形成非析出性持续抗微生物聚合组合物的抗微生物纳米颗粒添加剂的制作方法

专利名称：：形成非析出性持续抗微生物聚合组合物的抗微生物纳米颗粒添加剂的制作方法
技术领域：
：本发明涉及抗微生物活性颗粒、含有该颗粒的基质、用于制备该颗粒的聚合物、制备该颗粒的方法和制备该基质的方法。
背景技术：
：一直以来，抗微生物性表面都是一个较大的挑战，在医药领域尤其如此，因为微生物倾向于在由各种材料制成的植入装置，特别是聚合物上聚集并繁殖。例如由于细菌的聚集，留置导管在应用不长时间后经常需要被拆下。对于诸如人工髋部等矫形植入物，细菌的聚集可能在植入后很短时间或几个月内导致严重的感染，继而必须拆掉植入物，并为了在再次植入前需要使用高剂量的抗菌剂进行康复。导尿管也可能会因细菌沿导管移动而导致膀胱感染。此外，牙科修复材料也容易聚集细菌，使得修复材料恶化，并令其邻近的软组织和硬组织，包括齿龈和牙质发生感染。有大量报道描述了将抗菌剂加入到材料屮以便抑制细菌生长的实验。然而却发现，这些材料的抗菌活性取决于抗菌剂以不同释放速率向周围环境的释放。Homola等在美国专利第5，980，868号中描述了与单层脂肪酸分子反应的PEI牙用涂层，所述脂肪酸通过其羧基与PEI层结合。据报道，该发明的材料可以通过使用包括牙线、洁牙带、拭子和棒状物等牙禾斗用敷涂器施加到牙齿表面。已公开的PCT申请WO93/20775介绍了含有由聚乙烯亚胺涂覆的聚氟乙烯颗粒的牙用涂层材料。据报道，聚阳离子由于可以与细菌细胞膜相互作用并对其进行破坏，因而具有抗菌性质。为了实现这一目标，开发了大量具有抗菌性质的聚合物，其中包括和表面涂层相关的可溶和不可溶吡啶錄型聚合物、可用于防止细菌附着在医疗装置上的叠氮化(azidated)聚氯乙烯、可以对聚氨酯表面进行改性并能防止细菌在初期附着在生物材料表面上的PEG聚合物，以及具有抗细菌和抗真菌活性的壳聚糖-聚乙烯亚胺。有大量公开文献证实了具有季铵基团的阳离子型聚合物作为抗微生物化合物的应用。例如，授予Godfroid的美国专利第6，559，116号中披露了用于清洁硬表面的包含阳离子抗微生物活性成分的抗微生物组合物，其中所述阳离子抗微生物活性成分包括垸基三甲基铵卤化物和诸如聚乙烯亚胺等含氮聚合物。Lin等(LinJ，QiuS，LewisK，KlibanovM.Bacterialpropertiesofflatsurfacesandnanoparticlesderivatizedwithalkylatedpolyethylenimines.BiotechnolProg2002;18:1082-1086)确定了由N-烷基化聚乙烯亚胺(PEI)共价涂覆的表面可以有效地抵抗某些空气传播或水传播的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。含有NH2基并衍生自烷基化聚乙烯亚胺的磁铁矿(Magnetoferic)(Fe304)纳米颗粒也具有抗菡性质。抗菌活性取决于共轭物的分子量。例如，结果显示例如2kDa和0.8kDa的N-烷基化PEI具有微弱的杀菌活性。另一方面，利用750kDa-25IdDa的N-垸基化PEI，可以获得高活性的聚阳离子型试剂。抗菌作用据推测是由于细菌带负电的细胞表面吸附了带正电的聚合物造成的。该过程据认为是细胞渗透性升高和细胞膜破坏的原因。(KawabataN,NishiguchiM.Antibacterialactivityofsolublepyridinium-typepolymers.ApplEnvironMicrobiol1988;54:2532-2535)授予Imazato等的美国专利第5，733，949号、5,408,022号和5,494,987号中披露了包含三种具有带微生物活性的基团、羧酸基的可聚合乙烯基单体和具有羟基的单体的组合物。由于羧酸和羟基具有能够渗透到细菌细胞中的性质，所述组合物可以具有有效的微生物活性。根据这些专利，活性将在活性化合物向环境析出--个月后下降。Imazato等(J.Dentisty28.2000，61-67)披露了使用12-甲基丙烯酰氧十二垸基吡啶鎗溴化物(MDPB)作为丙烯酸酯牙科用涂底剂中的单体。研究过程中发现，所述单体对于人类牙髓细胞不具有细胞毒性。在另一篇文献中(Eur.J.OralSci.110，2002,168-174)，Imazato报道了三种牙质粘合剂的应用，所述牙质粘合剂中含有MDPB，其用于治疗人工牙根龋损坏的细菌感染，并且发现当其作为单体加入粘合组合物中时是有效的。而在另一篇文献中(Biomaterials,24.2003,3605-9)，报道了经研磨的聚合MDPB具有强烈的抗变形链球菌(S.活性。研究中还发现，从经研磨的聚合MDPB中会析出未聚合的单体。授予New等的美国专利第5,798,117号中披露了具有磷脂酰胆碱(0-POO-CH2-CH2-N-R3)衍生物的表面能够作为抗微生物表面。相似地，美国专利第6,562,330号披露了某些基于两性离子官能团，如磷脂酰胆碱(0-POO-CH2-CH2-N-R3)衍生物、氨基酸衍生物等的抗微生物材料的组合物。
发明内容现在，已经令人惊讶地发现，含有取代有季铵基团的阳离子型聚合物的纳米颗粒显示出广谱抗微生物活性，例如当其与表面接触时会显示抗细菌和抗真菌活性，否则所述表面则会自然地出现该微生物的生长。因此，这种抗微生物活性可以防止例如生物膜形成。此外，还确定了这些纳米颗粒随时间的流逝仍会保持很高的抗微生物性质，而不会发生析出，并且不会改变宿主基质的性质。本发明的一个方面提供了包含至少一种脂肪族聚合物的颗粒，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，并且所述颗粒具有至少一种下述特征，或者具有下述特征的组合1.所述抗微生物活性季铵基团的表面密度至少为1个抗微生物活性季铵基团/nm2;2.所述抗微生物活性季铵基团的量占所述聚合物中胺基量的至少腦；3.所述抗微生物活性季铵基团包含-个与氮原子相连的长烷基。在一个实施方案中，所述颗粒包含至少-个脂肪族聚合物，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，所述抗微生物活性季铵基团包含一个与氮原子相连的长烷基。优选地，所述颗粒具有至少1个抗微生物活性季铵基团/nmZ的表面密度。在另一个实施方案中，所述颗粒具有至少1个抗微生物活性季铵基团/ni^的表面密度。优选地，所述颗粒包含至少一种脂肪族聚合物，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，所述抗微生物活性季铵基团包含一个与氮原子相连的长烷基。在又一个实施方案中，所述颗粒包含至少一种脂肪族聚合物，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，并且戶万述颗粒具有至少1个抗微生物活性季铵基团/nn^的表面密度，所述抗微生物活性季铵基团包含一个与氮原子相连的长烷基。所述至少一种脂肪族聚合物选自聚乙烯亚胺(PEI)、聚乙烯胺(PVA)、聚烯丙胺(PAA)、聚丙烯酸氯基乙酯、氨甲基化苯乙烯聚合物、具有悬挂(pending)的烷基-氨基的多肽、和壳聚糖。脂肪族聚合物优选为交联聚合物。交联度可以为1%20%。本发明的颗粒的尺寸可以在10nm10，000nm之间，优选尺寸在30腦150nm之间。在另一个实施方案中，制造本发明的颗粒的聚合物中至少有10%的胺基是所述抗微生物活性季铵基团。本发明的颗粒还可以包含能够与主体聚合物或与其单体反应的官能团，以便能使颗粒化学结合在主体聚合物上。根据本发明的颗粒可以包埋在液体或固体介质中。所述介质优选为聚合物基质。根据本发明的另一个方面，提供了含有包埋了本发明的颗粒的聚合物主体的聚合物基质。本发明的颗粒优选均匀分布在基质的外表面上，其表面浓度为约1约100个颗粒/拜2。在--个优选实施方案中，本发明的聚合物基质在所述基质每^11112的外表面上平均具有至少一个活性部分，该活性部分的尺寸兮:少为100rnn2，所述活性部分的表面浓度至少为1个抗微生物活性季铵/nm2。优选地，本发明的聚合物颗粒化学结合在聚合物基质上。本发明的另一个方面提供了通过使例如细菌、寄生虫、真菌或病毒等生物物种与本发明的聚合物基质相接触而抑制，例如消灭所述生物物种的方法。本发明中使用的聚合物是具有含有氮原子的季铵基团的聚合物，其中所述氮原子仅有一个键与所述聚合物相连，三个键与非聚合物基W相连，非聚合物基团中有一个是具有大于或等于4个碳原子的烷基链。在一个优选实施方案中，至少90%的所述季铵基团具有抗微生物活性，不是所述具有大于或等于4个碳原子的烷基的-个或多个非聚合物基团是具有小于或等于3个碳原子的短烷基，例如甲基。这种聚合物可以通过下述方法获得(a)提供一种具有伯胺基团的聚合物，(b)使用包含至少4个碳原子的烷基选择性地取代每个伯胺上的一个氢原子，(c)使用具有l、2或3个碳原子的短烷基取代其它胺基氢原子(如果存在)。所得聚合物以及通过任意其它合成或商业途径获得的本发明的^:-何其它脂肪族聚合物可以包埋在4:体中，由此提供聚合物基质。制^该基质的方法包括向主体聚合物中加入表面活性化合物和根据本发明的颗粒，并将它们混合，以获得均质的聚合物基质。在该方法中可以使用增容剂。本发明的详细说明纳米颗粒聚合物颗粒具有连续并均质的内部和外部。根据本发明的颗粒的内部和外部基本由相同的化合物制成，由于这两部分是连续并且彼此结为一体的，因此内部与外部不能分离。本发明的聚合物颗粒的尺寸为10nm10，000nm。优选尺寸小于1,000nm的颗粒，最优选尺寸至多150nm的颗粒。还优选尺寸大于30nm的颗粒。当颗粒为球形时，给出的颗粒尺寸为其直径，当颗粒非球形时,给出的颗粒尺寸为等效值。等效值可以是颗粒主轴的平均长度，或者是颗粒体积的立方根。优选所述脂肪族聚合物为交联聚合物。有机合成和聚合物科学领域的技术人员知道，可以使用本领域内本身己知的各种试剂和反应来实现交联。例如，可以通过使用诸如二溴乙垸、二溴环己垸或二溴甲苯等二卤代烷来烷基化聚合物链而实现交联。作为另外一种选择，可以采取通过还原胺化进行的交联。在该方法中，将具有伯胺的聚胺与二酮或与链烷二醛反应，形成亚胺交联剂，所述亚胺交联剂随后进一步氢化成相应的胺。可以使该胺发生进一步反应，以生成具有有效抗微生物作用的季铵基团。在该方法中，可以使用三卤代烷或多卤代烷，或者聚醛或聚酮来代替二卤代烷或二醛。根据另外一种选择，通过使用二羧酸或多羧酸进行酰胺化可以实现交联。作为又一种选择，可以将交联剂加入聚合混合物中，由单体制备交联的聚胺。例如，可以通过在低百分比的作为交联剂的二氮丙啶的存在下聚合氮丙啶来制备交联聚乙烯亚胺(PEI)。应该注意，各种聚合链的组合物会提供一定范围的性质，这些性质本身可能是各种聚合物性质的叠加，但是更可能提供预料不到的协同性质。这种混合的聚胺纳米颗粒的实例包括脂肪族聚胺和芳香族聚胺如聚乙烯亚胺和聚(4-乙烯基吡啶)通过二卣代烷的交联；聚乙烯亚胺和聚乙烯胺；线性短链和支化高分子量聚乙烯亚胺的混合物；在聚胺骨架内聚胺的相互穿插的组合物，如包埋在交联聚乙烯吡啶纳米颗粒内的聚乙烯亚胺，或甚至在诸如聚苯乙烯纳米颗粒等低密非胺骨架中的聚胺。换言之，为形成纳米颗粒而使用的聚胺的组合，无论其通过化学交联或物理交联(相互穿插的网络)，均可以提供具有不同性质(诸如更容易杀灭某种细菌而非另一种类型细菌)的结构。实际上，这些性质可以叠加或协同。优选的交联度为1%20%，当交联度为约2%约5%时是优选的。交联可以防止聚合物展开，以及防止形成颗粒的各种聚合链发生分离。可用于制备根据本发明的颗粒的优选聚合物是具有由30个单体单元构成的链的那些聚合物，优选是具有由100个单体单元构成的链的那些聚合物，其中所述单体单元可以通过使用少于10%的交联剂而交联。聚合物越长，为提供不溶性纳米颗粒所需的交联键的数量越少。4需耍少量交联以形成不溶性纳米颗粒时，优选支化聚合物以进行交联。本发明范围内所使用的"脂肪族聚合物"是指由非吡啶单体制备的聚合物，所述非吡啶单体可以取代有各种侧基，所述侧基包括(但不限于)具有吡啶侧基的芳香族侧基。可以包括在根据本发明的颗粒中的脂肪族聚合物还可以包含氮原子(和其它杂原子)作为聚合骨架的一部分。脂肪族聚合物的非限制性实例有聚乙烯亚胺(PE1)、聚乙烯胺(PVA)、聚烯丙胺(PAA)、聚丙烯酸氨基乙酯、氨甲基苯乙烯聚合物、具有悬挂的烷基-氨基的多肽、和壳聚糖。术语"季铵基团"是指含有与四个烷基相连的氮原子的原了-基团，其中各烷基通过碳原子连接在氮上。任何数量的烷基(0、1、2、3或4)都可以作为聚合骨架的-部分(或多个部分)。术语"长烷基"或链是指取代在季铵基团的氮原子上的具有410个碳原子的烷基或链。该术语还包括具有410个碳原子并且折叠成环结构的垸基或链，其中连接点或闭环处为季铵基团的氮原子。"短烷基"或链具有13个碳原子。优选地，所述铵基化学结合在脂肪族聚合物上，即，所述铵基通过共价键连接在所述聚合物上。本发明的聚合物颗粒还可以包括不具有抗微生物活性的季铵基团，例如，所述季铵基团为不具有长烷基或具有一个以上长烷基的基团u然而，抗微生物活性基团越多，聚合物就越优选，根据本发明的颗粒由每个聚合链上具有至少--个这种基团的聚合物制成。由于季铵基团带有正电，因此应该使用阴离子平衡其电荷。优选地，在根据本发明的颗粒中，该阴离子为卤化物，例如氟化物、氯化物、溴化物或碘化物，并且氟化物是最优选的。其它可用的阴离子包括但不限于氢硼化物、重碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、富马酸盐、琥珀酸盐和硫酸盐。在一个优选实施方案中，每ni^颗粒表面上包含至少1个抗微生物活性季铵基团。在每lnir^由这种交联PEI制成的颗粒上，活性季铵基团的计算密度约为16。如果将所有亚胺基都烷基化，从而使其具有抗微生物活性，则将获得约为16个季铵基团/ni^的密度。当使用交联PEI时，至少1个抗微生物活性季铵基团/nm2的要求需要将至少约5%10%的亚胺垸基化，使其成为抗微生物活性铵基。在一个优选实施方案中，根据本发明的聚合物颗粒具有能够与主体聚合物或与其单体反应的官能团。设计这种官能团以使颗粒能够与宿主基质化学结合。包埋在主体基质中的纳米颗粒根据本发明的另一个方面，提供了一种聚合物基质，所述聚合物基质包含包埋了根据本发明第--方面的聚合物颗粒的聚合物主体。可以作为主体的物质的非限制性实例有陶瓷、由聚合材料和无机同体的混合物制成的水泥、挤压成实心物品的植物粉末和颗粒，以及有机和无机胶剂。其它物质可以选自金属涂层和其它固体、半固体或凝胶状材料。在优选实施方案中，根据本发明的颗粒均匀分布在所述基质的外表面上，其表面浓度为约1约100个颗粒/Min2。不在外表面上的颗粒的分布，即其主体浓度可以与外表面上的浓度相似。一般说来，颗粒的全部表面优选至多占基质表面的大约20%，优选占基质表面的1%15%，更优选占1%5%，最优选占大约1。％3%。有助于构建根据本发明的优选的基质材料的其它原则有在每lpm2基质外表面上，平均至少具有--个部分满足表而浓度为1个抗微生物活性季胺/nm2，并且该部分的尺寸至少为lOOnm2。聚合物颗粒可以被物理捕获基质内，也可以化学结合在基质上，或二者均可。当颗粒化学结合在聚合物主体上时，所述颗粒具有能够与主体聚合物或与其单体反应的官能团。根据一个优选实施方案，根据本发明的聚合物基质具有与聚合物主体的光学特性相当的光学特性。这是通过使用尺寸足够小的颗粒，通常使用尺寸小于光波波长的颗粒而获得的，其中光学特性应当与基质中和主体中相同。为此目的，优选使用尺寸至多为300nm的颗粒。如果基质和主体的折射率(n)相似，误差至多在10%以内，优选至多在5%以内，和/或二者吸光系数(p)相似，误差至多在10%以内，优选至多在5%以内，则称此二者的光学特性相当，上述所有情况均在给定波长范围内，优选在为400nm700nm的可见光范围内。在一个优选实施方案中，根据本发明的基质还包含强还原剂或强氧化剂(下文统称为氧化还原剂)，例如硼-氢化物和碘等。氧化还原剂的存在赋予了短期、极强的抗菌作用，而长期作用则通过聚合物颗粒的抗微生物活性季铵基团来实现。抑制生物物种的方法根据本发明的另一个方面，提供了通过使下式生物物种与根据本发明的聚合物基质相接触来抑制诸如细菌、寄生虫、真菌、酵母菌、原生动物和病毒等"生物物种"的方法。术语"抑制"用于表示破坏(即消灭)物种的至少95%，优选物种的99%，最优选99.99%;降低所述生物物种的生长速度；降低所述生物物种群休的规模；防止所述物种的生长；对该物种造成不可恢复的损害；破坏所述生物物种的生物膜诱导对于部分或所有存在的生物膜的短期或长期损害；防止该生物膜的形成诱导生物膜管理；或者带来任何其它类型的后果，所述后果会影响到该群体或生物膜，并对它们施加即时或长期的损害(部分或全部)。术语"群体"是指特定物种的至少两个成员的团体或其组合。然而，应该注意，此定义无意于反映本发明的颗粒处理该群体的单个成员的能力。术语"生物膜"是指附着在固体表面上的生物物种的群休。生物脱群体可以包括细菌、真菌、酵母菌、原生动物和其它微生物。在--个优选实施方案中，所述抑制通过使生物物种与含有至多5重量％，更优选至多1重量％的聚合物颗粒的基质接触而实现。因此可以发现，根据本发明的聚合物基质在很多需要净化或防止生物物种生长的应用场合都可以应用，例如，所述应用场合包括医学人工置换诸如骨、骨接合剂和关节等组织(矫形)、晶状体(眼科学)、血管和支架、人工心脏瓣膜(心脏病学)、人工皮肤、植入物(整形外科学)、子宫内装置(妇科学)、神经外科支路、用于皮下植入物的输尿管涂层胰岛素泵、避孕用具、起搏器、用于静脉内输注的管子和套管、用于透析的管子和套管、外科用导液管、导尿管、气管内管、创面覆盖材料、缝合用线、临时插入血管和泌尿系统屮的所有种类的导管、脑应用中所使用的支路、外科手套、耳检查用尖端、微动气压计末端和医务人员使用的其它元件；在牙科中牙科用粘合剂、牙科修复材料，如用于填充蛀牙孔洞的所有类型的复合类材料、牙根管治疗中用于填充牙根管空间的根管填充材料(粘合剂和填料)、用于临时和最终牙修复或牙置换的材料，包括但不限于镶嵌物、填补物、牙冠、部分托牙(固'定的或可拆卸的)、假牙，和用于各种己知目的的牙科用永久粘合剂和临时粘合剂；医疗和研究实验室用塑料衣物；主要用于乳制品和鲜肉的食品包装；用于防止生物膜生长的船用涂料、浴室用涂料等等。所述抗微生物性质可以保护患者和医务人员，使患者和患者之间或者患者和检验人员之间免于发生交叉感染。进入手术室的药物和物品的自消毒包装也是很有益的。医药领域之外的应用例如包括运动鞋或容易聚集细菌的鞋内部、牙刷和其它任何与人体接触的刷子、宠物笼子以及其它兽医用品等。优选的聚合物根据本发明的另一个方面，提供了适合制备根据本发明的颗粒的脂肪族聚合物。应该指出，在本领域中本来已经知道的其它聚合物也可以用于制备根据本发明的颗粒。本发明的聚合物携带季铵基团，所述季铵基团具有充分的抗微生物活性。优选地，根据本发明的聚合物的季铵基团是仅有--个键与所述聚合物相连的氮原子，换言之，所述季铵基团与聚合骨架相连而不存在于链内，而另外三个键则与非聚合基团相连，准确地说，所述非聚合基团中有一个是至少为C4脂肪族基团并且至多为C18基团，优选至多为C10基团，最优选为C8基团。优选地，与所述氮原子相连的其它非聚合基团为Cw脂肪族基团。所述季铵基团可以直接连接在聚合骨架上(每个聚合链上允许存在--个或两个这种基团)，也可以通过连接物连接在聚合骨架上，所述连接物可以连接在每个单体或一些单体上。根据本发明的聚合物中的季铵基团带有正电荷，优选使用卤化物，最优选使用氟化物使其平衡。在一个优选实施方案中，本发明的聚合物为交联聚合物，从而使其制备颗粒。前文讨论了可用的交联剂和方法，以及可用的反荷离子。葡J錢麯施根据本发明的另一个方面，提供了获得聚合基质的方法，所述聚合基质中含有包埋了根据本发明的聚合物颗粒的聚合物主体，具体是，提供了获得这种基质的方法，其中所述颗粒在主体中的分布是基本均匀的。术语"基本均匀分布"用于指明下述分布，所述分布的特征在于，毎l阿2上的颗粒数的标准差小于或等于每sq.1/4m上的颗粒的平均数。再现性和产品规格需要均匀分布。如果分布不均匀，则产品在不同的区域可能会显示不同的性质。根据本发明的一种方法，将所述颗粒与表面活性化合物一起加入所良影响，但应可使颗粒在主体中均匀分布。可以加入到颗粒中的表面活性化合物的典型量为颗粒的0.1重量0/^约3重量％，优选为1重楚％。该量取决于所述化合物和颗粒、聚合物复合物和加入这些颗粒的方法的性质。对于疏水性聚合组合物，可以使用诸如Span、脂肪酸或脂肪酸-PEG衍生物等疏水性表面活性化合物，，对于亲水性聚合组合物，可以使用泊洛沙姆(Poloxamer)、PEG或TWeen来提髙纳米颗粒在聚合物基质屮的相容性。根据本发明的另一种方法，首先将所述聚合物与增容剂混合，然后再与所述颗粒混合。增容剂的非限制性实例有所述主体聚合物的单体；制备所述颗粒的聚合物的单体和这些单体的低聚物。获得与根据本发明的聚合物颗粒化学结合的聚合物主体的另-种优选方法是在所述聚合物颗粒的存在下聚合主体的单体。制备优选聚合物的方法根据本发明的又一个方面，还提供了获得脂肪族聚合物的方法，所述脂肪族聚合物具有季铵基团，所有所述季铵基团均具有抗微生物活性。所述方法包括使用"_1()烷基选择性取代每个伯胺卜.的-个氮原子；然后使用Cw烷基取代其它胺基氢原子(如果存在)。为了理解本发明并知道在实际中如何实施，现在将参照附阁，仅通过非限制性实例来描述优选的实施方案。其中图1是根据本发明的一个实施方案的颗粒的示意图；图2是在制备根据本发明的一些实施方案的颗粒时可以使用的聚合物的略图；图3是根据本发明的一个实施方案的基质的示意图；图4是根据本发明的一个实施方案的颗粒的艺术性图；图5是根据本发明的-个实施方案的聚合物的略图；图6显示的是加入有1重量XPEI纳米颗粒且被各种烷化剂烷基化的复合树脂样品(相对于对照物-市售复合树脂)所表现出的在抗菌方面的细菌衰亡(decay),其中使用流动性复合物作为阴性对照物。PII样品的字母代码在表l的附注中。图7A和7B显示的是使用长链烷基对PEI纳米结构样品改性一周(阁7A)和改性一个月(图7B)后，PEI纳米结构样品对于变形链球菌的抗微生物稳定性(使用市售可流动性复合物作为对照)。图8是(A)处理前细菌表面的扫描电子显微镜照片和(B)使用流动性复合物和1^的PEI纳米颗粒处理后的细菌表面的扫描电子显微镜照片。图9显示的是在与加入有PEI纳米颗粒的各种复合树脂材料(Z250=Hybrid,FiltekFlow-Flowable，3Msinglebondadhesive=Bonding)直接接触后，立即对7个孔中的变形链球菌的生长进行的平均光密度测量(相对于对照物-市售复合树脂；没有复合物的细菌生长-Co+)。图10显示的是老化处理1个月后进行的与图9相同的实验。图11显示的所有直接接触测试实验中所包括的变形链球菌生长校准曲线。每条生长曲线都产生自能够进行抑菌性计算的细菌悬浮液的五倍连续稀释液。图12显示的是将1重量X的交联PEI-季铵加入至流动性复合树脂中的修复样品在老化6个月后的完整抗菌活性。PEI样品的字母代码在表1的附注中。具体实施方式图1示意性地显示了根据本发明的一些优选实施方案的颗粒2。颗粒2具有内部4和外部6，其中内部和外部均由相同的脂肪族聚合物制成。颗粒2的内部4和外部6基本由相同的化合物制成，由于这两部分是连续并且彼此结合为一体，因此内部不能与外部分离。这样，分隔内部4和外部6的虚线8是假想的，在构成方面没有任何价值或意义。图2示意性地显示了具有抗微生物活性季铵基团12、14、16和18的聚合物10,其中每个所述抗微生物活性季铵基团均含有化学取代在聚合物链10上或作为聚合物链10的一部分的氮原子N，所述氮原子N还与三个其它烷基相连。季铵12的氮原子具有一个键与聚合链20相连，季铵14的氮原子具有两个键与聚合链相连，铵16的氮与聚合物10的侧链22相连，而不是与聚合骨架20相连，铵18的氮与三个聚合链20、20'和20"相连，所有这些均形成了聚合物10的一部分。每个氮原子N都恰好具有1个烷基R，所述烷基R为长烷基。其它基团W为短烷基。图3显示了聚合物基质30的示意图，所述聚合物基质30含有包埋了聚合物颗粒34的聚合物主体32。图4以艺术家的眼光表现了一个这样的颗粒。颗粒34具有许多从其中凸出的长烷基链36。烷基链36是取代形成颗粒34的聚合物上的抗微生物活性季铵基团中的氮原子的基团。然而，应该注意，实际中每lni^颗粒上至少具有一个这种长烷基链，因此，如果颗粒34的直径为100nm，则其上应覆盖着至少约36,000条凸出的长烷基链，而不是如图中所示的那么少。如图3所示，颗粒34均匀分布在基质30的外表面38上。在该图所示的实例中，覆盖有凸出于基质材料32的长烷基链的总面积约为基质30的外表面38的1%。图5示意性地显示了根据本发明的聚合物50。聚合物50具有均含有氮原子N的季铵基团52和54，所述氮原子仅有一个键与聚合骨架56相连，另外三个键则与非聚合物基团相连，确切的说，在所述非聚合物基团中有一个(R)是长垸基。其它基团(W)为甲基。季铵基团52直接连接在聚合骨架56上(每个聚合链上允许有一个或两个这种基团)。季铵基团54通过连接物56连接在聚合骨架匕诸如聚合物50等聚合物可以通过含有伯胺的聚合物获得，方法是在只能使伯胺烷基化的条件下使用长烷基对所述含有伯胺的聚合物进行烷基化，然后在将其转化为季胺的条件卜-甲基化所得仲胺。实施例实施例1.烷基链对于化合物的抗微生物活性的影响PEI的抗细菌活性取决于季胺的质量和数量。因此，在达成本发明的研究过程中，为同时提高质量和数量，决定通过先使用各种长度的^代烷进行烷基化，然后再进行甲基化来提高氨基的取代度。烷化剂为亲水性的PEI赋予疏水性。这种N-烷基化将使聚合物更具疏水性，而屮基化通过将PEI的伯、仲和叔氨基转化为阳离子季氨基也会增加其正电荷。对于使用基于烷基溴化物的各种烷化剂改性的PEI纳米结构样品进行/研究，以作为烷基长度的函数来评价它们的抗菌性质。通过与二溴戊烷发生交联，然后使用烷基溴化物进行烷基化并使用碘甲烷进行甲基化，可以制备PEI纳米结构材料。优选28个亚甲基的二卤代烷。选择1,5-二溴戊垸作为合适的交联剂，也可以使用1，4-二溴丁烷和1,6-二溴己烷作为合适的交联剂。A.聚乙烯亚胺(PEI)与二溴戊烷的交联在使用之前先对PEI水溶液进行冷冻干燥。将1.000.000Da600.000Da的PEI(18.65g，0.434mol)溶解在186ml无水乙醇中。以1:0.04的摩尔比(PEI单体/二溴戊垸)加入二溴戊垸(17.35mmol，2.4ml)。在回流条件下进行交联反应24小时。然后加入溶解在甲醇中的过量的氢氧化钠(1g)，以收集释放的HBr。在相同条件下继续再反应24小时。冷却至室温后，通过重力过滤从NaBr中提纯获得的残余物。在减压下将滤液蒸干，获得黄色粘稠残余物，所述残余物一旦与乙醇混合，将会形成非常细小的粉末。通过微量分析确定与二溴戊烷的交联度，发现交联度为100%。微量分析％C=48.05，％N=21.20。'H-NMR(CDC13):1.43ppm(m，2H，烷基氢)，1.58ppm(m,4H,烷基氢)，2.1-3ppm(m,PEI氢的4H和烷基氢的4H)。ALV(半径，nm):27nm(97°/。)。B.使用溴代辛烷将交联PEI基纳米颗粒烷基化将交联PEIU.9g，45mmo1)分散在20ml无水乙醇中。向含有1等摩尔量的交联PEI纳米颗粒的悬浮液中加入7.73ml(45mmol，1等摩尔)溴代辛烷。在回流条件f进行烷基化反应24小时。然后加入溶解在甲醇中的过量的氢氧化钠(2g)，以收集释放的HBr。在相同条件下再继续反应24小时。冷却至室温后，通过重力过滤从NaBr屮提纯获得的残余物。在减压下蒸干滤液，获得黄色粘稠液体。使用丙酮和DDW洗涤所得粗品，以分别除掉痕量的溴代辛烷和NaOH。使用不同的垸基溴化物，包括溴代丁垸、溴代己烷、溴代辛烷、溴代癸烷和溴代十六烷，重复相同的步骤。通过在甲醇中沉淀，提纯基于使用较长的烷基溴化物，如溴代癸烷和溴代十六垸而垸基化的化合物。通过微量分析确定使用溴代烷进行的烷基化度，发现烷基化度为80%。^-NMR(CDCl3):0.86ppm(t，3H，CH;j.辛烷氢)，1.24ppm(m，IOH，-CH2-，辛烷氢)，1.39ppm(m，2H,-CH2-，辛烷氢)，2.36-2.7ppm(m,4H,-CHr,PEI氢和辛烷氢的2H)。C.烷基化的PEI基纳米颗粒的季铵化将730g先前获得的辛烷烷基化的PEI(4.7mmol)分散在10ml无水乙醇中。加入过量的碘甲烷(24mmol)。在6(TC进行反应48小时。加入等摩尔量的碳酸氢钠(0.4g)，以收集甲基化步骤中释放的HI。在相同条件下再进行中和24小时。过滤除掉NaI盐，并在减压下蒸发滤液。通过蒸发除去痕量的未反应的碘甲烷。将获得的黄色粗品用NaOH真空千燥过夜，获得660mg产物。使用所有前述烷基化的PEI纳米颗粒重复相同的步骤。通过微量分析(％1)确定甲基化度，发现甲基化度为90%。FT画IR(KBr):3400cm"(N画H)，2950cm-'和2850cm"(C-H)，1617cm"(N-H2),1460cm"(C-H)，967cm"四级氮。'H-NMR(DMSO):0.845ppm(t,3H,CH3，辛烷氢)，1.24ppm(m，10H，-0^2-,辛烷氢)，1.65ppm(m，2H，CH，辛烷氢)，3.2-3.6ppm(m，季胺的CH3,PEI的4H和辛烷链的2H)。D.牙科用复合物中的交联四级PEI纳米颗粒通过向市售牙科用复合物(FiltekFlow,47%氧化锆/二氧化硅，平均粒径0.01拜6.0nm;BIS-GMA，TEGDMA;3MDentalStPaul,MN)中加入季铵化的PEI基纳米颗粒，制备实验样品。以相对于流动件复合物为1重量％的量进行加入。通过与细菌直接接触，检验使用各种烷化剂改性的季铵化的PEI纳米结构材料对于变形链球菌(ATCC#27351)的抗菌作用。如图6所示，相对市售复合树脂，加入有1重量XPEI纳米颗粒的所有复合树脂样品均显示出很强的抗菌方面的细菌衰亡，其中所述PEI纳米颗粒由包括溴代丁烷、溴代己烷、溴代辛烷和溴代癸烷的各种烷化剂烷基化，并将流动性复合物作为阴性对照物。检验所述化合物的抗菌稳定性几个星期。如图7A-B所示，证实了使用包括己烷、辛烷和癸垸链的长链烷基改性的PEI纳米结构样品在超过四周的时间内对于变形链球菌具有稳定的抗菌活性，其中将流动性复合物用作阴性对照物。被测试的化合物的强抗微生物性质可归因于PEI纳米颗粒因由长链垸化剂改性而具有的疏水性。实施例2.通过抗菌活性评价交联对于纳米颗粒稳定性的影响为检验交联对于纳米颗粒稳定性的贡献，制备了交联和非交联PE1纳米颗粒。非交联PEI纳米结构化合物的制备与交联PEI纳米颗粒的制备相似，包括使用溴代辛烷进行的烷基化步骤，以及随后使用碘甲烷进行季铵化，但不执行使用二溴戊烷进行交联的步骤。此步骤的目的在于评价作为交联的函数的纳米颗粒的形成和稳定性，估计在与细菌接触当时的杀菌效能和长期的杀菌效能。A.使用溴代辛烷将PEI烷基化采用与前述实施例1中相同的方法使用溴代辛烷将PEI垸基化。通过微量分析确定使用溴代辛烷进行的垸基化度，发现垸基化度为71%。^-NMR(CDC13):0.86ppm(t，3H,CH3，辛烷氢)，1.24ppm(m，IOH，-CH2-，辛烷氢)，1.39ppm(m,2H，-CH;r，辛烷氢)，2.36-2.7ppm(m，4H，-CH2-，PEI氢和辛烷氢的2H)。B.烷基化的PEI的季铵化采用与前述实施例1中相同的方法对烷基化的PEI进行季铵化。通过微量分析(％1)确定甲基化度，发现甲基化度为卯％。FT-IR:3400cm"(N-H)，2950cm"和2850cm"(C画H)，1617cm-1(N-H2)，1460cm-1(C-H)，967cm"四级氣。'H-NMR(DMSO):0.845ppm(t，3H，CH3,辛烷氢)，1.24ppm(m，10H，-0^2-,辛烷氢)，1.65ppm(m，2H,CH，辛烷氢),3.2-3.6ppm(m，季胺的CH3，PEI的4H和辛垸链的2H)。与交联PEI基纳米颗粒(参考实施例1中的辛垸烷基化的PEI基样品)相反，非交联的季铵化PEI化合物在各种溶剂中均不能形成稳定的纳米颗粒。然而，由于它们的疏水性，它们在水性溶剂中形成了纳米结构形状。通过评价对于变形链球菌细菌的抗菌性检验交联的作用。实施例3.交联度对于纳米颗粒尺寸的影响此步骤的目的是制备不同交联度的PEI基纳米颗粒，作为交联度的函数来评价其尺寸，以及检验它们的抗菌效能。A.聚乙烯亚胺(PEI)与二溴戊烷的交联在使用之前先对PEI水溶液进行冷冻干燥。将1.000.000Da600.000Da的PEI(18.65g，0.434mol)的三个样品溶解在186ml无水乙醇中。以l:0.01、1:0.05或l:0.2的摩尔比(PEI单体/二溴戊烷)加入二溴戊烷。在回流条件下进行交联反应24小时。然后加入溶解在甲醇中的过量的氢氧化钠(lg)，以收集释放的HBr。在相同条件下再继续反应24小时。冷却至室温后，通过重力过滤从NaBr中提纯获得的残余物。在减压下蒸干滤液，获得黄色粘稠液体。通过微量分析确定与二溴戊垸的交联度，发现交联度为99%。^-NMR(CDC13):1.43ppm(m,2H，烷基氢)，1.58ppm(m,4H，烷基氢)，2.1-3ppm(m,PEI氢的4H和烷基敦的4H)。B.使用溴代辛烷将PEI基纳米颗粒烷基化采用与前述实施例1中相同的方法使用溴代辛垸将PEI烷基化。通过微量分析确定使用溴代辛烷进行的垸基化度，发现烷基化度为75%。^-NMR(CDC13):0.86ppm(t，3H,CH3，烷基氢)，1.24ppm(m，IOH，-CH2-，烷基氢)，1.39ppm(m，2H,-CH2-，烷基氢)，2.36-2.7ppm(m，4H，-CH2-，PEI氢和烷基氢的2H)。C.烷基化的PEI基纳米颗粒的季铵化采用与前述实施例1中相同的方法对烷基化的PE1进行季钕化。通过微量分析(％I)确定甲基化度，发现甲基化度为90%。FT-IR:3400cm-1(N画H),2950cm國1和2850cm'1(C-H)，1617cm隱1(N-H2)，1460cm"(C画H)，967cm"四级氮。'H國NMR(DMSO):0.845ppm(t，3H，CH3.辛烷氢)，1.24ppm(m,10H,-CH2-，辛烷氢)，1.65ppm(m，2H，CH，辛烷氢),3.2-3.6ppm(m，季胺的CH3，PEI的4H和辛烷链的4H)。实施例4.PEI浓度对于纳米颗粒尺寸的影响此步骤的目的是制备不同PEI浓度的交联纳米颗粒，作为浓度的函数评价它们获得的尺寸，并检验它们的抗菌效能。A.聚乙烯亚胺(PEI)与二溴戊垸的交联在使用之前先对PEI水溶液进行冷冻干燥。将1.000.000Da600.000Da的PEI(18.65g，0.434mol)的三个样品分别溶解在93ml、186ml和372ml无水乙醇中。以h0.04的摩尔比(PEI单休/二溴戊烷)加入二溴戊垸(17.35mmol，2.4ml)。在回流条件下进行交联反应24小时。然后加入溶解在甲醇中的过量的氢氧化钠(1g)，以收集释放的HBr。在相同条件下再继续反应24小时。冷却至室温后，通过重力过滤从NaBr中提纯获得的残余物。在减压下蒸干滤液，获得黄色粘稠液体。通过微量分析确定与二溴戊垸的交联度，发现交联度为100。％。'H-NMR(CDC13):1.43ppm(m，2H，烷基氢)，1.58ppm(m，4H，烷基氢)，2.1-3ppm(m，PEI氢的4H和烷基氢的4H)。B.使用溴代辛烷将交联PEI垸基化采用与前述实施例1中相同的方法使用溴代辛垸将PEI烷基化。通过微量分析确定使用溴代垸进行的烷基化度，发现烷基化度为78%。^-NMR(CDC13):0.86ppm(t，3H，CH3,烷基氢)，1.24ppm(m，IOH,-CH2-，烷基氢)，1.39ppm(m,2H，-CH2-，烷基氢)，2.36-2.7ppm(m,4H,-CH2-，PEI氢和烷基氢的2H)。C.烷基化的PEI基纳米颗粒的季铵化采用与前述实施例1中相同的方法对烷基化的PEI进行季铵化。通过微量分析(％I)确定甲基化度，发现甲基化度为85%.-FT画IR:3400cm"(N-H)，2950cm"和2850cm"(C-H),1617cm-1(N-H2),1460cm"(C-H)，967cm"四级氮。'H-NMR(DMSO):0.845ppm(t，3H，CH3烷基氢)，1.24ppm(m，IOH，-CH2-，垸基氢)，1.65ppm(m，2H，CH,烷基氢)，3.2-3.6ppm(m，季胺的CH3，PEI的4H和垸基链的2H)。根据ALV(半径，nm)分析，在交联步骤中检测到了作为PEI浓度的函数的对于交联PEI纳米颗粒的尺寸的可以忽略的影响。高浓度和低浓度溶液导致获得的纳米颗粒尺寸的差异较小，分别为46nm和32rnn。进一步使用溴代辛烷进行垸基化，然后使用碘甲烷进行季铵化，获得尺寸相似的纳米颗粒。还检测了它们的杀菌效能。当它们均以1重量％与修复材料结合吋，都被证实r具有高抗菌作用。烷化剂对于最终纳米颗粒尺寸也起着重要作用，然而在此步骤中只使用溴代辛烷作为烷化剂。实施例5.起始材料分子量的影响烷基化的PEI的杀菌效能已为人所共知，已经证明，它们对于各种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌非常有效。发挥这种作用的抗菌方式也可以归因于烷基化的PEI的不同的分子量。为发挥杀菌作用，PEI链必须聚合。在此实验中，合成了1000kDa、25kDa和600DaPEI起始材料，并且作为PEI分子量的函数评价了它们的抗菌效能。A.聚乙烯亚胺(PEI)与二溴戊垸的交联采用与前述实施例1中相同的方法使用二溴戊烷对聚乙烯亚胺进行交联。通过微量分析确定与二溴戊烷的交联度，发现交联度为96%。，H-NMR(CDC13):1.43ppm(叫2H烷基氢)，1.58ppm(m，4H烷基氛)，2.1-3ppm(m，PEI氢的4H和烷基氢的4H).B.使用溴代辛烷将交联PEI垸基化，并使用碘甲烷进行甲基化采用与实施例1中所述相同的方法进行烷基化和甲基化反应。通过微量分析确定烷基化的PEI纳米颗粒的甲基化度，发现甲基化度为90%。通过'H-NMR分析、微量分析、ALV(尺寸定义)和zeta测量表征所制备的季铵化PEI基纳米颗粒。为评价PEI基纳米颗粒的抗菌活性，将测试的纳米颗粒以1重量％的比例加入至牙科用材料中。在进行接触当时进行效果测试，以及在检验几周后对长期的杀菌活性进行测试。不出所料，髙分子量的PEI纳米颗粒具有长期的杀菌活性，而低分子量的样品则显示了中等的抗菌作用，甚至完全不显示抗菌作用。这些结果证.实了，PEI必须聚合才能杀菌。实施例6.对烷基化的PEI纳米颗粒的乙烯基取代使用丙烯酰氯取代垸基化的PEI纳米颗粒，然后执行甲基化步骤，以便与牙科用复合物进一步聚合。PE1基纳米颗粒与修复材料的聚合可以使纳米颗粒向周围环境的迁移最小化，由此延长其抗菌作用。A.聚乙烯亚胺(PEI)与二漠戊烷的交联在使用之前先对PEI水溶液进行冷冻干燥。将1.000.000Da600.000Da的PEI(18.65g，0.434咖l)溶解在186ml无水乙醉中。以l:0.02的摩尔比(PEI单体/二溴戊烷)加入二溴戊烷(1.2ml,8.675mmol)。在回流条件下进行交联反应24小时。然后加入溶解在甲醇中的过量的煞氧化钠(1g)，以收集释放的HBr。在相同条件下再继续反应24小时。冷却至室温后，通过重力过滤从N必r中提纯获得的残余物。在减压下蒸干滤液，获得黄色粘稠液体。B.使用溴代己烷将交联PEI烷基化将交联PEI基纳米颗粒(1.9g，45mmol)分散在20ml无水乙醇中。向含有1等摩尔量的交联P迈纳米颗粒的悬浮液中加入7.73mK45mmol,l等摩尔)溴代己烷。在回流条件下进行烷基化反应24小时。然后加入溶解在甲醉中的过量的氢氧化钠(2g)，以收集释放的HBr。在相同条件下再继续反应24小时。冷却至室温后，通过重力过滤从NaBr中提纯获得的残余物。在减压下蒸干滤液，获得黄色粘稠液体。使用油泵在减压下除掉痕量的未反应的溴代己烷。通过微量分析确定使用溴代己烷进行的烷基化度，发现烷基化度为72%。微量分析°/。C=67.94，％N=13.81。FT画IR:3300cm"(N-H);2950cm-1，2930cm"和2850cm-1(C國H);1460cm"(C-H)。！H-NMR(CDC13):0.88ppm(t，3H，CH3,烷基氢)，1.27ppm(m,6H,-CH2-烷基氢)，1.4ppm(m，2H,-CH2-，烷基氢)，3.2-3.4ppm(m,4H,-CH2-，PEI氢和垸基氢的2H)。C.丙烯酰氯与烷基化的PEI基纳米颗粒的结合将己烷烷基化的PEI基纳米颗粒(1.37g，6.59mmol)分散在50ml无水THF中，并加入0.69g作为质子吸收体(protonsponge)的无水2%交联4-乙烯基吡啶(6.6mmol)，以收集结合过程中所释放的HCL加入l等摩尔的烯丙酰氯(0.5ml,6.59mmol)。在4(TC、黑暗处、剧烈搅拌和氮气氛围下使反应进行24小时。过滤除掉4-乙烯基吡啶盐，并在减压下蒸千滤液。通过蒸发除掉痕量的未反应的丙烯酰氯，获得1.16g黄色固体，将所述黄色固体用NaOH真空干燥过夜。通过^-NMR确定丙烯酰氯的取代度，发现丙烯酰氯的取代度为4.5%。1H-NMR(DMSO):0.9ppm(m，3H,己垸氢)，1.3ppm(m，己烷氢，6H),1.7ppm(m，己烷的脂肪氢，2H)，3.1-3.4ppm(m,PEI的4H氢和己烷链的2H),5.9ppm(d，烯烃氢，1H):6.1ppm(d，烯烃氢，1H)和6.3ppm(d,烯经氢，1H)。FT-IR:3400crrT1(N-H);2950cm",2930cm"和2850cm_1(C-H);1650cm"(酰胺振动)和1460cm"(C-H)。D.烷基化的PEI的季铵化将105mg烷基化的PEI(0.5mmol)悬浮在50ml无水THF屮，并加入0.261111无水二异丙基乙胺(1.53mmol)，以收集甲基化过程中释放的HI。加入过量的碘甲烷(0.1ml，L53mmo1)。在40。C、黑暗处、剧烈搅拌和氮气氛围下使反应进行40小时。过滤除掉铵盐，并在减压下蒸干滤液。通过蒸发除去痕量的未反应的碘甲烷。将获得的黄色粗品用NaOH真空干燥过夜，获得100mg产物。通过微量分析确定甲基化度，发现甲基化度为卯％。微量分析％C=46.8;%N=7.21。1H-NMR(DMSO):0.83ppm(m,3H,己垸氢)，U8ppm(m，己烷氢，6H)，1.27ppm(m，己烷的脂肪氢，2H)，3.1-3.4ppm(m，PEI的4H氢，季胺的甲基的3H和己烷链的2H)5.9ppm(d,烯烃氢，1H)，6.0ppm(d,烯烃氢，1H)禾口6.1ppm(d，烯烃氬，1H)。根据'H-NMR分析，相对于PEI单体的量，用4.5摩尔％的丙烯酰氯取代垸基化的PEI纳米颗粒。化合物的季铵化用碘甲烷完成。在测试之前，使用紫外线照射将获得化合物与牙科用复合物聚合，以直接与细菌接触的方式检验对于变形链球菌的抗菌作用。数据分析通过吸光度测量进行评价。通过将抗菌剂与修复材料聚合，可以防止被测化合物的抗菌性质损失，并长期保持其有效性。实施例7.与基于吡啶鑰型的纳米颗粒的比较及反荷离子的影响接下来对基于吡啶錄型的纳米颗粒进行测试，所述基于吡啶錄型的纳米颗粒是可以有效地使细薪衰亡的合适的候选物质。A,4-乙烯基吡啶(4-VP)的悬浮聚合在装有氮气入口和回流冷凝器的三口圆底烧瓶中进行4VP和二乙烯基苯(DVB)(相对于4VP为1摩尔％)的聚合反应。将1.08ml(9.9mmol)的4VP和DVB(0.01等摩尔，0.099mmol)溶解在0.5mlN-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolydon)中。使用10mgAIBN作为引发剂，使用聚乙烯醇(0.8%)作为分散剂，在80'C、在黑暗处在氮气氛围下，在100ml的DDW中进行聚合。在7小时内获得白色悬浮液。通过过滤收集聚合的交联颗粒，然后使用乙醇洗涤，以除去N-甲基吡咯烷酮和DDW，从而除去聚乙烯醇。将产物用NaOH真空干燥过夜。FT-IR(KBr):1418cm"(对称的C-N伸縮振动)和825cm"(C-H面外弯曲振动)。B.吡啶环的季铵化使用过量的溴代辛烷进行吡啶环的叔胺基团的季铵化。将0.2g(1.9mmol)聚合的4VP分散在30ml无水乙醇中，并加入2.85mmol(1.5等摩尔)溴代辛垸。在回流条件下剧烈搅拌48小时以进行反应。通过过滤收集产物，然后使用乙醇洗涤以除去未反应的溴代辛烷和DDW。将褐色粗品用NaOH真空干燥过夜。通过微量分析(％Br)确定使用溴代辛烷进行的季铵化度，发现季铵化度为84。％。FT-IR(KBr):1418cm"(对称的C-N伸縮振动)和1637crrT1(季铵化的吡l淀环)。C.吡啶鑰聚合物的氟化将0.2g(1.7mmo1)季铵化的p-4VP分散在无水乙醇屮，并加入过量的NaF(50等摩尔，0.084mol)。在回流条件反应72小时，以转化为氟化物形式。加入另外一部分NaF(50等摩尔)并重复该步骤，在相同条件下再持续进行反应24小时。通过过滤收集获得的产物，使用乙醇和DDW洗涤，以除去未反应的NaF和NaBr。将获得的暗绿色粗品用NaOH真空干燥过夜。通过微量分析(％F)确定氟化度，发现氟化度为81%。微量分析％F=6.39，检测到了痕量的溴化物。将具有不同交联度的4VP与相对于4-VP为1摩尔％至30摩尔％的DVB悬浮聚合，然后使用溴代辛烷和溴代己烷季铵化，获得直径为400nmlnm的纳米颗粒。通过佛尔哈徳(volhard)滴定、微量分析、库尔特粒度仪(尺寸测量)和zeta分析来表征获得的吡啶総型纳米颗粒。所有所制备的纳米颗粒均显示了恒定的约为45mV的正电。令人遗憾的是，发现这些纳米颗粒在加入修复材料吋，即使加入量达到5%也完全是惰性的，而发现当其作为自由纳米颗粒时则具有抗菌作用。将溴化物形式的吡啶鑰型纳米颗粒转化为氟化物形式时，将导致其性质也发生交换。将氟化盐基纳米颗粒加入到牙科修复组合物中会使细菌大量衰亡。实施例8.将1%的所制备的PEI纳米颗粒加入到修复复合物中可以有效杀灭接触的细菌此步骤的目的是检验将前述PEI纳米颗粒以1重量。/^加入到牙科用复合物中后的抗菌活性。A.细菌的制备在本研究中使用最初从牙斑中分离出来的菌株，变形链球菌(ATCC#27351)。在37。C，在5ml的脑心浸液肉汤(BH1)(Difco，Detroit,ML,美国)中将细菌培养过夜。为避免大量细菌聚集或者产生长链球菌链，将顶部4ml未扰动的细菌培养液转移到-个新试管中，并在3175Xg下离心10分钟。除去上清液，将细菌再悬浮在5ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(Sign叫St.Louis，MO.，美国)中，并轻轻涡流10秒钟。将各细菌悬浮液的光密度调整为在650nm为1。从十倍连续稀释液中取出IO微升涂覆在BHI琼脂上，以确定每毫升的菌落形成单位。对BHI和PBS补充以杆菌肽0.0625g/ml(Sigma^St.Louis，MO.，美闺)，以减少外部污染。B.使用的材料的组成通过向市售修复复合树脂FiltekFlow(47%轼化锆/二轼化硅，平均粒径0.01pm6.0pin;BIS-GMA，TEGDMA:3MDentalStPaul,MN)中加入所述合成聚合物，制备实验样品。在重量比为1%的基础上加入。将所述聚合物加入复合树脂后，使用调药刀将其均匀混合。C.微量滴定板的制备将各种合成PEI聚合物以1重量％加入到市售复合树脂中，对22个这样的样品进行测试。垂直放置微暈滴定板(96孔平底Nunclon，None,Copenhagen,丹麦)。利用平端牙科用具(牙科调药刀)，将等量的同一测试样品均匀地涂锒在7个孔的侧壁上。应该特别注意不要去碰孔的底部，以便避免在分光光度计中温育的过程中读数错误。按照制造商的说明聚合所述材料u将处于同一微量滴定板中的仅涂拨有市傻复合树脂的不含所述合成聚合物的7个孔作为阳性对照物。D.细菌和被测材料之间的直接接触将10pi细菌悬浮液(约106个细菌)放置在一组7个孔中的各被测材料样品上，并将该板垂直放置，在371C下温育1小时。在此温育期间，悬浮液中的液体蒸发，获得一薄层细菌，确保了所有细菌与测试表面直接接触，通过扫描电子显微镜方法(数据未示出)证实了这一点。然后水平放置该板，并向含有材料的每个孔中加入220jil脑心浸液肉汤。E.细菌生长的动力学测试将所述微量滴定板放置在温控微板分光光度计(VERSAmax，MolecularDevicesCorporation,MenloOaksCorporateCentre,MenloPark,CA，美国)中，将所述温控微板分光光度计设定为37'C，并且在每次读数前涡流5秒。通过在650nm在1224小时内每隔20分钟跟踪每个孔中的OD(光密度)变化，估计细菌的增生。F.数据分析将吸光度测量作图，获得微量滴定板中每个孔的细菌生长曲线。对于对数生长期的线性部分进行统计分析。结果以两个参数农达由细菌生长曲线上升段导出的线性函数ax+b=y的斜率(a)和常数(b)。斜率(a)和常数(b)分别与生长速度和初始数量有关。利用单向方差分析(onewayANOVA)和Tukey多重比较检验来分析数据。在p<0.05确定了统计显著性的水平。G.琼脂扩散测试将先前制备的200pi含有变形链球菌的细菌悬浮液涂布在补充有杆菌肽0.0625g/ml(Sigma,St.Louis,MO.,美国)的轻型唾液链球菌琼脂(Mitissalivariusagar)(MSB)(Difco，Detroit,MI.，美国)上，并将毎禾中测试材料的三个光聚合样品放置在表面上。在37。C下温育这些板48小时。温育后观察每个样品周围的抑菌圈。H.结果这些具有季铵基团的阳离子聚合纳米颗粒已经以很低的浓度(1%)加入至牙科修复复合物中。如表1所总结，大多数被测化合物在直接接触(图6、7A和7B)时都是非常有效的。牙科用材料抗菌化合物(重量％)生长抑制抑制百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>表1:加入到牙科复合材料屮的各种化合物的抗菌活性。使用变形链球菌作为测试微生物进行抗菌测试。在表l中a琼脂扩散测试(ADT)-以抗菌成分从被测材料扩散到琼脂中为基础。通过肉眼观察琼脂板上菌苔中的抑菌圈来评定抗菌活性。每个实验都在8个同样制备的样品上进行。在进行测试之前，先将材料样品在PBS中老化24小时(A)或30天(A1)。-无抑菌圈+1mm的抑菌圈++2皿以上的抑菌圈；b直接接触测试(DCT)-确定不溶性材料的抗菌性质。在约106个细菌与被测材料接触后，使用温控分光光度计确定残留的能够生存的细菌的存在。结果作为抑制生长的百分比来表达。100%抑制=杀死所有细菌(至少为106);0%抑制=对照物。每个实验都在8个同样制备的样品上进行。在进行测试之前，先将材料样品在PBS中老化24小时(B)或30天(B1)。上表1中所示的抗菌化合物是下表2中所列的那些化合物，各自如其中所示进行表征.-<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>表2:表1中使用的抗菌化合物的特征。PEI25kDa=25kDa的聚乙烯亚胺。PEl6ookDa=600kDa1000kDa的聚乙烯亚胺。Alkyl.=烷化剂C4=溴代丁烷，C6=溴代己烷，C8=溴代辛烷，C1Q=溴代癸烷。Cr0Ssl.=交联剂C4=二溴丁垸。C5=二溴戊烷。D.crOSsl.=交联度(相对于胺基为2摩尔％、4摩尔％和20摩尔％)。元素分析=使用Perkin-Elmer2400/11CHN分析仪通过氮(％N)、碳(％C)和(％I)的元素微量分析估计的取代度。Zeta=颗粒的z改a测量(Zeta电势，mV)。所有颗粒均带有正zeta电势，其原因可能在于表面存在PEI的季铵基团。R(nm)=使用高效粒度分析仪(ALV-NIBS/HPPS,Langen,徳国)通过动态光散射法确定的以nm为单位的颗粒尺寸(R-半径)。-=尚未确定。实施例9.将O.l重量X10重量X的PEI纳米颗粒加入到修复复合物中可以有效杀灭接触的细菌此步骤的目的是检验以不同的量(重量％)加入牙科组合物中的前述PEI纳米颗粒对致龋细菌的抗菌活性。A.所使用材料的组成通过向市售修复复合树脂FiltekFlow(47%氧化锆/二氧化硅，平均粒^50.01nm6.0urn;BIS-GMA，TEGDMA;3MDentalStPaul,MN)中加入所述合成聚合物，制备实验样品。以0.1重量％10宽量％的比例进行加入。将所述聚合物加入复合树脂后，使用调药刀将其均匀混合。利用上述方法，制备细菌悬浮液，制备微量滴定板，将细菌与被测材料直接接触，对细菌生长进行动力学测试，并进行数据分析和琼脂扩散测试。B.结果这些具有季铵基团的阳离子聚合纳米颗粒己经以低浓度(0.0001%2%)加入至牙科修复复合物中。如表3中所总结，从0.1%的浓度起，大多数被测化合物在直接接触吋是非常有效的，并显示出细菌的全部衰亡。抗菌测试_抗微生物化合物含量(承量％)——0,1%f^"—2%—5;%—函—ADT------DCT_Q_25100100100100_表3:向牙科用复合物中加入不同量的PEI纳米颗粒对于抗菌活性的影响。使用ADT和DCT测试补充了不同百分比(重量％)的PEI纳米颗粒的流动性复合物样品(代码为U的抗菌化合物)(详细情况参考农1的附注)。证实了新复合物具有与最初的复合物相似的机械性质(将被测纳米颗粒加入至修复材料中之前和之后具有相似的模数和屈服强度)和化学性质，并且还具有广谱抗微生物活性。即使接触几个月后，也未观察到纳米颗粒发生析出。实施例10.老化对加入牙科用复合物中的化合物的抗瞎活性的影响A.细菌的制备如前所述培养变形链球菌。在37'C下，在5ml的脑心浸液肉汤(BH1)(Difco，Detroit,MI.，美国)中将粪肠球菌培养过夜。为避免大量细菌聚集或者产生长链球菌链，将顶部4ml未扰动的细菌培养液转移到一个新试管中，并在3175Xg离心10分钟。除去上清液，将细菌再悬浮在5ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(Sigma,St.Louis,MO.,美国)中，并缓缓涡流IO秒钟。将每个细菌悬浮液的光密度调整为在650nm为1。从十倍连续稀释液中取出IO微升涂覆在BHI琼脂上，以确定每毫升的菌落形成单位。对BHI和PBS补充以链霉素0.005g/ml(Sigma,St.Louis，MO.,突国)，以减少外部污染。B.使用的材料的组成通过向市售修复复合树脂FiltekFlow(47%氧化锆/二氧化硅，平均粒《50.01阿6.0拜；BIS-GMA，TEGDMA;3MDentalStPaul，MN)中加入所述合成聚合物，制备实验样品。在代码为U和V的两种样品的1重量％的基础上进行加入。将所述聚合物加入复合树脂后，使用调药刀将其均匀混合。采用前述方法，制备微量滴定板，进行细菌与被测材料的直接接触测试，对细菌生长进行动力学测试，并进行数据分析。c.琼脂扩散测试如前所述培养变形链球菌和粦肠球菌。将200pl细菌悬浮液分别涂布在补充有杆菌肽0.0625g/ml(Sigma,St.Louis,MO.，美国)的轻型唾液链球菌琼脂(MSB)(Difco，Detroit,MI.，美国)上和补充有链霉素0.005g/ml(Sigma,St.Louis，MO.，美国)的BHI琼脂上。将每种被测材料的三个光聚合样品放置在表面上。在37'C下温育这些板48小时。温育'后观察毎个样品周围的抑菌圈。D.材料老化使用被测材料制备相似的微量滴定板，并使其老化130天和180天。在此期间内，使用250^1PBS填充每个孔，每隔48小时置换所述PBS，并在37'C下温育这些板。然后吸出PBS，并在无菌条件卜'对板进行干燥。E.结果结果表明，如下表4中所示，在与变形链球菌和粪肠球菌接触超过180天后，固定在树脂基材料中的烷基化的聚乙烯亚胺纳米颗粒对这两种细菌仍然具有很强的抗菌活性。<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>表4:老化对加入牙科用复合物中的化合物的抗菌活性的影响。在测试抗菌性质之前，将每个实验所用的8个样品在PBS中老化1天、30天和180天。使用ADT和DCT测试补充有1重量％的代码为U或V的抗菌化合物的复合物(流动性)样品。将不含添加物的复合物样品作为对照物。详细情况请参考表1的附注。实施例11.加入到牙科用复合材料中的抗菌化合物对于革兰氏阳性、革兰氏阴性微生物和白色念珠菌的作用A.细菌的制备本研究中使用大肠埃希氏齒、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球盟、铜绿假单胞菌、粪肠球菌和白色念珠菌。在37X:卜-，在5ml的脑心浸液肉汤(BHI)(Difco，Detroit,MI.，美国)中培养细菌过夜。为避免大量细菌聚集或者产生长链球菌链，将顶部4ml未扰动的细菌培养液转移到一个新试管中，并在3175Xg下离心10分钟。除去上清液，将细菌再悬浮在5ml磷酸盐缓冲盐水(PBS)(Sigma，St.Louis，MO.，美国)中，并缓缓涡流10秒钟。将每个细菌悬浮液的光密度调整为在650nm为1。从十倍连续稀释液中取出IO微升涂覆在BHI琼脂上，以确定每毫升的菌落形成单位。B.所使用材料的组成通过向市售修复复合树脂FiltekFlow(47%氧化锆/二氧化硅，f均粒《50.01nm6.0拜；BIS國GMA，TEGDMA;3MDentalStPaul，MN)变形链球菌粪肠球菌中加入所述合成聚合物，制备实验样品。在2重量％的基础上进行加入。将所述聚合物加入复合树脂后，使用调药刀将其均匀混合。采用前述方法，制备微量滴定板，进行细菌与被测材料的直接接触测试，对细菌生长进行动力学测试，并进行数据分析。C.琼脂扩散测试如前所述制备细菌。将200^细菌悬浮液涂布在BHI琼脂(Difco，Detroit,ML,美国)上。将每种被测材料的三个光聚合样品放置在表面h。在37"下将这些板温育48小时。温育后观察每个样品周围的抑菌圈。D.结果观察到加入了2重量％的合成聚合物的市售聚合物对丁-所有被测细菌均具有很强的抗菌作用。如表5中所总结，在革^氏阳性、革兰氏阴性微生物和白色念珠菌中的琼脂扩散测试'l'未观察到牛长抑制。AI)TDCT抗菌化，P抑，"AABn--ioo大肠埃希氏菌u--100100金黄色葡萄球菌u--100100表皮葡萄球菌u--100100铜绿假单胞菌u--100100粪肠球菌u--100100白色念珠菌u--100100表5:加入到牙科用复合材料中的抗菌化合物对于革兰氏阳性、革兰氏阴性微生物和白色念珠菌的作用。使用ADT和DCT测试补充了2軍:量％的代码为U的抗菌化合物的流动性复合物样品(详细情况参考表1的附注)。在使用各测试微生物测试它们的抗菌性质之前，将每个实验所用的8个样品在PBS中老化1天(A和B)或7灭(A1和B1)。实施例12:加入至各种复合树脂材料中的烷基化的聚乙烯亚胺的抗菌活性具有抗菌性质的树脂复合物可以用于防止复发性龋。在本实施例中，评价了加入到粘合性(bonding)、流动性(flowable)和混合(hybrid)的复合树脂中的烷基化的聚乙烯亚胺的抗菌作用。对新鲜样品和老化一周的样品进行测试。通过光聚合来共聚以1重量％加入到市售粘合性、流动性和混合复合树脂中的烷基化的聚乙烯亚胺。对于加入了合成聚合物的实验样品，既测试其扩散时的抗菌性质，也测试其直接接触时的抗菌性质。通过下述2个测试评价对于变形链球菌的抗菌性质(i)琼脂扩散测试和Gi)直接接触测试。在所有三种类型的复合树脂中，只在DCT中检测到了统计显著的(p<0.001)抗菌性质。其作用能够持续至少一周。结果表明，本研究中的合成的垸基化的聚乙烯亚胺型聚合物具有抗菌表面性质，因此具有固定在树脂基材料中的能力，并可W于减少生物膜形成。相对于其它修复材料，树脂复合修复物在体内和体外都容易聚集更多的细菌和牙斑。口腔生物膜天然地存在于健康的环境之中，但也与龋齿和牙周病有关。在人类牙斑中经常发现的一种细齒是变形链球菌。变形链球菌附着在复合树脂修复物的表面以及牙齿与所述修复物之间的界面上。细菌的附着和牙斑的形成可能会导致在这些修复物周围发展出继发龋。制备抗菌材料的传统方法是将其浸入抗菌剂，如抗生素、银离子、碘和季铵化合物，这些物质将随时间的流逝而逐渐释放。然而，这些抗菌剂容易从复合树脂中析出。这种析出通常会导致不利后果，对于具休应用具有不良影响。所述不利后果可能是载体材料的机械性质随时间流逝而降低；有效期短；若未能正确控制释放会导致可能对人体健康存在毒性。因此，本发明还提供了一种开发抗菌复合物和涂层的工具，其作用机制不以释放防腐剂为基础，因此也可以应用在牙科中。抗菌性质可以延长这些修复物的寿命。本研究评价了合成的烷基化的聚乙烯亚胺的抗菌作用。这种共聚导致两种被测细菌的细菌生长均显著降低。所述观察至少持续一周。被测材料测试补充有1重量X的合成聚合物的三种复合树脂材料Z250FiltekFlow和3Msinglebondadhesive对于变形链球菌(ATCC#27351)的抗菌作用。如前所述制备细菌悬浮液。如前所述来制备微量滴定板，对细菌和被测材料进行直接接触测试，对细菌生长进行动力学测试和数据分析，并进行琼脂扩散测试。在24小时实验中，将7个孔中的变形链球菌与被测材料直接接触后立即对其生长进行的平均光密度测量显示在图9中。该图比较了加入和未加入聚合物的三种市售材料在与变形链球菌直接接触时的抗菌作用。发现加入了合成聚合物的所有这三种类型的市售聚合物都具有很强的抗菌作用。图IO显示的是老化处理1周后进行的相同实验。在老化处理1周后加入了聚合物的市售复合树脂仍保持有细菌作用。在琼脂扩散测试中，在所有被测样品中均未检测到抑菌,。如图11所示，发现校准结果可以再现。光密度的逐渐降低与连续稀释液相对应。如校准结果所示，DCT系统对于细菌生长速度或稳定期的最终光密度不产生影响。对于复合树脂修复物，将聚合物加入到材料骨架中可以解决缓释剂的末端效应，并显著延长了抗菌性质。所加入的垸基化的聚乙烯亚胺的抑菌作用可能归因于与被测细菌直接接触，而不归因于聚合物的释放，这是因为它们在培养基中是不溶的，并且合成聚合物没有从所述复合物中释放出来。虽然这些材料的抗菌作用的详细机理尚未确定，但是，在此不受任何可能理论的限制，可以推测季铵化合物通过结合在细胞壁成分上导致细菌细胞溶解，并导致细胞质(cytoplasmatic)物质泄漏。所述合成聚合物对于被测的两种细菌具有很强的抗菌作用，并与其所加入的市售复合树脂无关。这种作用可以持续至少一周。实施例13.证实抗菌活性是仅当细菌与材料直接接触时所表现的表面现象为了排除抗微生物活性是因为释放到介质中的生物活性成分的可能性，进行了以下三个测试(A)琼脂扩散测试—ADT,(B)浸入/所述复合物的介质的抗微生物作用，和(C)介质的化学分析。琼脂扩散测试(ADT)-基于抗菌成分从被测材料中的扩散的半定量测试，以及肉眼观察琼脂板上生长的菌苔中的抑菌圈。评价从被测样品中释放的洗提成分的抗菌性质。变形链球闺'的细菌生长曲线类似于对于加入了1重量％和5重量％纳米颗粒的适.3的对照物的细菌生长曲线。在测试洗提成分之前对于老化一周的样品进行的重复实验获得了相似的结果。对于浸入了所述复合物的介质的UV和GPC分析显示，所述介质屮不存在有机分子或聚合物。如前所述进行变形链球菌(ATCC#27351)细菌悬浮液测试和琼脂扩散测试。A.微量滴定板的制备测试补充有1重量％和5重量％的所述合成聚合物的三种复合树脂材料Z250FiltekFlow和3Msinglebondadhesive。利用平端牙科用具(牙科调药刀)，将等量的同一测试样品均匀地涂覆在微量滴定板(96孔平底Nunclon，None,C叩enhagen，丹麦)中的7个孔的侧壁上。应该特别注意不要去碰孔的底部，以便避免在分光光度计中温育的过程中读数错误。按照制造商的说明聚合所述材料。将处于同一微量滴定板中的不具有被测材料的7个孔，和涂覆有不含所述合成聚合物的市售复合树脂的另外7个孔作为阳性对照物。B.溶解行为对每个孔补充230pl的Bffl，并在37。C温育24小时。将来自毎个孔中的体积为220pi的物质转移到相邻的一组孔中，并加入10^如前所述制备的细菌接种物，由此测试洗提到肉汤中的成分的作用。将所述板放置在温控微板分光光度计中，将所述温控微板分光光度计设定为37°C，并且在每次读数前混合5秒。在24小时内每隔20分钟跟踪OD65()中的变化，由此评估细菌的生长。使用被测材料制备相似的微量滴定板，并使其老化1周和4周。在此期间内，使用250plPBS填充每个孔，每隔48小时置换所述PBS，并在37'C温育所述板。在最后24小时中，使用BHI肉汤代替PBS，并且对于当时的样品进行相同的测试。在补充实验中，将所述复合物浸入去离子水中，即在37'C将102mg所述复合物浸入1ml水中，保持1天和7天，并通过冻干浓縮溶液。通过在200nm600nm之间的紫外线扫描、并利用带有泵的GPC-SpectraPhysics仪器(Darmstadt,德国)、柱(ShodexKB-803)和折射率(RI)检测器以及将0.05M的NaN03作为洗提液以lml/min对水中释放的分子进行测试。均如所述进行细菌与被测材料的直接接触测试，对细菌生长进行动力学测试，并进行数据分析。评价从被测样品中释放的洗提成分的抗菌性质。在琼脂扩散测试中，所有被测样品中均未检测到抑菌圈。变形链球菌的细菌生长曲线类似于对于加入了1重量％和5重量％纳米颗粒的适当的对照物的细菌生长曲线，二者均对应于即时制备的样品(表4)和老化1周和4周的样品。FiltekFlow和SingleBondAdhesive会降低未老化样品中细菌的生长，但持续时间不超过--周。此夕卜，浸入了所述复合物的介质的UV和GPC分析显示不存在有机分子或聚合物。结果如表6屮所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>表6:复合物的析出性提取物的可能的抗微生物作用。如表1的附注中所述进行琼脂扩散测试。细菌生长的抑制-本测试定量评价在复合树脂材料的洗提物中的细菌生长，所述复合树脂材料中补充有不同程度的代码为U(重量/重量)的PEI纳米颗粒样品。结果以抑制细菌生长的百分比表示。本试验测试了老化样品(1天和7天)。UV和GPC分析-没有痕量的有机分子或聚合物。这些实验表明，这些复合物的生物活性并不是通过将化合物从所述复合物释放到介质中形成，所述活性与表面接触有关。实施例14.通过还原胺化形成季铵虽然通过使用长链卤代烷进行聚铵的直接烷基化，然后使用甲基卤化物进行甲基化可以提供季铵基团，但是这种烷基化是随机的，可能会有超过一个长链垸基连接在氨基.匕对聚胺进行受控季铵化的另一种可选择的方法是首先通过还原胺化将长链烷基连接在伯胺上。在此过程中，诸如平均具有25%的伯胺的支化聚乙烯亚胺等聚胺与具有由415个碳构成的链的正构醛反应，形成仅具有伯胺的相应的亚胺衍生物。然后将亚胺还原为相应的仲胺。在接下来的步骤中，使用过量的甲基卤化物将仲胺和叔胺烷基化，以形成相应的季铵。此方法将获得可再生的季铵化的聚胺。实施例15.使用羟基反荷离子替换卤化物基团在碱性条件下，将获得的具有氯或碘反荷离子的季铵聚合物与AgO反应，其间会形成AgCl或Agl并从形成OH-铵衍生物的溶液中沉淀出来。然后通过将颗粒与HF溶液反应，可以将轻基改变为氟离子。实施例16.聚糖季铵颗粒通过下述方法之一获得可溶性或不溶性微粒状聚糖的季铵盐一种方法是氧化聚糖以形成聚醛，在下一步骤中将所述聚醛与低聚胺衍生物反应，所述低聚胺衍生物具有至少两个氨基，其中一个氨基是通过还原胺化与氧化的聚糖结合的伯胺，另一个胺则是含有长烷基链的具有抗微生物活性的季胺；另一种方法是如上述实施例中所述通过烷基化制备被转化为生物活性季铵基团的胺。实施例17:老化6个月后的活性图12显示的是加入了1重量X的交联PEI-季铵的修复样品在老化6个月后仍具有完全的抗菌活性。实施例18.阳离子聚糖颗粒制备一系列聚乙烯亚胺(PEI，MW=600)、与阿拉伯半乳聚糖(AG，支化聚糖，MW-25，000)、葡聚糖(Dex，线性1，6-多聚葡萄糖，MW=30,000)或支链淀粉(Pul，线性l，4-多聚葡萄糖，MW=50，000)结合的精胺和亚精胺。在将聚糖氧化为聚醛之后，通过胺或亚胺键结合所述低聚胺。对于生物活性测试聚合物之间的差异是1.所使用的低聚胺，或者PEI，或者精胺或亚精胺；2.聚糖的类型，AG、支链淀粉或Dex;3.键的类型是胺或亚胺；和4.每个糖类单元中的低聚胺含量。此处所用的縮写为-AG(l:1):通过将1摩尔糖类单元与1摩尔高碘酸盐反应制备的氧化的阿拉伯半乳聚糖(35%的糖类单元被转化为二醛)；-AG(1:5):通过将1摩尔糖类单元与0.2摩尔高碘酸盐反应制备的氧化的阿拉伯半乳聚糖(8%的糖类被转化为二醛)-D(1:1):通过将1摩尔糖类与1摩尔高碘酸盐反应制备的氧化的葡聚糖(50。/。的糖类单元被转化为二醛)；-P(1:1):通过将1摩尔糖类单元与1摩尔离碘酸盐反应制备的氧化的支链淀粉(氧化度未确定)；-PEI:聚乙烯亚胺(Mw=600);-Red:还原结合物(胺键)；-Unred:未还原结合物(亚胺实施例19.合成阳离子聚糖结合物通过还原胺化制备聚糖-PEI交联结合物。通过将聚糖与诸如高碘酸盐等氧化剂反应氧化聚糖。然后在浓縮溶液中使氧化的聚糖与低聚胺反应以诱导交联。在一-个典型的实验中，将0.5g氧化的阿拉伯半乳聚糖(1:5，0.5mmol乙醛)禾卩0.18gPEI(0.625mmol)溶解在2ml硼酸故缓冲液(0.1M，pH=ll)中。在室温下搅拌该溶液48小时。使用截留值为12,000的纤维素管针对DDW透析一半溶液(10ml),并进行冷冻f燥，以获得不溶于水的亚胺结合物。将另一半溶液与过量的硼氣化钠在室温下反应过夜，针对DDW透析，并进行冻干，以获得溶于水的胺结合物。乙醛/PEI(1:1.25，摩尔比)通过使用相应的聚糖替换AG，类似地制备葡聚糖和支链淀粉结合物。此外，使用此方法将精胺、亚精胺和其它低聚胺与不同的聚糖结合。使用前述壳聚糖和聚乙烯亚胺所用的方法季铵化低聚胺结合物。在一个实验中，将低聚胺-聚糖结合物与l-溴-辛垸反应，然后再与甲基溴反应，获得需要的季铵颗粒。所述颗粒在杀灭细菌方面极为有效。实施例20:季铵甲基苯乙烯类抗微生物树脂A.使用溴代辛垸将聚苯乙烯甲胺烷基化采用下述方法进行N-垸基化将分散在100ml无水乙醇中的交联聚苯乙烯甲胺(10g，74.5mmol单体单元)与过量的溴代辛烷(llOmmol，19.3ml)以1:1.5的摩尔比(聚苯乙烯甲胺单元/溴代辛垸)反应。在回流条件下执行烷基化步骤24小时。加入溶解在最少量甲醇中的过量的NaOH(2等摩尔)，以中和释放的HBr。在相同条件下继续再进行中和反应24小时。冷却至室温后，滤出获得的产物，并使用丙酮和DDW洗涤，以分别除去痕量的溴代辛烷和NaBr，并用P20s真空千燥。作为乂一种选择，可以通过使用具有4个以上碳原子的碳链的正构醛还原胺化来实现对氮基屮基化的基团的单烷基化。元素分析C(%)=58-32，H(%)=7.79，N(%)=4.01，Br(%)=20.78。B.辛垸烷基化的聚苯乙烯甲胺的甲基化将分散在20ml无水乙醇中的预先烷基化的聚苯乙烯甲胺(2.01g，8.1mmol单体单元)与1.27ml甲基以1:2.5的摩尔比(单体单元/碘甲烷)反应。在600'C下继续进行甲基化48小时。加入等摩尔量的碳酸氢钠C0.02mo1，2g)，以收集甲基化步骤中释放的HI。在相同条件下再继续进行中和反应24小时。滤出获得的产物，并使用丙酮和DDW洗涤，以分别除去痕量的碘甲垸和碳酸氢钠，并用P20s进行真空干燥。元素分析:C(o/o"54.85，H(%)=6.77，N(%)=3.50，I(%)=31.14。C.壳聚糖纳米颗粒的制备一旦向壳聚糖溶液中加入三聚磷酸盐水溶液，将会自发获得纳米颗粒。将壳聚糖溶解在0.05%(w/v)的乙酸溶液中，使其浓度为0.25%，并使用0.5%(w/v)的NaOH溶液将pH调整为5.5。将三聚磷酸盐以0.2。％(w/v)的浓度溶解在纯水中。然后，向2.5ml壳聚糖溶液中加入0.8ml该三聚磷酸盐溶液，从而引起纳米颗粒的形成。该纳米颗粒悬浮液最终的pH为6.4。通过调整壳聚糖和三聚磷酸盐的比例，获得平均尺寸不同的纳米颗粒。D.使用不同的烷基溴化物垸基化壳聚糖将2g壳聚糖加入40ml的2-丙醇/4N的氢氧化钠溶液，并在70°C下搅拌30分钟。将来自丁基溴、辛基溴、十二烷基溴和十六烷基溴的烷基溴化物逐滴加入到该混合物中并使之反应4小时，然后离心该反应、混合物。使用乙醇洗涤获得的沉淀，然后进行真空千燥，以获得烷基化的壳聚糖衍生物。使用CelluSepHl膜(MWCO-12000)针对水透析所获得的烷基化的壳聚糖衍生物3天。通过电势滴定确定取代度。权利要求1.一种含有至少一种脂肪族聚合物的颗粒，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，所述抗微生物活性季铵基团的表面密度至少为1个抗微生物活性季铵基团/nm2。2.—种含有至少一种脂肪族聚合物的颗粒，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，其中所述抗微生物活性季铵基团含有一个与氮原子相连的长垸基。3.如权利要求1所述的颗粒，其中所述抗微生物活性季铵基团含有--个与氮原子相连的长烷基。4.如权利要求2所述的颗粒，其中所述抗微生物活性季铵基团的表面密度至少为1个抗微生物活性季铵基团/nm2。5.—种含有至少一种脂肪族聚合物的颗粒，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团，所述抗微生物活性季铵基团的表面密度至少为1个抗微生物活性季铵基团/m^，其屮所述抗微^物活忭季铵基团含有一个与氮原子相连的长烷基。6.如前述权利要求任一项所述的颗粒，其屮所述至少种脂肪族聚合物选自聚乙烯亚胺(PEI)、聚乙烯胺(PVA)、聚烯内胺(PAA)、聚内烯酸氨基乙酯、氨甲基化苯乙烯聚合物、具有悬挂的烷基-氨基的多肽、和壳聚糖。7.如前述权利要求任一项所述的颗粒，所述颗粒的尺寸为10nm10000nm。8.如权利要求7所述的颗粒，所述颗粒的尺寸小于或等于150nrn。9.如权利要求7所述的颗粒，所述颗粒的尺寸大于或等于30nm。10.如前述权利要求任一项所述的颗粒，其中所述至少一种脂肪族聚合物为交联聚合物。11.如权利要求10所述的颗粒，其中交联度为1%20%。12.如前述权利要求任一项所述的颗粒，其中所述长烷基具有大于或等于4个碳原子。13.如权利要求12所述的颗粒，其中所述长烷基具有410个碳原子。14.如权利要求13所述的颗粒，其中所述长烷基具有6、7或8个碳原子。15.如前述权利要求任一项所述的颗粒，其中所述季铵基团是使用氟阴离子来平衡。16.如前述权利要求任一项所述的颗粒，其中所述聚合物中有至少10%的胺基为所述抗微生物活性季铵基团。17.如前述权利要求任一项所述的颗粒，所述颗粒具有能够与主体聚合物或与其单体反应的官能团，以使所述颗粒化学结合在所述主体聚合物上。18.如前述权利要求任一项所述的颗粒，所述颗粒被包埋在液体或固体介质中。19.如权利要求18所述的颗粒，其中所述介质为聚合物基质。20.—种聚合物基质，所述聚合物基质含有包埋了如权利要求1至19任一项所述的颗粒的聚合物1:体。21.如权利要求20所述的聚合物基质，其中所述颗粒均匀分布在所述基质的外表面上，所述颗粒的表面浓度为约1约100个颗粒/Vm2。22.如权利要求20或21所述的聚合物基质，所述聚合物基质在其每Mm2的外表面上平均具有至少一个活性部分，所述活性部分的尺寸至少为100nm2;所述活性部分的表面浓度至少为1个抗微生物活性季铵/nm2。23.如权利要求20至22任一项所述的聚合物基质，其中所述聚合物颗粒化学结合在所述聚合物基质上。24.如权利要求20至23任一项所述的聚合物基质，所述聚合物基质还包含强还原剂或强氧化剂。25.—种通过将生物物种与如权利要求20辛:24任项所述的聚合物基质接触来抑制所述生物物种的方法。26.如权利要求25所述的方法，所述方法能够有效消灭至少95%的所接触的生物物种。27.如权利要求26所述的方法，所述方法可以有效消灭至少99%的所接触的生物物种。28.如权利要求25至27所述的方法，其中所述生物物种选自细菌、寄生虫、真菌和病毒。29.如权利要求25所述的方法，其中所述聚合物基质含有至多5重量％的聚合物颗粒。30.—种在如权利要求1至19任一项所述的颗粒中使用的脂肪族聚合物，所述聚合物具有含有氮原子的季铵基团，其中所述氮原子仅有一个键与所述聚合物相连，另外三个键则与非聚合物基团相连，所述非聚合物基团中恰好有一个是具有大于或等于4个碳原子的烷基链。31.如权利要求30所述的聚合物，其中至少90%的所述季铵基团具有抗微生物活性。32.如权利要求30或31所述的聚合物，其中不是所述具有大于或等于4个碳原子的烷基的非聚合物基团中有一个或多个是具有小于或等于3个碳原子的短烷基。33.如权利耍求32所述的聚合物，其中所述短烷基为甲基。34.如权利要求30至33任一项所述的聚合物，其中所述季铵基团是使用氟阴离子来平衡。35.如权利要求30至34任一项所述的聚合物，所述聚合物为交联聚合物。36.—种获得如权利要求20至24任一项所述的聚合物基质的方法，所述方法包括向主体聚合物中加入表面活性化合物和如权利要求1至19任一项所述的颗粒，并混合以获得均质的聚合物基质。37.—种获得如权利要求20至24任一项所述的聚合物基质的方法，所述方法包括将主体聚合物与增容剂混合，然后再与如权利要求1至19任一项所述的颗粒混合。38.如权利要求37所述的方法，其中所述增容剂选自所述主体聚合物的单体；用于制备所述颗粒的聚合物的单体；所述主休聚合物的单体的低聚物；所述颗粒的聚合物的单体的低聚物；和由这两种聚合物的单体制备的低聚物。39.—种获得如权利要求20至24任一项所述的聚合物基质的方法，所述方法还包括在所述聚合物颗粒的存在下聚合主体的单体。40.—种获得如权利要求30至35任一项所述的脂肪族聚合物的方法，所述方法包括(a)提供具有伯胺基团的聚合物；(b)使用包含全少4个碳原子的烷基选择性地取代每个伯胺上的一个氢原子；和(c)使用具有l、2或3个碳原子的短烷基取代其它胺基氢原子(如果存在)。41.如前述权利要求任一项所述的组合物，其中消灭生物物种的活性不会流失，所述活性能够保持超过6个月。全文摘要本发明提供了形成非析出性持续抗微生物聚合组合物的抗微生物纳米颗粒添加剂。所述颗粒包含至少一种脂肪族聚合物，所述脂肪族聚合物具有与其化学结合的抗微生物活性季铵基团。本发明的颗粒可用于抑制微生物群体和生物膜。本发明还提供了制备该颗粒的方法和使用所述颗粒抑制微生物的方法。文档编号A01N25/12GK101160048SQ200680001723公开日2008年4月9日申请日期2006年1月1日优先权日2004年12月30日发明者亚伯拉罕·J·多姆,尼里·贝斯,欧文·I·魏斯,艾拉·法伯,迈克尔·佩雷·戴卫迪申请人:哈达斯特医学研究服务与开发有限公司;耶路撒冷希伯来大学伊萨姆研发公司