺的吸附特性和丰富功能基团用于抗菌涂料领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于活性可控自由基聚合法(ATRP法)的季铵盐聚合物抗菌剂及其载银复合抗菌剂的制备方法及其应用。该类抗菌剂分子量可控，分布窄，可有效控制季铵盐的百分比含量。由ATRP得到的聚合物在通过开环或季铵盐化修饰后，给银离子提供结合位点，从而也可以制备载银-季铵盐聚合物抗菌剂。这种方法得到的抗菌剂抗菌浓度低，杀菌效果明显，并能结合多巴胺的吸附特性用于玻璃片、聚苯乙烯等表面的改性，形成表面抗菌聚合物刷。其抗菌效果明显，具有很高的商业潜能。
本发明的技术方案：在本发明的反应体系中，引发剂的合成从季戊四醇(PER-OH)开始，通过将季戊四醇上的羟基基团进行修饰，使其整体上引入四个溴作为后续ATRP的四个引发点，从而得到四臂的引发剂，记为PER-Br；然后通过原子转移自由基活性聚合(ATRP)将各种单体接枝到引发剂的引发点上得到大分子聚合物，对大分子聚合物进行开环反应后便可得到抗菌剂聚合物骨架材料；随后，对抗菌剂聚合物骨架材料进行不同的修饰，可以得到几种不同的抗菌剂：第一种修饰方式是用不同卤代烷对可季铵盐化的开环聚合物进行季铵盐化修饰反应，即可得到季铵盐聚合物抗菌剂；第二种修饰方式是将第一种修饰方式得到的季铵盐聚合物载银，得到载银-季铵盐聚合物复合抗菌剂；第三种是将不能季铵盐化的开环聚合物直接用于载银，得到载银聚合物抗菌剂。这些季铵盐聚合物载银、载银-季铵盐聚合物复合抗菌剂和载银聚合物抗菌剂，只要含有自由的氨基基团，就可以结合多巴胺的性质，对玻璃片、聚苯乙烯等表面进行修饰，形成抗菌涂料层。
本发明所述的基于ATRP法的季铵盐聚合物抗菌剂的制备方法，具体步骤为：
1)聚合反应：该聚合反应体系由ATRP引发剂、有机溶剂、单体、配体、CuBr组成；其中单体与ATRP引发剂的质量比值在4-60范围，优选8-50范围，更优选在16-40范围；配体与引发剂的质量比值在0.1-1.2范围，优选0.2-1范围，更优选0.4-1范围；CuBr与引发剂的质量比值在0.001-1.5范围，优选0.01-1范围，更优选0.05-0.08范围；有机溶剂与引发剂的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；聚合反应温度0-37℃，优选15-37℃，更优选25-30℃；聚合反应在无氧条件下进行，反应时间为10-60min，优选10-40min，更优选10-30min；反应完成后加入水或者甲醇，或者暴露在空气中，使引发体系失活并且终止聚合，加入的水或者甲醇是有机溶剂体积的100-300倍，离心后去除液体，将其放入真空干燥箱中或挂在真空冻干机上，最终得到粉末状大分子聚合物；
2)开环反应：在30-35℃无氧环境下向步骤1)得到的大分子聚合物中加入溶剂搅拌溶解，然后加入开环试剂在80-90℃温度下反应30-60min；反应结束后，产物溶解在去离子水后放入透析袋中以除去小分子，最后将透析袋中的产物冷冻干燥直至除去所有水分即得到抗菌剂聚合物骨架材料；开环试剂选自N,N二甲基乙二胺、乙二胺、乙醇胺中的一种或几种；
3)季铵盐化反应：将步骤2)中由含有N,N二甲基乙二胺开环试剂制得的抗菌剂聚合物骨架材料在无氧环境下溶解在有机溶剂中，加入卤代烷试剂后，30-60℃反应24h-48h，反应结束后加水透析24h-48h，冻干，得到季铵盐聚合物抗菌剂。
所述的ATRP引发剂的结构式为
所述的单体为甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-异丙基丙烯酰胺中的一种或者几种。
所述的配体为2,2’-联吡啶、1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺、五甲基二乙烯三胺、4,4’-联吡啶中的一种或者几种。
步骤1)所述的有机溶剂选自呋喃类、砜类、亚砜类、酰胺类、醇类中的一种或者几种。
所述呋喃类为呋喃，四氢呋喃中的一种或两种；醇类为甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、异丙醇、异丁醇、叔丁醇、异戊醇、正己醇中的一种或者几种；砜类为二甲砜、二乙砜、二丙砜、二丁砜、二苯砜、二苄基砜、甲基苯基砜、环丁砜中的一种或者几种；亚砜类为二甲基亚砜、二乙基亚砜、二丙基亚砜、二丁基亚砜、二戊基亚砜、二己基亚砜中的一种或者几种；所述的酰胺类为N，N-二甲基甲酰胺和/或N，N-二甲基乙酰胺。
当使用CuBr聚合反应速率过快时，步骤1)还加入CuBr2，CuBr与CuBr2的质量比为(3:1)-(5:1)。
步骤1)中所述的聚合反应体系的各组分加入顺序一为：先将ATRP引发剂溶于有机溶剂，加入单体，再加入配体，最后加入CuBr引发活性可控自由基聚合。
步骤1)中所述的聚合反应体系的各组分加入顺序二为：先将ATRP引发剂溶于有机溶剂，加入单体，再加入CuBr，最后加入配体引发活性可控自由基聚合。
步骤2)所述的开环反应，溶剂与大分子聚合物的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；开环试剂与大分子聚合物中的环氧环的摩尔比为10-50，优选10-30，更优选10-20；溶剂选自二甲基亚砜、二乙基亚砜、二丙基亚砜、二丁基亚砜、二戊基亚砜、二己基亚砜中的一种或几种。
步骤3)所述的季铵盐化反应，有机溶剂与抗菌剂聚合物骨架材料的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；卤代烷试剂与抗菌剂聚合物骨架材料中叔胺基团的摩尔比为5-30，优选10-30，更优选10-20；所述的卤代烷试剂为RX，其中R选自C1-C20的烷基中的一种或几种，X选自氯、溴、或碘；步骤3)所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，二乙基亚砜、二丙基亚砜、二丁基亚砜、二戊基亚砜。
本发明所述的基于ATRP法的季铵盐聚合物载银复合抗菌剂的制备方法，将季铵盐聚合物抗菌剂在常温无氧的条件下，溶解在去离子水中，加入硝酸银，避光搅拌24h-48h，避光透析24h-48h，冻干，得到季铵盐聚合物载银复合抗菌剂；去离子水与季铵盐聚合物抗菌剂的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；硝酸银与季铵盐聚合物抗菌剂中仲胺基团的摩尔比为5-30，优选10-30，更优选10-20。
本发明所述的基于ATRP法的载银复合抗菌剂的制备方法：将上述步骤2)制得的抗菌剂聚合物骨架材料在常温无氧的条件下，溶解在去离子水中，加入硝酸银，避光搅拌24h-48h，避光透析24h-48h，冻干，得到载银复合抗菌剂；去离子水与抗菌剂聚合物骨架材料的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；硝酸银与抗菌剂聚合物骨架材料中仲胺基团的摩尔比为5-30，优选10-30，更优选10-20。
本发明所述的抗菌涂层的制备方法：将季铵盐聚合物抗菌剂、季铵盐聚合物载银复合抗菌剂、载银复合抗菌剂中的一种或几种配成1-4mg/mL的抗菌剂水溶液；将基底浸泡在1-4mg/mL的多巴胺的Tris-HCl溶液中，过夜，用去离子水洗去表面的多巴胺，然后浸泡在浓度为0.5-1mg/mL的高碘酸钠水溶液中5-10分钟，冲洗干净后，最后浸泡在抗菌剂水溶液中24h-48h，将基底取出，去离子水冲洗，用氮气吹干即在基底表面修饰得到抗菌涂层。
所述的基底的材料选自玻璃、聚苯乙烯、塑料、陶瓷、硅。
所述的Tris-HCl溶液的pH值在7-9范围内，优选pH＝8.5。
有益结果：本发明利用活性可控自由基聚合法制得分子量可控，分子量分布窄的聚合物抗菌剂。对于开环过程中：(1)通过ED、DED、EA或其中任意两者的混合等开环得到的一系列抗菌剂聚合物骨架材料均完全开环。(2)通过混合开环得到的抗菌剂聚合物骨架材料，其混合开环试剂的开环比例可控。(3)季铵盐化反应中，引入的季铵盐基团的百分比可控可调。(4)载银反应中，载银抗菌剂的银离子含量可控。(5)得到的所有类型的抗菌剂抗菌效果明显，MIC值可低至8mg/L。(6)可与多巴胺结合形成抗菌涂层，表面抗菌效果明显。
本方法简单易行，其聚合方法保证了季铵盐化的百分比有效可控，并且通过银离子的缓慢释放达到长期抗菌的效果，产品对大肠杆菌(E.coil)、绿脓杆菌(P.aeruginosa)、肺炎克雷伯氏菌(K.peneumoniae)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)以及枯草芽孢杆菌(B.subtilis)都有明显的抑菌效果，部分最佳抑菌浓度低至8mg/L，相对于现有技术单一成分的抗菌产品，该发明大大提高了抗菌效率。另外，利用多巴胺特有的可以黏附在几乎所有材料表明的黏附性质，将玻璃片用多巴胺修饰后，带氨基的季铵盐聚阳离子抗菌剂可以通过氨基与聚多巴胺上功能基团的作用，在玻璃、聚苯乙烯等表面形成抗菌聚合物刷，从而达到表面抗菌的效果。
附图说明
图1实施例1中步骤2开环反应得到抗菌剂聚合物骨架材料的反应图。
图2实施例1中步骤3季铵盐化得到季铵盐聚合物抗菌剂的反应图，R为卤代烷，CH3I或n-C6H13Br。
图3实施例2制备季铵盐聚合物载银复合抗菌剂的反应图，RX为卤代烷，CH3I或者n-C6H13Br。
图4实施例3制备载银复合抗菌剂的反应图。
图5实施例4得到的不同抗菌剂修饰的抗菌涂层对大肠杆菌的抑菌效果图，菌落个数图以及抗菌率。
图6实施例4得到的不同抗菌剂修饰的抗菌涂层对金黄色葡萄球菌的抑菌效果图，菌落个数图以及抗菌率。
具体实施方式
实施例1
(1)取0.2gATRP引发剂记为PER-Br完全溶解于5mL二甲基亚砜(DMSO)中，再将4.31mL的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和113μL的五甲基二乙烯三胺(PMDETA)溶于该溶液中，以鼓泡方式通氮气5min后迅速加入47mg的溴化亚铜(CuBr)，立即用橡皮塞密封；体系于27℃下无氧氮气保护环境下反应10min，开瓶塞静置2-3min，然后用甲醇沉淀，再用甲醇洗两次，以除去PMDETA，CuBr，以及未反应的GMA和大部分的溶剂DMSO；离心之后除去上层清液，并将下层沉淀中的残留甲醇吹干，之后再用1-2mLDMSO溶解，用去离子水沉淀并重复洗两遍，离心之后除去上层清液，加少量的纯水冻干，冻干后的产品为白色粉末，即为得到大分子聚合物，记为PER-PGMA。大分子聚合物(PER-PGMA)的数均分子量(Mn)为10500，分子量分布指数(Mw/Mn)为1.26。
(2)35℃无氧环境下，取0.3gPER-PGMA溶解于8mL的DMSO中，向其中加入1.5mL的乙二胺(ED)或2.284mL的N,N-二甲基乙二胺(DED)或0.75mL的ED和1.142mL的DED混合物，以鼓泡方式通氮气5min后，体系于80℃，磁力搅拌下反应60min；之后取少量滴加入纯水中发现产物溶解，则说明开环反应彻底完成；这时将反应液用少量(30-40mL)纯水溶解，之后用3500的透析袋透析1天以除去ED以及DMSO，之后取出透析袋中的液体冻干得到白色絮状产物，即为抗菌剂聚合物骨架材料；加入乙二胺得到的产物记为PER-PGED，加入N,N-二甲基乙二胺得到的产物记为PER-PGDED，加入ED和DED混合物的产物记为PER-PGDED/ED。通过1HNMR分析可知，三种抗菌剂骨架材料均开环完全，且在PER-PGDED/ED中，DED和ED的开环比例为1：1。
(3)取0.15g抗菌剂聚合物骨架材料PER-PGDED(或PER-PGDED/ED)溶解于5mL的DMF中，向其中加入0.47mL碘甲烷(CH3I)或1mL的正溴己烷(n-C6H13Br)，以鼓泡方式通氮气5min后密封，将体系于50℃，磁力搅拌下反应24h；这时将反应液用少量(30-40mL)纯水溶解，之后用3500的透析袋透析1天以除去未反应的CH3I或N-C6H13Br以及DMF，之后取出透析袋中的液体冻干得到白色絮状产物，即为季铵盐聚合物抗菌剂，分别记为QPGDED-CH3，QPGDED-C6H13，QPGDED/ED-CH3，QPGDED/ED-C6H13。
实施例2
取100mg实施例1得到的季铵盐聚合物抗菌剂QPGDED-CH3(或QPGDED-C6H13，或QPGDED/ED-CH3，或QPGDED/ED-C6H13)溶于5mL的去离子水中，向其中加入600mg的AgNO3，在避光的环境下，磁力搅拌48h后，将反应液用少量(30-40mL)纯水溶解，之后用3500的透析袋透析避光48h以除去未反应的AgNO3，之后取出透析袋中的液体冻干得到黄棕色絮状产物，即为季铵盐聚合物载银复合抗菌剂，分别记为QPGDED-CH3-Ag，QPGDED-C6H13-Ag，QPGDED/ED-CH3-Ag，QPGDED/ED-C6H13-Ag。通过热重分析，四种季铵盐聚合物载银复合抗菌剂的载银量均在10wt％左右。
实施例3
取100mg实施例1中步骤2得到的抗菌剂聚合物骨架材料PER-PGED，溶于5mL的去离子水中，向其中加入600mg的AgNO3，在避光的环境下，磁力搅拌48h后，将反应液用少量(30-40mL)纯水溶解，之后用3500的透析袋透析避光48h以除去未反应的AgNO3，之后取出透析袋中的液体冻干得到黄棕色絮状产物，即为载银复合抗菌剂，记为PER-PGED-Ag。热重分析结果表明，载银量也在10wt％左右。
实施例4
将实施例1-3得到的季铵盐聚合物抗菌剂QPGDED/ED-CH3、QPGDED/ED-C6H13，季铵盐聚合物载银复合抗菌剂QPGDED/ED-CH3-Ag、QPGDED/ED-C6H13-Ag和载银复合抗菌剂PER-PGED-Ag分别配成1mg/mL的抗菌剂水溶液，备用；将玻璃片浸泡在2mg/mL的多巴胺的Tris-HCl溶液(pH＝8.5)中，过夜，用去离子水洗去表面的多巴胺，然后浸泡在浓度为1mg/mL的高碘酸钠水溶液中10分钟，冲洗干净后，最后分别浸泡在以上五种抗菌剂水溶液中24h，取出，用氮气吹干即可得到不同抗菌剂修饰的抗菌涂层。
实施例1-3所得到的抗菌剂在不同菌种中(106个菌/mL)的最佳抑菌浓度如下表所示：

Claims (10)

1.一种基于ATRP法的季铵盐聚合物抗菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1)聚合反应：该聚合反应体系由ATRP引发剂、有机溶剂、单体、配体、CuBr组成；其中单体与ATRP引发剂的质量比值在4-60范围，优选8-50范围，更优选在16-40范围；配体与引发剂的质量比值在0.1-1.2范围，优选0.2-1范围，更优选0.4-1范围；CuBr与引发剂的质量比值在0.001-1.5范围，优选0.01-1范围，更优选0.05-0.08范围；有机溶剂与引发剂的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；聚合反应温度0-37℃，优选15-37℃，更优选25-30℃；聚合反应在无氧条件下进行，反应时间为10-60min，优选10-40min，更优选10-30min；反应完成后加入水或者甲醇，或者暴露在空气中，使引发体系失活并且终止聚合，加入的水或者甲醇是有机溶剂体积的100-300倍，离心后去除液体，将其放入真空干燥箱中或挂在真空冻干机上，最终得到粉末状大分子聚合物；
2)开环反应：在30-35℃无氧环境下向步骤1)得到的大分子聚合物中加入溶剂搅拌溶解，然后加入开环试剂在80-90℃温度下反应30-60min；反应结束后，产物溶解在去离子水后放入透析袋中以除去小分子，最后将透析袋中的产物冷冻干燥直至除去所有水分即得到抗菌剂聚合物骨架材料；开环试剂选自N,N二甲基乙二胺、乙二胺、乙醇胺中的一种或几种；
3)季铵盐化反应：将步骤2)中由含有N,N二甲基乙二胺的开环试剂制得的抗菌剂聚合物骨架材料在无氧环境下溶解在有机溶剂中，加入卤代烷试剂后，30-60℃反应24h-48h，反应结束后加水透析24h-48h，冻干，得到季铵盐聚合物抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的ATRP引发剂的结构式为所述的单体为甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-异丙基丙烯酰胺中的一种或者几种；所述的配体为2,2’-联吡啶、1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺、五甲基二乙烯三胺、4,4’-联吡啶中的一种或者几种；步骤1)所述的有机溶剂选自呋喃类、砜类、亚砜类、酰胺类、醇类中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当使用CuBr聚合反应速率过快时，步骤1)还加入CuBr2，CuBr与CuBr2的质量比为(3:1)-(5:1)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的聚合反应体系的各组分加入顺序为：先将ATRP引发剂溶于有机溶剂，加入单体，再加入配体，最后加入CuBr引发活性可控自由基聚合，或者先将ATRP引发剂溶于有机溶剂，加入单体，再加入CuBr，最后加入配体引发活性可控自由基聚合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的开环反应，溶剂与大分子聚合物的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；开环试剂与大分子聚合物中的环氧环的摩尔比为10-50，优选10-30，更优选10-20；步骤2)所述的溶剂选自二甲基亚砜、二乙基亚砜、二丙基亚砜、二丁基亚砜、二戊基亚砜、二己基亚砜中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的季铵盐化反应，有机溶剂与抗菌剂聚合物骨架材料的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；卤代烷试剂与抗菌剂聚合物骨架材料中叔胺基团的摩尔比为5-30，优选10-30，更优选10-20；所述的卤代烷试剂为RX，其中R选自C1-C20的烷基中的一种或几种，X选自氯、溴、或碘；步骤3)所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，二乙基亚砜、二丙基亚砜、二丁基亚砜、二戊基亚砜。
7.一种基于ATRP法的季铵盐聚合物载银复合抗菌剂的制备方法，其特征在于，其具体操作步骤为：将季铵盐聚合物抗菌剂在常温无氧的条件下，溶解在去离子水中，加入硝酸银，避光搅拌24h-48h，避光透析24h-48h，冻干，得到季铵盐聚合物载银复合抗菌剂；去离子水与季铵盐聚合物抗菌剂的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；硝酸银与季铵盐聚合物抗菌剂中仲胺基团的摩尔比为5-30，优选10-30，更优选10-20。
8.一种基于ATRP法的载银复合抗菌剂的制备方法，其特征在于，其具体操作步骤为：将权利要求1中步骤2)制得的抗菌剂聚合物骨架材料在常温无氧的条件下，溶解在去离子水中，加入硝酸银，避光搅拌24h-48h，避光透析24h-48h，冻干，得到载银复合抗菌剂；去离子水与抗菌剂聚合物骨架材料的质量比值在50-500范围，优选50-450范围，更优选70-400范围；硝酸银与抗菌剂聚合物骨架材料中仲胺基团的摩尔比为5-30，优选10-30，更优选10-20。
9.一种抗菌涂层的制备方法，其特征在于，其操作步骤为：将季铵盐聚合物抗菌剂、季铵盐聚合物载银复合抗菌剂、载银复合抗菌剂中的一种或几种配成1-4mg/mL的抗菌剂水溶液；将基底浸泡在1-4mg/mL的多巴胺的Tris-HCl溶液中，过夜，用去离子水洗去表面的多巴胺，然后浸泡在浓度为0.5-1mg/mL的高碘酸钠水溶液中5-10分钟，冲洗干净后，最后浸泡在抗菌剂水溶液中24h-48h，将基底取出，去离子水冲洗，用氮气吹干即在基底表面修饰得到抗菌涂层。
10.根据权利要求9所述的一种抗菌涂层的制备方法，其特征在于，所述的基底的材料选自玻璃、聚苯乙烯、塑料、陶瓷、硅；所述的Tris-HCl溶液的pH值在7-9范围内，优选pH＝8.5。
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