一种有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，包括(1)环氧聚硅氧烷季铵盐的合成，(2)胶原多肽的水解和(3)有机硅-胶原多肽抗菌材料的合成三个步骤。本发明利用环氧聚硅氧烷季铵盐中环氧的高反应活性与胶原多肽水解液反应，即通过环氧的开环反应将水解后的胶原多肽小分子引到硅氧烷链上，制备出有机硅-胶原多肽材料，制备过程简单；合成的有机硅-胶原多肽材料对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有良好的抑菌抗菌性，尤其是对金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌性能。
【专利说明】一种有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天然高分子领域，涉及胶原多肽材料的制备方法，尤其涉及一种有机 硅-胶原多肽抗菌材料制备方法。
【背景技术】
[0002] 胶原多肽（collagen)是哺乳动物体内含量最多的蛋白质生物大分子，在体内起 支持、保护、连接等多种作用。胶原多肽具有优良的可生物降解性、低抗原性、超生物相容性 等特点，而且亲水性强、抗张强度高、无毒、安全性好，因此已被认为是较好的天然生物材 料之一，在医药、化工、食品、化妆品、生物工程等众多领域被广泛应用。然而天然的胶原多 肽分子也存在着一些缺陷，如分子量大不易被吸收，机械性能差，易变质等，需要通过化学 改进的方法来克服其缺点。胶原多肽水解后的低分子产物具有与其相同的化学组成，故仍 保持着其所固有的绝大部分优良的物化性能（如胶体保护性、表面活性、保水性、粘结性、 乳化和起泡性等），并且还由于分子量的降低和溶解度的增大，使其更易被人体、皮肤等所 吸收。因而，首先对胶原多肽进行水解，能更有效地利用和扩大其分子中的活性基团；其次， 通过化学方法对其水解物进行化学接枝改性后，能更有效地用于制作美容化妆品、生物医 学材料、保健品、食品涂层包装材料、皮革复鞣填充剂、涂饰剂等。
[0003] 目前很多研究者对胶原多肽都进行不同方式的改性探索，以克服胶原多肽本身的 缺陷，提高其应用性。选择戊二醛做改性试剂对胶原蛋白进行改性，由于戊二醛的醛基与胶 原蛋白的氨基发生特异性交联后，可增加胶原蛋白的醛基、封闭氨基，并且改变蛋白质的分 子质量，从而使蛋白质的某些功能特性发生改变，并且其毒性小，与蛋白质反应时具有活性 高、反应快、结合量高、交联性能好、产品稳定等优点。这样可以通过对其进行改性，形成一 种新的物质来扩大其应用范围（曹健.废铬革屑中提取胶原蛋白的戊二醛改性研究[J]中 国皮革2005, 34(5) :21-26)。此外，中国专利文献CN103319729A公开了一种功能明胶改性 的方法；使用3, 4-二羟基苯甲酰氯改性剂改性后的明胶，其等电点下降至pH 1. 7-2. 1，在 人工胃液中成沉淀状，不崩解，聚丙烯酰胺凝胶电泳定量分析得出水解副反应程度可控。明 胶水解程度可控，水解后的小分子多肽易被人体吸收，并具有保健功能。
[0004] 中国专利文献CN1640913A公开了一种交联壳聚糖-季铵化水解胶原蛋白的制备 方法，涉及抗菌生物材料的制备；以蚕蛹壳聚糖和水解胶原蛋白为原料，加入交联剂进行交 联反应，制备出呈溶液或凝胶状的产品，后进行添加各种功能性因子，进而使其制备的生物 敷料具有抗菌性及透气好等特性，可广泛用于伤口修复，杀菌等方面。将甲基丙烯酰氧乙 基-十四烷基-二甲基溴化铵通过其双键接枝到胶原多肽表面，给天然高分子表面接枝上 抗菌基团，合成了高分子抗菌材料，为扩大胶原的应用范围开辟了新的途径。但是高分子 化后的季铵盐型抗菌材料的灭菌机理目前尚不十分清楚（雷万学.季铵盐型胶原衍生物的 合成、表征及生物学活性[J]河南工业大学学报，2008, 29 (2) :55-58)
[0005] 中国专利文献CNlO 1831723A公开了 一种三价铈改性的明胶抑菌纤维的制备方 法。采用三价铈溶液与明胶溶液共混，经过溶液纺丝，制备出的明胶纤维具有抗菌，抗凝血 抗水性等特点，使其在医学，纺织等领域具有广泛的应用前景。
[0006] 虽然很多文献都对明胶做改性探究，以期达到优化性质，扩大应用范围的目的，但 是改性明胶还是存在很多问题，如抗菌性能差，易霉变，产品储存不稳定，抗老化等方面不 足。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本发明提供一种有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] -种有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，步骤如下：
[0010] (1)环氧聚硅氧烷季铵盐的合成
[0011] 将叔氨基硅油溶于无水乙醇中，在40?60°C下，缓慢滴加环氧氯丙烷的无水乙醇 溶液，保持温度反应6?8h ;反应结束后，降至室温，旋转蒸发掉无水乙醇溶剂，用无水乙醚 洗脱6?8次，真空干燥20?30h，得环氧聚硅氧烷季铵盐；
[0012] ⑵胶原多肽的水解
[0013] 配置浓度为2?12wt%的胶原多肽水溶液，在碱性条件下进行水解，调节溶液的 pH值在7. 0?13,缓慢升温至30?65°C，水解5?9h，得胶原多肽水解液；
[0014] (3)有机硅-胶原多肽抗菌材料的合成
[0015] 按环氧聚硅氧烷季铵盐与胶原多肽水解液中伯氨基的摩尔比为（1?2) :1，将环 氧聚硅氧烷季铵盐滴加到胶原多肽水解液中，搅拌条件下，保持温度30?65°C，反应2? 8h ;将反应后的溶液pH调至中性；减压蒸馏去除50?80%的水，经-60?-40°C冷冻干燥 20?50h，即得有机硅-胶原多肽抗菌材料。
[0016] 根据本发明，优选的，步骤（1)中所述的叔氨基硅油与环氧氯丙烷的摩尔比为 I: (1. 2?L 5);反应温度为45?50°C。
[0017] 根据本发明，步骤（1)中用不同叔氨基含量的硅油，可得到不同季铵基团含量的 环氧聚娃氧烧季铵盐；优选的，叔氨基娃油中胺值为2. 500mmol/g?4. 500mmol/g。无水乙 醇作为反应溶剂，只要将叔氨基硅油和环氧氯丙烷溶解即可；优选的，制备得到的环氧聚硅 氧烷季铵盐的分子量优选3000?8000。
[0018] 根据本发明，优选的，步骤（2)中调节溶液的pH值在9.0?11，水解温度为40? 60。。。
[0019] 根据本发明，优选的，步骤（3)中反应温度为40?60°C ;
[0020] 优选的，冷冻干燥后再用丙酮溶液回流提取65_80h，除去未反应的环氧聚硅氧烷 季铵盐。
[0021] 本发明采用环氧聚硅氧烷季铵盐与胶原多肽水解液进行反应，制备出具有抑菌抗 菌性能的有机硅-胶原多肽材料，在食品、医用、化妆品等行业有广阔的应用前景。同时由 于结构的相似性，多肽与皮胶原间有很好的相容性，可用于制备革用助剂和柔软整理剂材 料，是一类低毒、绿色环保的抑菌抗菌材料。
[0022] 本发明的反应路线：
[0023]
【权利要求】
1. 一种有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，步骤如下： (1) 环氧聚硅氧烷季铵盐的合成 将叔氨基硅油溶于无水乙醇中，在40?60°C下，缓慢滴加环氧氯丙烷的无水乙醇溶 液，保持温度反应6?8h ;反应结束后，降至室温，旋转蒸发掉无水乙醇溶剂，用无水乙醚洗 脱6?8次，真空干燥20?30h，得环氧聚硅氧烷季铵盐； (2) 胶原多肽的水解 配置浓度为2?12wt %的胶原多肽水溶液，在碱性条件下进行水解，调节溶液的pH值 在7. 0?13,缓慢升温至30?65°C，水解5?9h，得胶原多肽水解液； (3) 有机硅-胶原多肽抗菌材料的合成 按环氧聚硅氧烷季铵盐与胶原多肽水解液中伯氨基的摩尔比为（1?2) :1，将环氧聚 硅氧烷季铵盐滴加到胶原多肽水解液中，搅拌条件下，保持温度30?65°C，反应2?8h ;将 反应后的溶液pH调至中性；减压蒸馏去除50?80%的水，经-60?-40°C冷冻干燥20? 50h，即得有机硅-胶原多肽抗菌材料。
2. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (1)中所述的叔氨基硅油与环氧氯丙烷的摩尔比为1: (1. 2?1. 5)。
3. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (1)中所述的反应温度为45?50°C。
4. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (1) 中所述的叔氨基娃油中胺值为2. 500mmol/g?4. 500mmol/g。
5. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (2) 中调节溶液的pH值在9.0?11。
6. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (2) 中水解温度为40?60°C。
7. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (3) 中反应温度为40?60°C。
8. 根据权利要求1所述的有机硅-胶原多肽抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤 (3)中冷冻干燥后再用丙酮溶液回流提取65-80h。
【文档编号】C08G77/26GK104262634SQ201410521621
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】李俊英, 杨鹏飞, 崔晓, 王世杰, 石磊, 郝传明 申请人:齐鲁工业大学