一种抗菌细菌纤维素及其制备方法

文档序号:1276730
一种抗菌细菌纤维素及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种抗菌细菌纤维素及其制备方法,本发明利用细菌纤维素上大量存在的羟基官能团,通过表面改性引入季铵盐抗菌基团,不破坏细菌纤维素膜的结构,维持其水合胶的形态,发挥其促进伤口愈合的功效,同时制得的抗菌细菌纤维素化学稳定性良好,抗菌效果持久。
【专利说明】一种抗菌细菌纤维素及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用材料【技术领域】,具体涉及一种抗菌细菌纤维素及其制备方法。
【背景技术】
[0002]细菌纤维素作为人造皮肤或者创伤修复的替代材料,相比较于其他的材料如胶原蛋白、透明质酸和硅胶等,细菌纤维素具有类似于皮肤的网状结构和机械支持力,且不需要经过复杂的化学反应只需要简单的细菌培养就可以形成外形可控的水合胶,免疫排异性低,可以很好地促进伤口愈合,是一种良好的创伤修复材料。但是细菌纤维素本身不具备抗菌功能,很容易受到空气或水中有害微生物的污染,从而引发一系列的感染问题。
[0003]为了使细菌纤维素具备抗菌的功能,目前多采用浸泡吸附的方式将细菌纤维素置于杀菌剂溶液中,但杀菌剂的吸附效率及稳定性都不高,杀菌效果较差。
【发明内容】

[0004]为解决上述问题,本发明提供了一种抗菌细菌纤维素及其制备方法,所述抗菌细菌纤维素的制备方法条件温和,制得抗菌细菌纤维素可以促进伤口愈合,且杀菌效果良好。
[0005]第一方面,本发明提供了一种抗菌细菌纤维素的制备方法,包括以下步骤:
[0006]( I)提供细菌纤维素;
[0007](2)将所述细菌纤维素置于不饱和羧酸中浸泡,然后加入阻聚剂,得到混合溶液,在所述混合溶液中加入催化剂,在室温下进行酯化反应I~4h,得到含有不饱和键的酯化细菌纤维素溶液,纯化后得到干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素;
[0008](3)将所述干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素用去离子水浸泡后,在惰性氛围下,加入不饱和季铵盐单体和引发剂得到反应液,所述反应液在50°C~60°C下进行加成反应和聚合反应2h~4h,得到季铵盐聚合物修饰的酯化细菌纤维素即抗菌细菌纤维素,所述季铵盐聚合物的一端通过共价键和酯化细菌纤维素相连。
[0009]优选地,步骤(1)中细菌纤维素的聚合度为10000~16000。
[0010]优选地,步骤(2)中所述阻聚剂为对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚或2,5- 二叔丁基对苯二酚,所述阻聚剂的质量为所述细菌纤维素和不饱和羧酸总质量的0.1%~0.2%。
[0011]优选地,步骤(2)中所述不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。
[0012]优选地,步骤(2)中所述催化剂为高氯酸或对甲苯磺酸,所述催化剂的添加体积为所述混合溶液体积的0.1%~0.2%。
[0013]为了促进酯化反应的进行,优选地,步骤(2)中在酯化反应过程中还加入酯化剂,所述酯化剂为甲基丙烯酸酐,所述酯化剂的质量为所述细菌纤维素质量的I~4倍。
[0014]优选地,步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙
烯酰氧乙基三甲基氯化铵或烯丙基三甲基氯化铵。
[0015]优选地,步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体的摩尔量为所述含有不饱和键的酯化纤维素中葡萄糖单体摩尔量的I~3倍。 [0016]优选地,步骤(3)中所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
[0017]季铵盐类抗菌剂已经发展到第六代一季铵盐高分子抗菌剂,因其具有更高的电荷密度,相比小分子化合物抗菌能力更强。季铵盐高分子抗菌剂除抗菌性能好之外,还有化学稳定性高,残余毒性低,容易加工,抗菌效果持久,环境污染小,且在低的蒸汽压下不挥发,不会渗透进入人的皮肤等优点,因此在许多应用领域已逐步替代传统的小分子抗菌剂。
[0018]细菌纤维素的分子量大,空间位阻大,在细菌纤维素上直接连接季铵盐聚合物比较困难,本发明通过细菌纤维素和不饱和羧酸的酯化反应在细菌纤维素分子上引入不饱和键,降低空间位阻,会更加容易地在细菌纤维素上引入季铵盐聚合物。
[0019]本发明通过细菌纤维素和不饱和羧酸的酯化反应在细菌纤维素分子上引入不饱和键,然后通过加成反应,不饱和键发生断裂,在原不饱和键位置引入不饱和季铵盐单体,然后在引发剂的作用下,在酯化纤维素分子上引入的不饱和季铵盐单体发生聚合反应得到季铵盐聚合物。本发明通过将季铵盐聚合物共价结合在细菌纤维素表面上,季铵盐聚合物不会脱落,可达到高效持久的杀菌效果。跟小分子抗菌剂相比,所述季铵盐聚合物修饰的酯化细菌纤维素即抗菌细菌纤维素与细菌细胞膜的结合力更强,从而实现更好的杀菌效果。
[0020]本发明利用细菌纤维素上大量存在的羟基官能团,通过表面改性引入季铵盐抗菌基团,不破坏细菌纤维素膜的结构,维持其水合胶的形态,发挥其促进伤口愈合的功效,同时制得的抗菌细菌纤维素化学稳定性高,抗菌效果持久。
[0021]本发明制备方法条件温和,加入的化学试剂多为水溶性,易将多余的化学试剂除去。
[0022]第二方面,本发明提供了一种抗菌细菌纤维素,所述抗菌细菌纤维素通过本发明第一方面提供的制备方法制得。
[0023]本发明抗菌细菌纤维素在促进伤口愈合的同时,还具有高效持久的抗菌效果。
[0024]综上,本发明有益效果包括以下几个方面:
[0025](I)本发明制备方法条件温和,制备方法简单;
[0026](2)本发明制得的抗菌细菌纤维素在促进伤口愈合的同时,还具有高效持久的杀囷效果。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例1制得的含有双键的酯化纤维素的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0028]以下所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本【技术领域】的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
[0029]第一方面,本发明提供了一种抗菌细菌纤维素的制备方法,包括以下步骤:
[0030](I)提供细菌纤维素;
[0031](2)将所述细菌纤维素置于不饱和羧酸中浸泡,然后加入阻聚剂,得到混合溶液,在所述混合溶液中加入催化剂,在室温下进行酯化反应I~4h,得到含有不饱和键的酯化细菌纤维素溶液,纯化后得到干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素;
[0032](3)将所述干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素用去离子水浸泡后,在惰性氛围下,加入不饱和季铵盐单体和引发剂得到反应液,所述反应液在50°C~60°C下进行加成反应和聚合反应2h~4h,得到季铵盐聚合物修饰的酯化细菌纤维素即抗菌细菌纤维素,所述季铵盐聚合物的一端通过共价键和酯化细菌纤维素相连。
[0033]步骤(1)中所述细菌纤维素的制备方法为:制备培养液,将细菌纤维素生产菌株按和培养液的体积比为1:100的比例接种到所述培养液中,然后在28°C~32°C静态发酵,直至获得厚度为I~5mm的细菌纤维素膜,将所述菌纤维素膜置于浓度为0.lmol/L的氢氧化钠溶液中在80°C下振荡破碎细胞30分钟,反复三次后,使用去离子水洗去破碎的细胞和氢氧化钠,直到所述菌纤维素膜表面PH为中性,蒸汽灭菌后,冷冻干燥备用。 [0034]所述培养液的成分为:0.1~0.4g/mL葡糖糖,0.03~0.06g/mL蛋白胨,0.02~0.03g/mL 酵母粉,0.01 ~0.02g/mL 磷酸氢二钠,0.005 ~0.015g/mL 硫酸镁,0.005 ~0.01g/mL硫酸铵,0.005~0.015mL/mL玉米糖衆提取液。
[0035]所述细菌纤维素生产菌株为木醋杆菌、产醋杆菌、醋化杆菌、巴氏醋杆菌、葡萄糖杆菌、农杆菌、根瘤菌、八叠球菌、洋葱假单胞菌、椰毒假单胞菌或空肠弯曲菌。
[0036]步骤(1)中所述细菌纤维素的聚合度为10000~16000。
[0037]步骤(2)中所述细菌纤维素中的羟基和不饱和羧酸中的羧基发生酯化反应得到含有不饱和键的酯化细菌纤维素溶液。
[0038]采用末端为烯烃的不饱和脂肪酸。
[0039]步骤(2)中所述不饱和羧酸可以为丙烯酸或甲基丙烯酸,但不限于这几种。
[0040]丙烯酸或甲基丙烯酸为购买得到。
[0041]步骤(2)中将所述细菌纤维素置于不饱和羧酸中浸泡I~2h。
[0042]步骤(2)中将所述细菌纤维素按固液比为0.02g/mL~0.03g/mL置于不饱和羧酸中浸泡I~2h。所述不饱和羧酸过量。
[0043]为了防止不饱和羧酸发生聚合反应,加入阻聚剂保护不饱和羧酸中的不饱和键,步骤(2)中所述阻聚剂为对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚或2,5- 二叔丁基对苯二酚,所述阻聚剂的质量为所述细菌纤维素和不饱和羧酸总质量的0.1%~0.2%。
[0044]步骤(2)中所述催化剂为高氯酸或对甲苯磺酸,所述催化剂的添加体积为所述混合溶液体积的0.1%~0.2%。
[0045]在加入所述催化剂时,在所述混合溶液中加入一定量的甲苯。
[0046]为了促进酯化反应的进行,步骤(2)中在酯化反应过程中还加入酯化剂,所述酯化剂为甲基丙烯酸酐,所述酯化剂的质量为所述细菌纤维素质量的I~4倍。酯化剂的活性较羧酸大,促进空间位阻较大的细菌纤维素上羟基的酯化反应。
[0047]步骤(2)的纯化方法为将含有不饱和键的酯化细菌纤维素取出,然后依次用甲醇和去离子水漂洗干净后,冷冻干燥,得到干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素。
[0048]步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体和所述含有不饱和键的酯化细菌纤维素发生加成反应得到不饱和季铵盐单体修饰的酯化细菌纤维素,所述不饱和季铵盐单体修饰的酯化细菌纤维素在所述引发剂的作用下发生聚合反应,得到季铵盐聚合物修饰的酯化细菌纤维素即抗菌细菌纤维素。
[0049]步骤(3)中将所述干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素用去离子水浸泡I~2h。
[0050]步骤(3)中将所述干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素按固液比为0.04g/mL~0.06g/mL在去离子水中浸泡I~2h。
[0051]步骤(3)中所述惰性氛围为氮气或氩气氛围。
[0052]步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体为含有不饱和键的季铵盐,优选地,所述不饱和季铵盐单体可以为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或烯丙基三甲基氯化铵,但不限于这几种。
[0053]步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体的摩尔量为所述含有不饱和键的酯化纤维素中葡萄糖单体摩尔量的I~3倍。
[0054]细菌纤维素为由葡萄糖单体以β_1,4糖苷键组成的大分子多糖,细菌纤维素每个葡萄糖单体上连接有三个羟基,通过酯化反应在葡萄糖单体上的羟基处引入不饱和键,然后通过加成反应,在原不饱和双键位置部分或全部引入不饱和季铵盐单体。
[0055]步骤(3)中所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
[0056]步骤(3)中所述引发剂为过硫酸铵(MM)2S2O8,在使用过硫酸铵作为引发剂的时候加入亚硫酸氢钠(NaHSO3)构成氧化还原引发体系,从而使聚合反应的活化能大大降低,所述过硫酸铵和所述亚硫酸氢钠的质量为所述含有不饱和键的酯化细菌纤维素和不饱和季铵盐单体质量之和的0.05%~0.2%。
[0057]所述过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1。
[0058]步骤(3)中的纯化方法为将含有季铵盐聚合物修饰的细菌纤维素取出,用甲醇洗涤三次后再用去离子水洗净,冷冻干燥后保存。
[0059]本发明通过细菌纤维素和不饱和羧酸的酯化反应在细菌纤维素分子上引入不饱和键,然后通过加成反应,不饱和键发生断裂,在原不饱和双键位置引入不饱和季铵盐单体,然后在引发剂的作用下,在酯化纤维素分子上引入的不饱和季铵盐单体发生聚合反应得到季铵盐聚合物。
[0060]季铵盐类抗菌剂已经发展到第六代一季铵盐高分子抗菌剂,因其具有更高的电荷密度,相比小分子化合物抗菌能力更强。高分子抗菌剂除抗菌性能好之外,还有化学稳定性高,残余毒性低,容易加工,抗菌效果持久,环境污染小,且在低的蒸汽压下不挥发,不会渗透进入人的皮肤等优点,因此在许多应用领域已逐步替代传统的小分子抗菌剂。
[0061]为了在细菌纤维素分子上引入季铵盐抗菌基团,本发明选择既含有季铵盐基团又含有可反应的不饱和键的不饱和季铵盐单体一甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或烯丙基三甲基氯化铵,通过细菌纤维素与不饱和羧酸的酯化反应在细菌纤维素分子上引入不饱和键,这样既引入了可反应的不饱和键,又降低了纤维素的空间位阻,使其更容易发生加成反应引入季铵盐官能团。
[0062]本发明通过将季铵盐聚合物共价结合在细菌纤维素表面上,使抗菌基团集中在细菌纤维素表面且浓度高,抗菌基团和细菌纤维素结合力强,不易脱落,可达到高效持久的杀囷效果。[0063]跟小分子抗菌剂相比,本发明制得的抗菌细菌纤维素的抗菌性有大幅度提高,主要是因为季铵盐聚合物与细菌纤维素相结合后,季铵盐聚合物正电荷的密度提高,与细菌细胞膜的结合力更强,从而实现更好的杀菌效果。
[0064]由于细菌纤维素具有类似皮肤的三维网状结构和机械性能,具有良好的亲和性和细胞相容性,且细菌纤维素携带足够的水分,能够给受损的皮肤提供良好的生长环境,促进受损的皮肤伤口愈合。
[0065]本发明利用细菌纤维素上大量存在的羟基官能团,通过表面改性引入季铵盐抗菌基团,不破坏细菌纤维素膜的三维网状结构,维持其水合胶的形态,有利于维持其持水保水能力,发挥其促进伤口愈合的功效,同时季铵盐抗菌基团通过共价键连接在细菌纤维素上化学稳定性高,抗菌效果持久,且抗菌剂不会渗透进入人体,安全性好。
[0066]本发明制备方法反应条件温和,试剂水溶,易于将多余的试剂从材料上分离出去。
[0067]第二方面,本发明一种抗菌细菌纤维素,所述抗菌细菌纤维素通过本发明第一方面提供的制备方法制得。
[0068]本发明利用细菌纤维素上大量存在的羟基官能团,通过表面改性引入季铵盐抗菌基团,不破坏细菌纤维素膜的结构,维持其水合胶的形态,发挥其促进伤口愈合的功效,制得的抗菌细菌纤维素抗菌效果持久、高效、安全性好。
[0069]以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
[0070]实施例1:
[0071](I)将ImL木醋杆菌接种到IOOmL培养液中,30°C静态培养直到获得厚度为5mm的细菌纤维素膜,将细菌纤维素膜置于浓度为0.lmol/L的氢氧化钠溶液中在80°C下振荡破碎细胞30分钟,反复三次后,使用去离子水洗去破碎的细胞和氢氧化钠,直到细菌纤维素膜表面PH为中性,蒸汽灭菌后,冷冻干燥备用;所述培养液的成分为:0.lg/mL葡糖糖,0.03g/mL 蛋白胨,0.02g/mL酵母粉,0.01g/mL磷酸氢二钠,0.005g/mL硫酸镁,0.005g/mL硫酸铵,0.005mL/mL玉米糖浆提取液;
[0072](2)取步骤(1)得到的细菌纤维素膜0.5g,置于20mL甲基丙烯酸中浸泡2h,加入质量为细菌纤维素膜质量和甲基丙烯酸总质量0.1%的阻聚剂对苯二酚,得到混合溶液,在混合溶液中加入25mL甲苯和0.1mL质量浓度为60%的高氯酸溶液,轻轻搅拌使混匀,再滴加2mL甲基丙烯酸酐,甲基丙烯酸酐的质量为细菌纤维素质量的4倍,边加入边搅拌,室温静置lh,细菌纤维素中的羟基和甲基丙烯酸中的羧基发生酯化反应得到含有双键的酯化细菌纤维素溶液,将含有双键的酯化细菌纤维素取出依次用甲醇和去离子水漂洗干净后,冷冻干燥,得到干燥的含有双键的酯化细菌纤维素;图1为细菌纤维素和本实施例制得的含有双键的酯化细菌纤维素的红外光谱图,其中,B为未进行酯化反应的细菌纤维素的红外光谱图,C为本实施例制得的含有双键的酯化细菌纤维素红外光谱图,从图1中可以看出,C中细菌纤维素在3350.34cm-1处的-OH基伸缩振动峰发生明显的衰减,表明反应过程中消耗了 -OH基团。C中在1725.0lcnT1处出现了尖锐的强吸收峰,判断为酯羰基伸缩振动的特征吸收峰。C中在1649.78CHT1处为C=C双键的特征吸收峰,这说明细菌纤维素羟基与甲基丙烯酸的羧基发生了酯化反应,并且在细菌纤维素中引入了双键。
[0073]酯化反应方程式为:
[0074]
【权利要求】
1.一种抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)提供细菌纤维素; (2)将所述细菌纤维素置于不饱和羧酸中浸泡,然后加入阻聚剂,得到混合溶液,在所述混合溶液中加入催化剂,在室温下进行酯化反应I~4h,得到含有不饱和键的酯化细菌纤维素溶液,纯化后得到干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素; (3)将所述干燥的含有不饱和键的酯化细菌纤维素用去离子水浸泡后,在惰性氛围下,加入不饱和季铵盐单体和引发剂得到反应液,所述反应液在50°C~60°C下进行加成反应和聚合反应2h~4h,得到季铵盐聚合物修饰的酯化细菌纤维素即抗菌细菌纤维素,所述季铵盐聚合物的一端通过共价键和酯化细菌纤维素相连。
2.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(1)中细菌纤维素的聚合度为10000~16000。
3.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述阻聚剂为对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚或2,5- 二叔丁基对苯二酚,所述阻聚剂的质量为所述细菌纤维素和不饱和羧酸总质量的0.1%~0.2%。
4.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。
5.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述催化剂为高氯酸或对甲苯磺酸,所述催化剂的添加体积为所述混合溶液体积的0.1%~0.2%。
6.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(2)中在酯化反应过程中还加入酯化剂,所述酯化剂为甲基丙烯酸酐,所述酯化剂的质量为所述细菌纤维素质量的I~4倍。`
7.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或烯丙基三甲基氯化铵。
8.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述不饱和季铵盐单体的摩尔量为所述含有不饱和键的酯化纤维素中葡萄糖单体摩尔量的I~3倍。
9.如权利要求1所述的抗菌细菌纤维素的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
10.一种抗菌细菌纤维素,其特征在于,所述抗菌细菌纤维素为按照权利要求1~9任一项所述的制备方法制得。
【文档编号】A61L27/60GK103724568SQ201310751956
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王金慧, 周阳, 胡阳, 周新, 朱勇军, 潘浩波 申请人:深圳先进技术研究院
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1