CN109260509A - 一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料及其制备方法，制备方法为：将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶水解，制备得到壳寡糖溶液，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，加热搅拌反应，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末；将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在弱酸性环境下搅拌，加入甲基丙烯酸2‑(二甲基氨基)乙酯，调节体系至碱性，继续搅拌，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液；在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，加热反应后，降温，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N‑亚甲基双丙烯酰胺，升温继续反应，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。

Description

一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料 及其制备方法
技术领域
本发明属于医用材料材料技术领域，具体涉及一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
壳聚糖为白色或灰白色无定形、半透明、略有珍珠光泽的固体，是由甲壳素分子中的C2位上的乙酰基水解或酶解脱去60-70％以上而得到的产物，也叫壳多糖、脱乙酰基甲壳质、可溶性甲壳素、壳糖胺、甲壳糖、几丁糖等。壳聚糖是由2-氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖通过β-1，4糖苷键聚合的一种天然聚阳离子生物多糖，具有优良的生物相容性和生物可降解性，在医用生物材料领域有广泛的应用，但是壳聚糖分子中强型氢键的作用导致壳聚糖既不熔融，也不溶于水、碱(pH值>6.5)和一般有机溶剂，从而限制了它的应用范围。
壳寡糖又称几丁寡糖、壳低聚糖等，由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖残基和2-氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖残基，以不同的比例通过β-1，4糖苷键连接而成的线性聚合物，聚合度为2-20，分子链上还有丰富的羟基、氨基和N-乙酰氨基，因此壳寡糖的分子内及分子间的作用力很大，水溶性更好，在医用生物材料领域有很好的市场前景。
随着科学研究的不断深入，以壳寡糖为主要材料的生物材料越来越多，其中以壳寡糖与石墨烯及其衍生物制备的复合材料尤其是研究的热点。中国专利CN108329496A公开的一种壳寡糖纳米银/氧化石墨烯修饰的医用橡胶材料及其制备方法，将硝酸银溶液与壳寡糖溶液在室温下搅拌，通氮气除尽空气并密封，在240-290nm紫外灯照射后，加入无水乙醇中离心，取沉淀，并用乙醇离心洗涤两次并冷冻干燥，然后将壳寡糖包裹纳米银复合抗菌剂粉末溶于水，超声分散，得壳寡糖包裹纳米银分散液，将天然橡胶胶片经浓硫酸预处理后，加入到氧化石墨烯溶液中浸泡，分离出膜片用超纯水溶液洗涤，再将膜片加入壳寡糖包裹纳米银分散液中浸泡，分离出膜片用超纯水溶液洗涤，完成基材表面的第一个双分子层自组装，重复上述过程，在得到壳寡糖包裹纳米银为最外层的表面层层自组装修饰的医用橡胶材料。该方法以化学键、氢键或静电力将导管与抗菌剂紧密结合形成抗菌涂层，制备过程简单，易于控制，制备条件温和，成本低廉，但是却忽略了壳寡糖的生物活性、提高免疫和抗肿瘤等作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料及其制备方法，本发明将壳寡糖和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯作为抗菌剂，利用多巴胺对细菌的吸附性，使制备的水凝胶敷料可自主的抗菌，且聚多巴胺、季胺化壳寡糖、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯和聚丙烯酸之间均能自发形成共价键、氢键或者强烈的静电力，使制备的水凝胶敷料力学性能和抗菌性俱佳。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法包括聚多巴胺、季胺化壳寡糖、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯和聚丙烯酸。
本发明提供所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶水解，制备得到壳寡糖溶液，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，加热搅拌反应，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末；
(2)将步骤(1)制备的季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在弱酸性环境下搅拌，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系至碱性，继续搅拌，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液；
(3)在惰性气体的保护下，将步骤(2)制备的聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，加热反应后，降温，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，升温继续反应，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，水解的温度为50-55℃，时间为2-4h，水解的振荡频率为200-300r/min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.5-2mL。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，加热搅拌反应的温度为50-55℃，时间为6-12h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.8-0.9:0.3-0.4。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，弱酸性环境下搅拌的pH值为6-6.5，搅拌速率为750-1000r/min，时间为10-15min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，体系至碱性的pH值至为8.5。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为4-6:0.1-0.12：0.005-0.008。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，反应温度的变化为：加入丙烯酸，在60-65℃下加热反应10-15min后，以1-3℃/min的速率降温至30-40℃，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以5-10℃/min的速率升温至70-75℃继续反应2-3h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料中包括聚多巴胺、季胺化壳寡糖、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯和聚丙烯酸，其中多巴胺是一种具有生物粘性的物质，在弱碱性条件下能发生氧化自聚合反应，且自聚合的聚多巴胺还含有丰富的苯邻二酚和氨基基团，可以与聚丙烯酸表面的羧基等基团通过离子键的相互作用自组装形成超分子状态，此外，季胺化壳寡糖属于带阳离子的聚合物，也可以与带阴离子的聚丙烯酸之间通过离子键的相互作用，自组装形成超分子状态，因此，本发明制备的水凝胶敷料中各组分之间相互交缠，使水凝胶敷料的内部之间的结合力大，因为具有很高的力学性能和弹性。
(2)本发明制备的基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料中含有的多巴胺对细菌有天然的亲和性能，使水凝胶主动的与细菌接触，然后利用水凝胶中的壳寡糖和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯将细菌杀死，起到主动杀菌的功能，而且甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯所具有的儿茶酚官能团对细胞组织具有亲和性，进一步提高了水凝胶敷料的促进伤口愈合作用。
(3)本发明制备的基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料不仅力学性能优良，还具有主动抗菌性和促进伤口愈合作用，在生物医疗领域具有很好的市场前景。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶溶液，在50℃下，以200r/min的振荡频率水解2h，制备得到壳寡糖溶液，按照壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.5mL，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，在50℃下加热搅拌反应6h，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末。
(2)按照胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.8:0.3，将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在pH值为6的弱酸性环境下，以750r/min的速率搅拌10min，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系pH值为8.5，继续以750r/min的速率搅拌30min，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液。
(3)按照聚多巴胺与丙烯酸的质量比为1:3，在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，在60℃下加热反应10min后，以1℃/min的速率降温至30℃，按照丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为4:0.1：0.005，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以5℃/min的速率升温至70℃继续反应2h，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
实施例2：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶溶液，在55℃下，以300r/min的振荡频率水解4h，制备得到壳寡糖溶液，按照壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:2mL，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，在55℃下加热搅拌反应12h，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末。
(2)按照胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.9:0.4，将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在pH值为6.5的弱酸性环境下，以1000r/min的速率搅拌15min，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系pH值为8.5，继续以1000r/min的速率搅拌60min，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液。
(3)按照聚多巴胺与丙烯酸的质量比为1:6，在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，在65℃下加热反应15min后，以3℃/min的速率降温至40℃，按照丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为6:0.12：0.008，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以10℃/min的速率升温至75℃继续反应3h，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
实施例3：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶溶液，在53℃下，以250r/min的振荡频率水解3h，制备得到壳寡糖溶液，按照壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.6mL，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，在52℃下加热搅拌反应8h，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末。
(2)按照胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.85:0.35，将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在pH值为6.2的弱酸性环境下，以800r/min的速率搅拌13min，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系pH值为8.5，继续以800r/min的速率搅拌40min，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液。
(3)按照聚多巴胺与丙烯酸的质量比为1:4.5，在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，在64℃下加热反应12min后，以2℃/min的速率降温至35℃，按照丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:0.11：0.006，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以7℃/min的速率升温至73℃继续反应2.5h，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
实施例4：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶溶液，在54℃下，以270r/min的振荡频率水解3.5h，制备得到壳寡糖溶液，按照壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.9mL，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，在54℃下加热搅拌反应10h，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末。
(2)按照胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.83:0.33，将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在pH值为6.3的弱酸性环境下，以850r/min的速率搅拌13min，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系pH值为8.5，继续以950r/min的速率搅拌40min，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液。
(3)按照聚多巴胺与丙烯酸的质量比为1:5.5，在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，在63℃下加热反应13min后，以2.5℃/min的速率降温至36℃，按照丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为4.5:0.12：0.007，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以8℃/min的速率升温至74℃继续反应2.5h，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
实施例5：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶溶液，在54℃下，以270r/min的振荡频率水解3.5h，制备得到壳寡糖溶液，按照壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.9mL，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，在53℃下加热搅拌反应11h，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末。
(2)按照胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.87:0.37，将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在pH值为6.2的弱酸性环境下，以800r/min的速率搅拌14min，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系pH值为8.5，继续以900r/min的速率搅拌50min，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液。
(3)按照聚多巴胺与丙烯酸的质量比为1:5，在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，在63℃下加热反应14min后，以3℃/min的速率降温至36℃，按照丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5.5:0.11：0.005，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以5℃/min的速率升温至75℃继续反应2h，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
实施例6：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶溶液，在55℃下，以200r/min的振荡频率水解4h，制备得到壳寡糖溶液，按照壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.5mL，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，在55℃下加热搅拌反应6h，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末。
(2)按照胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.9:0.3，将季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在pH值为6.5的弱酸性环境下，以750r/min的速率搅拌15min，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系pH值为8.5，继续以750r/min的速率搅拌60min，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液。
(3)按照聚多巴胺与丙烯酸的质量比为1:3，在惰性气体的保护下，将聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，在65℃下加热反应10min后，以3℃/min的速率降温至30℃，按照丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为6:0.1：0.008，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以5℃/min的速率升温至75℃继续反应2h，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
经检测，实施例1-6制备的基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的抗菌性和力学性能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料抗菌性能好且稳定，可长久保持较好的抗菌性，且力学性能优异。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料，其特征在于，所述基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料包括聚多巴胺、季胺化壳寡糖、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯和聚丙烯酸。
2.权利要求1所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将壳聚糖溶液中加入壳聚糖酶水解，制备得到壳寡糖溶液，加入失水甘油基三甲基氯化铵，混合均匀后，加热搅拌反应，过滤洗涤，冷冻干燥，得到季胺化壳寡糖粉末；
(2)将步骤(1)制备的季胺化壳寡糖粉末加入到多巴胺溶液中，在弱酸性环境下搅拌，加入甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯，调节体系至碱性，继续搅拌，得到聚多巴胺改性的抗菌溶液；
(3)在惰性气体的保护下，将步骤(2)制备的聚多巴胺改性的抗菌溶液中加入丙烯酸，加热反应后，降温，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，升温继续反应，洗涤萃取，得到基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料。
3.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，水解的温度为50-55℃，时间为2-4h，水解的振荡频率为200-300r/min。
4.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，壳寡糖与甘油基三甲基氯化铵的用料比为1g:1.5-2mL。
5.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，加热搅拌反应的温度为50-55℃，时间为6-12h。
6.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，胺化壳寡糖粉末、多巴胺和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯的质量比为1:0.8-0.9:0.3-0.4。
7.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，弱酸性环境下搅拌的pH值为6-6.5，搅拌速率为750-1000r/min，时间为10-15min。
8.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，体系至碱性的pH值至为8.5。
9.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，丙烯酸、过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为4-6:0.1-0.12：0.005-0.008。
10.根据权利要求2所述的一种基于聚多巴胺和壳寡糖的自组装接触型抗菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，反应温度的变化为：加入丙烯酸，在60-65℃下加热反应10-15min后，以1-3℃/min的速率降温至30-40℃，加入过硫酸钾引发剂和交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺，以5-10℃/min的速率升温至70-75℃继续反应2-3h。
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