一种新型生物膜抑制分子的可持续缓释方法与流程

本发明属于污染控制领域，具体涉及一种生物膜污染的长效控制方法。即通过缓释及再负载实现生物膜抑制分子d-氨基酸的可持续利用，从而长效控制生物膜污染。

背景技术：

生物膜污染是细菌微生物附着在固体表面同时为适应环境在生长繁殖过程中分泌胞外基质形成的。由于微生物在自然界中的广泛分布，导致生物膜污染存在于医学、食品、环境等众多领域，引起了伤口感染、食物腐化、环境污染等多种现象，是人类社会经济生活发展面临的重要问题。目前，针对生物膜污染开发了如高温灭菌、杀菌剂使用、新材料开发等多种控制手段。但是，这些方法分别存在操作复杂、成本高、环境毒副作用大等问题而难以规模化应用。因此亟需一种简便、经济、环境友好的生物膜污染控制新方法。

d-氨基酸是近年获得广泛关注的一种新型环境友好型生物膜抑制分子，在生物膜污染控制方面因具有高效、简便、生物友好的优势而显示出广阔的应用前景。但是，现有的d-氨基酸粗放使用方式存在利用率低、抗生物膜污染周期短等问题，不利于d-氨基酸长效控制生物膜污染。因此，开发d-氨基酸可持续利用方式成为实现d-氨基酸长效控制生物膜污染亟需解决的问题。

药物缓释概念为d-氨基酸长效控制生物膜污染提供了新思路。通过药物在载体材料中的扩散、渗透释放来提高其利用率，有利于延长药物的作用时间。而无机纳米材料高的负载能力和易得的优点在作为药物缓释载体方面具有显著优势。其中，纳米粘土材料埃洛石，因其较大的内腔结构和表面化学特性而成为良好的缓释载体材料。但是，单独的埃洛石纳米管在缓释药物过程中有突释的问题，会影响d-氨基酸利用率的提高。研究表明，构筑无机纳米颗粒和聚合物相结合的复合载体有利于抑制药物突释，提高被负载药物的稳定缓释效果。但是，无机纳米颗粒/聚合物复合载体在药物缓释完后由于聚合物的阻碍作用而很难再生使用，而这不利用d-氨基酸可持续释放控制生物膜污染。因此，构筑可再生的埃洛石/聚合物缓释载体对d-氨基酸长效控制生物膜污染具有重要意义。ph刺激响应材料为构筑可再生的埃洛石/聚合物缓释载体提供了可能。ph响应的弱聚电解质聚合物在环境ph变化的条件下，会产生构象上收缩和溶胀特性，该特性可用来调控药物渗透或扩散性能，实现对药物的缓释以及再负载。

基于以上分析，本发明采用纳米粘土埃洛石负载d-氨基酸，然后将负载d-氨基酸的埃洛石纳米管与具有ph响应的弱聚电解质通过层层组装方法构筑成具有ph响应的复合载体，在d-氨基酸缓释完后通过调控溶液ph改变复合载体构象再负载d-氨基酸，实现生物膜抑制分子d-氨基酸的可持续缓释，从而为长效控制微生物膜污染提供新策略。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型生物膜抑制分子的可持续缓释方法，解决d-氨基酸现有利用方式利用率低、抗生物膜污染周期短的问题，从而实现长效控制生物膜污染。即利用硫酸改性后的埃洛石负载d-氨基酸，然后在酸改埃洛石表面组装具有ph响应特性的阳离子型弱聚电解质和阴离子型弱聚电解质，制备能够缓释和再负载d-氨基酸的ph响应的埃洛石复合载体。

本发明通过以下技术方案来实现其目的。

(1)酸改性埃洛石(hnts)

称取天然的埃洛石，采用浓度为1-3m的硫酸(h2so4)，在50℃-80℃条件下处理1-5h，然后用蒸馏水清洗至中性。离心过滤烘干，制备成酸改性埃洛石(h2so4/hnts)。

(2)h2so4/hnts负载d-氨基酸(daa)

称取30-70mg的d-氨基酸(d-酪氨酸、d-亮氨酸、d-赖氨酸)粉末溶解在100ml醋酸溶液中，然后加入0.5-2g酸改埃洛石纳米管，室温下磁力搅拌12-24h。负载完成后，在4500rpm离心过滤，真空干燥箱中烘干待用。

(3)负载daa的h2so4/hnts表面组装ph响应弱聚电解质

利用层层组装技术在负载daa的h2so4/hnts材料表面组装阳离子弱聚电解质如聚烯丙基胺盐酸盐(pah)、聚乙烯胺(pva)等，阴离子弱聚电解质如聚丙烯酸(paa)、聚甲基丙烯酸(pma)等。阳离子弱聚电解质和阴离子弱聚电解质溶液浓度分别为2-5mg/ml，用hcl、naoh调节聚电解质溶液ph，保证聚电解质60-90％的解离。每次组装后，用蒸馏水清洗未吸附的聚电解质，离心得到(pah/paa)n/h2so4/hnts复合材料，其中n为组装层数。

(4)daa缓释实验

称取干燥后负载d-氨基酸的(pah/paa)n/h2so4/hnts复合材料0.5-2g，分散于ph＝7的蒸馏水，室温下搅拌释放，每隔一定时间取5ml混合液，然后加入5ml新鲜的蒸馏水来保持释放体积的恒定，取出的混合液用0.45μm滤膜过滤，用茚三酮比色法在570nm处测定d-氨基酸的释放量。

(5)daa再负载实验

称取50-100mg的d-氨基酸粉末溶解在100ml醋酸溶液中，加入0.5-2g已经释放完daa的(pah/paa)n/h2so4/hnts复合材料，用0.1mhcl调节溶液ph值至2-5，然后室温下磁力搅拌24h。d-氨基酸的再负载量通过茚三酮比色法测量。负载完成后，在4500rpm离心过滤，真空干燥箱中烘干待用。

以上制备的ph响应的埃洛石复合载体，酸改埃洛石提高了对d-氨基酸的负载量，弱聚电解质层的存在进一步延长了d-氨基酸的释放时间，提高了d-氨基酸的利用率，同时在d-氨基酸释放完后通过调节溶液ph值实现了d-氨基酸的再负载。本发明提供了一种生物膜抑制分子的可持续缓释方法，为实现长效控制生物膜污染提供了新策略。

附图说明

图1为实施例1得到的埃洛石纳米管酸改性后的透射电镜图。图a是纯埃

洛石，图b是酸改性后扩大内腔埃洛石。

图2为实施例1的(pah/paa)n/h2so4/hnts载体材料的制备示意图。

图3为实施例1得到的(pah/paa)1/h2so4/hnts缓释d-氨基酸性能图。

图4为实施例1得到的(pah/paa)1/h2so4/hnts再负载d-氨基酸性能图。

图5为实施例1得到的再负载d-氨基酸的(pah/paa)1/h2so4/hnts载体材

料缓释d-氨基酸性能图。

具体实施方式

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

(1)酸改性埃洛石(hnts)

称取天然的埃洛石，采用浓度为3m的硫酸(h2so4)，在50℃条件下处理5h，然后用蒸馏水清洗至中性。离心过滤烘干，制备成酸改性埃洛石(h2so4/hnts)。

(2)h2so4/hnts负载d-酪氨酸(daa)

称取50mg的d-酪氨酸粉末溶解在100ml醋酸溶液中，然后加入0.5gh2so4/hnts，室温下磁力搅拌24h。负载完成后，在4500rpm离心过滤，真空干燥箱中烘干待用。d-氨基酸的负载量通过茚三酮比色法在570nm处计算。

(3)负载daa的h2so4/hnts表面组装ph响应弱聚电解质

利用层层组装技术在负载daa的h2so4/hnts表面组装聚烯丙基胺盐酸盐(pah)、聚丙烯酸(paa)。pah和pah溶液浓度分别为2mg/ml，用0.1m的hcl、naoh调节聚电解质溶液ph＝6，保证聚电解质90％的解离。每次组装后，用ph＝6的蒸馏水清洗未吸附的聚电解质，然后离心清洗2min，吸附达到理想层数，离心得到(pah/paa)1/h2so4/hnts复合材料。

(4)daa缓释实验

称取干燥后负载d-酪氨酸的(pah/paa)1/h2so4/hnts复合材料0.5g，分散于ph＝7的蒸馏水，室温下200rpm搅拌释放，每隔一定时间取5ml混合液，然后加入5ml新鲜的蒸馏水来保持释放体积的恒定，取出的混合液用0.45μm滤膜过滤，茚三酮比色法测定daa释放量。

(5)daa再负载实验

称取50mg的d-酪氨酸粉末溶解在100ml醋酸溶液中，加入0.5g已经释放完daa的(pah/paa)1/h2so4/hnts复合材料，用0.1mhcl调节溶液ph值至3.2，然后室温下磁力搅拌24h。负载完成后，在4500rpm离心过滤，真空干燥箱中烘干待用。茚三酮比色法测定daa再负载量。

(6)再负载daa的(pah/paa)1/h2so4/hts材料缓释daa实验

参照步骤(4)。

以上通过酸改性以及层层组装技术制备的具有ph响应特性的(pah/paa)1/h2so4/hnts复合材料，酸改性扩大了hnts的内腔，对d-氨基酸的负载量从纯hnts的32.7mg/g提高到了改性后的58.8mg/g。酸改性hnts表面组装的pah/paa层对d-氨基酸的释放则起到了进一步地阻碍作用，实现了对d-氨基酸更好的缓释效果。当pah/paa组装层为1层时，d-氨基酸24h的累积释放率从52％降低到了25％以下。另外，通过调节溶液ph，改变了hnts表面组装的pah/paa层的溶胀性能，研究结果表明，组装1层pah/paa后，复合材料对d-氨基酸的再负载能力达到了46.24mg/g，并且对d-酪氨酸的缓释效果也得到了良好保持。

以上实例进一步证明了构筑的ph响应的埃洛石复合载体材料实现了生物膜抑制分子d-氨基酸的可持续缓释，为长效控制生物膜污染提供了新策略。