一种具黏附功能的抗菌微纳颗粒及其制备方法和应用与流程

本发明属于抗菌材料领域，涉及一种具黏附功能的抗菌微纳颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

改善生物材料表面的抗菌性十分重要，因为在生物材料的植入过程中常常会引起细菌感染，这对人们的健康造成了严重危害。改善生物材料抗菌性的策略有许多，通常通过研究细菌引起感染的过程来构建抗菌策略。costerton等研究发现，细菌首先黏附于材料表面，然后通过分泌信号分子引来同类细菌聚集，当信号分子的浓度增加到一定水平时，细菌细胞被诱导而分泌出构成细胞外基质的蛋白成分，直至最终形成生物膜。随后，生物膜逐渐成熟，形成空腔而释放出浮游细菌，引发新过程，形成感染。生物膜的形成为细菌提供了一个保护层，使膜内细菌能保持细胞活性，而膜外的抗菌物质无法与之接触，导致生物膜内的细菌对抗菌剂和人体免疫系统的抵抗能力大大增强，因而成为与生物材料有关的细菌感染难治愈的罪魁祸首。因此，防止生物材料表面形成细菌生物膜成为改善生物材料抗菌性能的关键，而生物膜形成的第一步是细菌在材料表面的黏附，所以防止细菌在材料表面黏附可以有效抑制细菌感染。通过改变生物材料本体或表面的亲疏水性可以有效抑制细菌粘附，主要的材料有聚乙二醇、两性离子聚合物等，通过在材料表面形成水合层而抑制细菌黏附。由于极少量细菌的黏附就能迅速引起生物膜的形成，所以更常用的策略是在材料表面接枝抗菌基团或在材料中载入抗菌物质，能迅速杀死黏附在材料表面和材料周围的大量细菌，防止感染的发生。大量研究表明，带有正电荷的基团能赋予材料很好的抗菌性，如表面富含氨基的亚精胺量子点、氨基改性纤维素等。常用的抗菌物质包括无机类银、二氧化锌等，有机合成类季铵盐、卤胺等，以及天然类壳聚糖、抗菌肽、丁香酚等。其中，丁香酚是从植物丁香中提取得到的一种天然抗菌剂，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有优异的抗菌性。相比于季铵盐、壳聚糖等研究历史较长的抗菌剂，关于丁香酚的研究较少，所以有必要进行深入研究。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种，为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的有益效果在于：以多巴胺甲基丙烯酰胺(dma)为单体，引入丁香酚甲基丙烯酸酯(ema)做为第二单体制备了dma和ema的共聚微纳颗粒(p(dma-co-ema))，该微纳颗粒具有普适黏附性能，并且该微纳颗粒可以作为抗菌涂层用于改善生物材料的抗菌性，达到有效黏附和长效抗菌的效果，尤其是对革兰氏阴性菌有着优异的抗菌效果。这对控制细菌感染，改善人们生活具有重要意义。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为p(dma-co-ema)共聚物的合成路线图。

图2为不同ema/dma比例时p(dma-co-ema)的sem图像。

图3为p(dma-co-ema)黏附效果图。

图4为p(dma-co-ema)抗菌效果图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，将单体多巴胺甲基丙烯酰胺和单体丁香酚甲基丙烯酸酯，在引发剂偶氮二异丁腈的引发下，在乙醇/水的混合溶液体系中反应制备得到具黏附功能的抗菌微纳颗粒。

实施例1

1、多巴胺甲基丙烯酰胺(dma)的合成

称取10g硼酸钠、4g碳酸钠溶于100ml去离子水加入250ml三口烧瓶中，搅拌溶解，硼酸钠和碳酸钠过饱和。氮气鼓泡20min将溶液中的氧除尽，加入5g多巴胺盐酸盐继续搅拌至溶解。将4.7ml甲基丙烯酸酐溶于25ml四氢呋喃后缓慢滴加入三口烧瓶，滴加完后用1m氢氧化钠调节ph至8以上，以保护多巴胺的酚羟基。室温搅拌通气反应14h，所得产物为白色悬浮液。后处理如下：将反应产物抽滤滤掉多余的盐，然后用6m盐调节ph至2，接着用50ml乙酸乙酯萃取3次得黄色有机层，无水硫酸镁干燥后过滤得澄清有机层，旋蒸至25ml左右，搅拌下缓慢滴加入250ml正己烷，得灰色悬浮液，放4℃冰箱冷藏结晶。隔日过滤，自然晾干，产物为灰色粉末，收集产物密封冷藏备用。

2、丁香酚甲基丙烯酸酯(ema)的合成

称取6.56g丁香酚和4.04g三乙胺溶于100ml乙醚加入250ml三口烧瓶中，氮气鼓泡20min除氧。冰浴下，将4.7g甲基丙烯酰氯溶于25ml乙醚后缓慢滴加入反应瓶。室温搅拌通气反应48h，反应所得产物为黄色悬浮液。后处理如下：反应液过滤除掉三乙胺盐酸盐，然后分别用5％氢氧化钠溶液和去离子水各洗涤3次，无水硫酸镁干燥，旋蒸得产物，产物为黄色液体。

3、dma和ema共聚物p(dma-co-ema)的合成

固定dma与ema的总量为0.1mol/l，溶剂为乙醇/水体积比1/9混合溶剂共10ml。称取适量dma与ema于10ml聚合管，抽气除氧20min，封口。称取0.0033gaibn溶于10ml乙醇，通气20min后取1ml引发剂溶液在氮气保护下加入聚合管，待反应物完全溶解后，继续在氮气保护下向聚合管中加入9ml已通气20min的去离子水，混合均匀，70℃下避光静置反应8h。后处理如下：将反应产物在盛有40ml去离子水的50ml离心管中沉淀，分多次离心，去除上清液，沉积物冷冻干燥24h，最终产物为白色粉末。为了探究ema/dma比例对反应的影响，设计了一系列实验，具体实验设计如表1。

表1不同ema/dma比例时单体和引发剂的用量

从图2中可以看出，随着第二单体ema的增加，聚合物粒子的产率和粒径逐渐增加，并且其形貌有显著变化。加入第二单体ema后，共聚物p(dma-co-ema)的尺寸明显比dma均聚物pdma的尺寸小。这是因为，与dma的沉淀聚合相比，ema疏水性更强，使得dma和ema的共聚物在体系中的溶解度比dma均聚物低，在较短时间内即可形成大量的初级稳定核，初级稳定核数目的增加必然会导致最终微粒的粒径减小。图2分别显示了ema/dma用量比为n/n：＝3/7、5/5和7/3时聚合物颗粒的sem图像。显然，ema加入量较少时对聚合物粒子形貌影响不大，图a-b体系下球型均较规整，且随着ema的增加，粒子尺寸稍微减小。当ema继续增加时，会逐渐影响聚合物粒子的规整性(如图2c所示)，推测是因为聚合物粒子的疏水性增加，使得大量聚合物粒子聚集。同时，实验发现当ema继续增加到ema/dma比例为10/0(v/v)时，已不能得到聚合物粒子而生成块状物。综上，在单体比例ema/dma＝5/5(n/n)时，可以获得形貌规整的聚合物微球。

实施例2

固定dma与ema的总量为0.15mol/l，溶剂为乙醇/水体积比5/5混合溶剂共10ml。称取适量dma与ema于10ml聚合管，抽气除氧20min，封口。称取0.00656gaibn溶于10ml乙醇，通气20min后取1ml引发剂溶液在氮气保护下加入聚合管，待反应物完全溶解后，继续在氮气保护下向聚合管中加入9ml已通气20min的去离子水，混合均匀，80℃下避光静置反应10h。后处理如下：将反应产物在盛有40ml去离子水的50ml离心管中沉淀，分多次离心，去除上清液，沉积物冷冻干燥24h，最终产物为白色粉末。

实施例3

固定dma与ema的总量为0.08mol/l，溶剂为乙醇/水体积比1/10混合溶剂共10ml。称取适量dma与ema于10ml聚合管，抽气除氧20min，封口。称取0.00495gaibn溶于10ml乙醇，通气20min后取1ml引发剂溶液在氮气保护下加入聚合管，待反应物完全溶解后，继续在氮气保护下向聚合管中加入9ml已通气20min的去离子水，混合均匀，75℃下避光静置反应6h。后处理如下：将反应产物在盛有40ml去离子水的50ml离心管中沉淀，分多次离心，去除上清液，沉积物冷冻干燥24h，最终产物为白色粉末。

实施例4黏附性能测试

将钛片裁剪成1.5cm×1.5cm的规格，用去离子水、无水乙醇、丙酮各超声10min以清洗钛片表面，用氮气吹干备用。称取实施例1中r3方案得到的聚合物颗粒20mg分散于10ml乙醇中，将洗净的钛片分别放入各悬浮液，常温搅拌24h，干净钛片做空白对照。用去离子水和乙醇分别冲洗钛片，氮气吹干，通过扫描电镜观察钛片表面形貌，聚合物颗粒是否粘附在钛片上。

图3分别显示了纯钛片表面的sem图像和黏附了p(dma-co-ema)的钛片的表面sem图像(图b微观，图c宏观)。由图可见，纯钛片表面平整干净(如图3a所示)。而与之相比，表面黏附有p(dma-co-ema)的钛片表面(如图3b所示)，可以明显看出聚合物颗粒，说明聚合物颗粒成功黏附到钛片表面，并且保持球型。

实施例5抗菌性能测试

通过测定最低抑菌浓度(mic)来评价p(dma-co-ema)的抗菌性能，选用革兰氏阴性菌大肠杆菌(e.coli)为实验菌种。实验以大肠杆菌为实验菌种进行了最低抑菌浓度的实验，实验结果如图4所示。从图4中可以看出，a-f分别显示了p(dma-co-ema)的浓度分别为40，20，10，5，2.5，0mg/ml时抗菌实验结果，由图可知，与对照组f相比，p(dma-co-ema)对大肠杆菌有很好的抗菌效果，并且随着p(dma-co-ema)浓度的增加，抑菌效果增强。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。