本發(fā)明涉及抗菌材料領(lǐng)域，尤其涉及一種ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前，抗菌材料在細(xì)菌感染疾病治療方面，主要存在以下兩個(gè)問(wèn)題：一是負(fù)載的常規(guī)抗生素易使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，二是抗菌藥物大多不具備特性選擇性，影響正常菌落和細(xì)胞的新陳代謝和生長(zhǎng)，對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用。通過(guò)對(duì)聚合物材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、改性，可獲得具有抗菌活性的新型材料。專利cn101210062b公開(kāi)了一種含有帶不飽和雙鍵的抗菌齊聚物和填料的聚合物材料，具有長(zhǎng)久抗菌型。專利cn101168586b公開(kāi)了一種至少含有一種乙烯基鹵代酚類(lèi)單體和丙烯酸酯叔胺衍生物單體的抗菌性高分子聚合物，具有良好的抗菌性能。cn105801734a公開(kāi)了一種基于atrp法構(gòu)建的季銨鹽聚合物抗菌劑和一種銀離子修飾的載銀-季銨鹽聚合物復(fù)合抗菌劑的制備方法及其在表面抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用。

上述公開(kāi)的抗菌聚合物都具有長(zhǎng)久、優(yōu)異的抗菌活性，但是也均存在一個(gè)缺陷：其在保持較高抗菌活性的同時(shí)也會(huì)對(duì)正常組織帶來(lái)一定的危害。在達(dá)到抗菌目的后，由于其仍舊保持較高抗菌活性，因此可能會(huì)導(dǎo)致持續(xù)對(duì)人體正常組織帶來(lái)危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒及其制備方法。本發(fā)明的ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒，其分子結(jié)構(gòu)中含有季銨鹽基團(tuán)，因而具有良好的抗菌性能，而且其抗菌活性可隨體系ph變化而調(diào)節(jié)，可根據(jù)病變組織的微環(huán)境變化而發(fā)揮療效。當(dāng)組織恢復(fù)該抗菌聚合物即會(huì)失去抗菌活性，不會(huì)過(guò)度治療。本發(fā)明所述的ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆?？梢栽卺t(yī)療器械和生物材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒，由三嵌段共聚物通過(guò)自組裝形成納米顆粒而得；所述三嵌段共聚物由至少一種聚酯、至少一種含羧基的單體a和至少一種含n的單體b聚合形成。

其中所述的聚酯為聚己內(nèi)酯、聚乳酸中的至少一種；所述的含羧基的單體a為丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸中的至少一種；所述的含n的單體b為甲基丙烯酸n,n-二甲氨基乙酯、丙烯酸n,n-二甲氨基乙酯中的至少一種；由單體b組成的嵌段還通過(guò)季銨化反應(yīng)獲得季銨鹽結(jié)構(gòu)；所述的三嵌段共聚物的分子量為10,000~500,000克/摩爾，分子量分布系數(shù)為1.1~4.0。

本申請(qǐng)的發(fā)明人人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌感染組織在細(xì)菌新陳代謝和宿主免疫應(yīng)答作用下會(huì)分泌出乳酸等酸性物質(zhì)，使感染部位呈現(xiàn)弱酸性微環(huán)境（ph=5.5~6.5）。即當(dāng)生理組織未被細(xì)菌感染、處于正常狀態(tài)時(shí)，感染部位呈中性；當(dāng)生理組織處于細(xì)菌感染、需要抗菌聚合物發(fā)生抗菌活性時(shí)，感染部位呈弱酸性環(huán)境。本申請(qǐng)的發(fā)明人正是利用病變組織這一獨(dú)特的生理微環(huán)境特點(diǎn)作為分子信號(hào)設(shè)計(jì)響應(yīng)型抗菌材料在實(shí)現(xiàn)抗菌的同時(shí)減少對(duì)正常組織的危害。

本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述設(shè)計(jì)可保證聚合物通過(guò)疏水相互作用經(jīng)由自組裝形成納米顆粒，其分子結(jié)構(gòu)中含有季銨鹽基團(tuán)，因而具有良好的抗菌性能。并且該納米顆粒的表面粒徑和電位可隨ph變化而有效調(diào)節(jié)：當(dāng)處于正常生理環(huán)境（ph=7.4）中，中間鏈段呈現(xiàn)負(fù)電荷性質(zhì)，可與外層正電荷鏈段通過(guò)靜電作用復(fù)合，無(wú)抗菌活性；而但在酸性環(huán)境中，中間鏈段呈現(xiàn)電中性，外層鏈段舒展并進(jìn)一步質(zhì)子化，納米顆粒呈現(xiàn)正電荷性質(zhì)，可通過(guò)紊亂細(xì)菌的細(xì)胞膜，使胞內(nèi)物泄露而抗菌，表現(xiàn)出抗菌活性。因此，本發(fā)明的抗菌聚合物納米顆?？筛鶕?jù)病變組織的微環(huán)境變化而發(fā)揮療效。當(dāng)組織恢復(fù)該抗菌聚合物即會(huì)失去抗菌活性，不會(huì)過(guò)度治療。

特別的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中陰離子、陽(yáng)離子分別在兩個(gè)鏈段上，與將陰陽(yáng)離子設(shè)計(jì)在同一鏈段上相比，對(duì)陰陽(yáng)離子的分布情況，相對(duì)比例等進(jìn)行精確調(diào)控更加容易、方便。

作為優(yōu)選，所述的由含羧基的單體a所形成的嵌段為三嵌段共聚物中間的嵌段。

作為優(yōu)選，所述單體a和單體b的摩爾比為1:1.1~2。

作為優(yōu)選，所述的聚酯通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)制備得到。

作為優(yōu)選，所述的聚酯采用含羥基的引發(fā)劑引發(fā)己內(nèi)酯或丙交酯開(kāi)環(huán)聚合得到。例如可采用苯甲醇、正丁醇等含羥基的引發(fā)劑引發(fā)己內(nèi)酯或丙交酯開(kāi)環(huán)聚合得到。

作為優(yōu)選，在ph為7.4的環(huán)境下，所述ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒的粒徑為10-500納米。

作為優(yōu)選，在ph為7.4的環(huán)境下，所述ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒的粒徑為10-100納米。

一種ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒的制備方法，包括：

聚酯經(jīng)過(guò)修飾改性成大單體引發(fā)劑，再于溶劑中依次引發(fā)單體a和單體b進(jìn)行聚合反應(yīng)；反應(yīng)溫度為40-150℃，反應(yīng)時(shí)間6~48小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)沉淀、過(guò)濾或透析得到成品。

作為優(yōu)選，聚合方法可以是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合或可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合。

作為優(yōu)選，所述的溶劑為呋喃類(lèi)、酰胺類(lèi)、砜類(lèi)、醇類(lèi)、烴類(lèi)中的一種或多種的混合溶液。

本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：將聚酯通過(guò)一定的方法修飾可得到大分子引發(fā)劑，如與溴代異丁酰溴反應(yīng)制備得到atrp（原子轉(zhuǎn)移自由基聚合）大分子引發(fā)劑，或與2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸反應(yīng)制備得到raft（可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合）大分子引發(fā)劑，再通過(guò)分段引發(fā)聚合反應(yīng)均可得到設(shè)計(jì)的三嵌段聚合物。

與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆粒，其分子結(jié)構(gòu)中含有季銨鹽基團(tuán)，因而具有良好的抗菌性能，而且其抗菌活性可隨體系ph變化而調(diào)節(jié)，可根據(jù)病變組織的微環(huán)境變化而發(fā)揮療效。當(dāng)組織恢復(fù)該抗菌聚合物即會(huì)失去抗菌活性，不會(huì)過(guò)度治療。本發(fā)明所述的ph響應(yīng)型抗菌聚合物納米顆?？梢栽卺t(yī)療器械和生物材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備得到的抗菌聚合物納米顆粒的抗菌效果圖；

圖2為實(shí)施例1制備得到的抗菌聚合物納米顆粒在中性環(huán)境下的透射電鏡圖；

圖3為實(shí)施例1制備得到的抗菌聚合物納米顆粒在弱酸性環(huán)境下的透射電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

稱取114g己內(nèi)酯于安培瓶中，抽真空-通氮?dú)猓偌尤?.16g苯甲醇和0.5g辛酸亞錫，抽真空-通氮?dú)庋h(huán)3次。于140℃中反應(yīng)6h，所得白色固體用氯仿溶解后沉淀到無(wú)水甲醇溶液中，得到端羥基的聚己內(nèi)酯（pcl-oh）。數(shù)均分子量8,000，分子量分布系數(shù)2.1。

稱取8gpcl-oh，溶解到氯仿中，通氮?dú)?、冰水浴中緩慢滴?.46g溴代異丁酰溴，反應(yīng)24h后沉淀到無(wú)水甲醇中，得到pcl大分子引發(fā)劑。

稱取0.8gpcl大分子引發(fā)劑于二甲基亞砜中，加入0.05g溴化亞銅和0.05g聯(lián)吡啶，通氮?dú)?，再加?.6g丙烯酸，升溫至70℃反應(yīng)12h；再加入12.5g甲基丙烯酸-2-（二甲氨基）乙酯，繼續(xù)反應(yīng)12h，反應(yīng)液沉淀到乙醚/正己烷中。所得聚合物的數(shù)均分子量22,500，分子鏈分布系數(shù)為2.5。

稱取0.4g上述三嵌段共聚物，與0.1g溴乙烷反應(yīng)，沉淀到乙醚/正己烷中，得到抗菌聚合物1#。在ph為7.4的環(huán)境下，將抗菌聚合物1#通過(guò)滲析法制備成粒徑為10~50nm的納米顆粒。

實(shí)施例2

稱取144g丙交酯于安培瓶中，抽真空-通氮?dú)?，再加?.16g苯甲醇和0.5g辛酸亞錫，抽真空-通氮?dú)庋h(huán)3次。于140℃中反應(yīng)6h，所得白色固體用氯仿溶解后沉淀到無(wú)水甲醇溶液中，得到端羥基的聚乳酸（pla-oh）。數(shù)均分子量8,600，分子量分布系數(shù)1.9。

稱取8.6gpla-oh，溶解到氯仿中，通氮?dú)?、冰水浴中緩慢滴?.46g溴代異丁酰溴，反應(yīng)24h后沉淀到無(wú)水甲醇中，得到pla大分子引發(fā)劑。

稱取0.8gpla大分子引發(fā)劑于二甲基亞砜中，加入0.05g溴化亞銅和0.05g聯(lián)吡啶，通氮?dú)猓偌尤?.2g丙烯酸，升溫至70℃反應(yīng)12h；再加入23.5g甲基丙烯酸-2-（二甲氨基）乙酯，繼續(xù)反應(yīng)12h，反應(yīng)液沉淀到乙醚/正己烷中。所得聚合物的數(shù)均分子量41,800，分子鏈分布系數(shù)為3.5。

稱取0.4g上述三嵌段共聚物，與0.1g溴乙烷反應(yīng)，沉淀到乙醚/正己烷中，得到抗菌聚合物2#。在ph為7.4的環(huán)境下，將抗菌聚合物2#通過(guò)滲析法制備成粒徑為10~100nm的納米顆粒。

實(shí)施例3

稱取114g己內(nèi)酯于安培瓶中，抽真空-通氮?dú)?，再加?.16g苯甲醇和0.5g辛酸亞錫，抽真空-通氮?dú)庋h(huán)3次。于140℃中反應(yīng)6h，所得白色固體用氯仿溶解后沉淀到無(wú)水甲醇溶液中，得到端羥基的聚己內(nèi)酯（pcl-oh）。數(shù)均分子量8,000，分子量分布系數(shù)2.1。

稱取8gpcl-oh，溶解到氯仿中，加入0.4g2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸，再加入0.5gn-羥基琥珀酰亞胺/二環(huán)己基碳二亞胺，反應(yīng)24h后，過(guò)濾，濾液沉淀到無(wú)水甲醇中，得到pcl大分子引發(fā)劑。

稱取0.8gpcl大分子引發(fā)劑于二甲基亞砜中，加入5mg偶氮二異丁腈，通氮?dú)?，再加?.2g丙烯酸，升溫至70℃反應(yīng)12h；再加入23.5g甲基丙烯酸-2-（二甲氨基）乙酯，繼續(xù)反應(yīng)12h，反應(yīng)液沉淀到乙醚/正己烷中。所得聚合物的數(shù)均分子量48,800，分子鏈分布系數(shù)為2.8。

稱取0.4g上述三嵌段共聚物，與0.1g碘甲烷反應(yīng)，沉淀到乙醚/正己烷中，得到抗菌聚合物3#。在ph為7.4的環(huán)境下，將抗菌聚合物3#通過(guò)滲析法制備成粒徑為10~500nm的納米顆粒。

實(shí)施例4

稱取144g丙交酯于安培瓶中，抽真空-通氮?dú)猓偌尤?.16g苯甲醇和0.5g辛酸亞錫，抽真空-通氮?dú)庋h(huán)3次。于140℃中反應(yīng)6h，所得白色固體用氯仿溶解后沉淀到無(wú)水甲醇溶液中，得到端羥基的聚乳酸（pla-oh）。數(shù)均分子量8,600，分子量分布系數(shù)1.9。

稱取8.6gpla-oh，溶解到氯仿中，加入0.6g2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸，再加入0.5gn-羥基琥珀酰亞胺/二環(huán)己基碳二亞胺，反應(yīng)24h后，過(guò)濾，濾液沉淀到無(wú)水甲醇中，得到pla大分子引發(fā)劑。

稱取0.8gpla大分子引發(fā)劑于二甲基亞砜中，加入0.05g溴化亞銅和0.05g聯(lián)吡啶，通氮?dú)?，再加?.2g丙烯酸，升溫至70℃反應(yīng)12h；再加入25.5g甲基丙烯酸-2-（二甲氨基）乙酯，繼續(xù)反應(yīng)12h，反應(yīng)液沉淀到乙醚/正己烷中。所得聚合物的數(shù)均分子量50,800，分子鏈分布系數(shù)為3.2。

稱取0.4g上述三嵌段共聚物，與0.1g硫酸二甲酯反應(yīng)，沉淀到乙醚/正己烷中，得到抗菌聚合物4#。在ph為7.4的環(huán)境下，將抗菌聚合物4#通過(guò)滲析法制備成粒徑為10~50nm的納米顆粒。

實(shí)施例5

取一定量的實(shí)施例1中的納米顆粒置于含有100ml金黃色葡萄球菌的試劑瓶中（金黃色葡萄球菌的含量為10⁵cells/ml）。試劑瓶置于細(xì)菌培養(yǎng)箱中，溫度為37℃。納米顆粒與細(xì)菌接觸特定時(shí)候后，抽取0.1ml的細(xì)菌懸浮液置于0.9ml飽和氯化鈉溶液中。懸浮液再稀釋一定的倍數(shù)，抽取0.1ml涂于載玻片上。再用顯微鏡數(shù)出細(xì)菌數(shù)目，并乘以對(duì)應(yīng)倍數(shù)，計(jì)算得到培養(yǎng)液中每毫升細(xì)菌的數(shù)目。

調(diào)節(jié)細(xì)菌培養(yǎng)液ph至偏酸性，其余按照上述流程進(jìn)行，測(cè)定偏酸性環(huán)境中的抗菌活性。

實(shí)施例6

取一定量的實(shí)施例1中的納米顆粒置于含有100ml大腸桿菌的試劑瓶中（大腸桿菌的含量為10⁵cells/ml）。試劑瓶置于細(xì)菌培養(yǎng)箱中，溫度為37℃。納米顆粒與細(xì)菌接觸特定時(shí)候后，抽取0.1ml的細(xì)菌懸浮液置于0.9ml飽和氯化鈉溶液中。懸浮液再稀釋一定的倍數(shù)，抽取0.1ml涂于載玻片上。再用顯微鏡數(shù)出細(xì)菌數(shù)目，并乘以對(duì)應(yīng)倍數(shù)，計(jì)算得到培養(yǎng)液中每毫升細(xì)菌的數(shù)目。

調(diào)節(jié)細(xì)菌培養(yǎng)液ph至偏酸性，其余按照上述流程進(jìn)行，測(cè)定偏酸性環(huán)境中的抗菌活性。

圖2為實(shí)施例1制備得到的抗菌聚合物納米顆粒在中性環(huán)境下的透射電鏡圖；圖3為實(shí)施例1制備得到的抗菌聚合物納米顆粒在弱酸性環(huán)境下的透射電鏡圖；圖1為實(shí)施例1制備得到的抗菌聚合物納米顆粒的抗菌效果圖。由圖1可知，本發(fā)明的抗菌聚合物納米顆粒在中性環(huán)境下具有較低的抗菌活性，而在弱酸環(huán)境下的抗菌活性則較高。

本發(fā)明中所用原料、設(shè)備，若無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本發(fā)明中所用方法，若無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。