一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖及制备方法与应用与流程

本发明属于有机化学合成，具体涉及一种新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖及其制备方法，以及其在医用抗菌敷料领域及面膜领域中的应用。

背景技术：

1、壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，甲壳素在自然界分布广泛，储量仅居于纤维素之后，是第二大天然高分子。壳聚糖分子结构中的氨基基团比甲壳素分子中的乙酰氨基基团反应活性更强，使得该多糖具有优异的生物学功能并能进行化学修饰反应。壳聚糖具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，广泛应用于食品添加剂、纺织、农业、环保、美容保健、化妆品、抗菌剂、医用纤维、医用敷料、生物医用领域、医用可吸收材料、组织工程载体材料、医疗以及药物开发等众多领域和其他日用化学工业因此，壳聚糖被认为是比纤维素具有更大应用潜力的功能性生物材料。

2、多数研究认为，壳聚糖的抑菌性主要来源于分子链上带正电荷的取代基氨基。一般细菌的细胞常带有负电荷，带正电的基团与细菌蛋白质结合后使其改性并使细菌被絮凝、聚沉，从而抑制其繁殖能力。这就意味着壳聚糖需要在弱酸环境下才能发挥其抗菌性，但是在医疗领域作为敷料时，病人的伤口部分呈弱碱性，因此壳聚糖敷料的抗菌性就会大打折扣。目前医用敷料的抗菌改性主要是有两种形式：1.添加金属离子作为抗菌剂，比如银离子。但是银离子、锌离子作为一种重金属抗菌剂其抗菌机理不够明确，且大量进入人体内有一定的毒性，细胞毒性较大。2.添加有机类抗菌剂，如胍类抗菌剂等。此方法具有较大的抗菌剂溶出风险，影响细胞生长和组织修复，并且进入人体代谢系统也有一定的风险。

3、因此，开发一种利用化学接枝的方法对壳聚糖进行改性，把季铵盐分子接枝到壳聚糖分子链上，使壳聚糖即使在碱性环境下仍然具有较好的抗菌性能，是未来的发展方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖及其制备方法。改性后的壳聚糖具有较好的抗菌性。同时，还提供了改性后壳聚糖的应用方法。本发明原料丰富，原料价格低廉，反应条件温和，后处理简单，安全无毒，在医疗领域具有良好的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖，其特征在于，以壳聚糖和含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物为主要原料，通过缩合反应制备得到，具备抗菌性能，具有以下任意一种分子结构式：

4、

5、其中，n为正整数；r为碳链为1-16的饱和烷烃或不饱和烷烃；x为氟、氯、溴、碘。

6、进一步地，所述含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物以含羧基的喹啉/异喹啉为起始原料，通过与卤代烷烃反应制备得到，具有以下任意一种分子结构式：

7、

8、

9、其中，r为碳链为1-16的饱和烷烃或不饱和烷烃；x为氟、氯、溴、碘。

10、进一步地，所述含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物的制备原料卤代烷烃可以选择氯代烷烃，可以具有以下任意一种分子结构式：

11、

12、其中，r1为碳链为1的烷基链；r2为碳链为6的烷基链；r3为碳链为8的烷基链。

13、进一步地，本发明还提供一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

14、步骤1，含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物的制备，具体为：将含羧基喹啉/异喹啉和卤代烷烃按比例加入反应溶剂中，加热回流反应一定时间，通过薄层层析法确定反应进程，反应结束后除去溶剂，使用沉降法制备得到；

15、步骤2，新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的制备，具体为：将步骤1中制备的含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物与壳聚糖按比例混合，加入反应溶剂及催化剂，于70-90 ℃条件下反应1-3 h得到粗产品；经过纯化水洗涤、50-80℃条件下干燥2-4 h后制备得到。

16、进一步地，步骤1所述卤代烷烃为氯代烷烃或溴代烷烃的任意一种；所述反应溶剂为极性溶剂，包括乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种；该反应温度为80-120 ℃，反应时间为6-8 h。

17、进一步地，步骤1中含羧基喹啉/异喹啉与卤代烷烃添加摩尔比为1:0.95-1:1.2。

18、进一步地，步骤2中所述带羧酸基团的喹啉/异喹啉和壳聚糖的添加质量比为0.5-1：1，反应溶剂为四氢呋喃，催化剂为edcl（1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐）。

19、进一步地，本发明还一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的应用方法，其特征在于，按照新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖与未改性的壳聚糖0.02：1的质量比进行纺丝，制备得到新型抗菌敷料。

20、进一步地，所述新型抗菌敷料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌具有抗菌性，抗菌率可达99.99%。

21、进一步地，所述新型抗菌敷料成胶性能好，吸液量大，平均吸液量在20-40倍之间。

22、进一步地，所述新型抗菌敷料对痘痘型皮肤及美容后的皮肤具有消炎、镇痛作用，可以有效抑制痘痘生长及减少疤痕生成。

23、本发明的有益效果是：

24、1.本发明所提供的一种新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖具有安全、长效的接触式抗菌效果，在医用敷料领域及面膜领域中有着广泛的应用前景。

25、2.本发明所提供的一种含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物的制备方法，壳聚糖缩合接枝反应条件温和，操作简单，生产效率高，产率达到95%以上，便于进行批量化生产；抗菌剂通过化学键固定在壳聚糖分子链上，不会游离释放，与金属离子抗菌剂相比无溶出风险，无细胞毒性，更加安全。

26、3.本发明提供一种新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖的应用方法，按照新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖与未改性的壳聚糖的质量比例为0.02：1进行纺丝，通过常规的脱水、酸洗、脱水烘干等后续处理，制备得到的新型抗菌敷料具有吸液量大和成胶性好优异性能，其平均吸液率在20-40之间，可以有效吸收伤口渗液。并且根据湿法愈合理论，可以为创口提供一个持久有效的愈合环境促进伤口愈合。

27、4.发明提供一种新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖的应用方法，利用该方法制备得到的新型抗菌敷料对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌及真菌具有显著的抑菌性，抗菌性可达到99.99%。有效预防伤口感染，促进伤口愈合和修复。对痘痘型皮肤及美容后的皮肤同时具有消炎、镇痛作用，有效抑制痘痘生长及减少疤痕生成。

28、5.本发明原料丰富，原料价格低廉，反应条件温和，后处理简单，安全无毒，在医疗领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖，其特征在于，以壳聚糖和含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物为主要原料，通过缩合反应制备得到，具备抗菌性能，具有以下任意一种分子结构式：

2.根据权利要求1所述一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖，其特征在于，所述含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物以含羧基的喹啉/异喹啉为起始原料，通过与卤代烷烃反应制备得到，具有以下任意一种分子结构式：

3.根据权利要求2所述一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖，其特征在于，所述含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物具有以下任意一种分子结构式：

4.一种权利要求1-3所述任意一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的制备方法，其特征在于，步骤1所述卤代烷烃为氯代烷烃或溴代烷烃的任意一种；所述反应溶剂为极性溶剂，包括乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种；该反应温度为80-120℃，反应时间为6-8 h。

6.根据权利要求4所述的新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的制备方法，其特征在于，步骤1中含羧基喹啉/异喹啉与卤代烷烃添加摩尔比为1:0.95-1:1.2。

7.根据权利要求4所述的新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的制备方法，其特征在于，步骤2中所述带羧酸基团的喹啉/异喹啉和壳聚糖的添加质量比为0.5-1：1，反应溶剂为四氢呋喃，催化剂为edcl（1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐）。

8.一种权利要求1-3所述任意一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的应用方法，其特征在于，按照新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖与未改性的壳聚糖0.02：1的质量比进行纺丝，制备得到新型抗菌敷料。

9.一种权利要求8所述的一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的应用方法，其特征在于，所述新型抗菌敷料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌具有抗菌性，抗菌率可达99.99%。

10.一种权利要求8所述的一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的应用方法，其特征在于，所述新型抗菌敷料成胶性能好，吸液量大，平均吸液量在20-40倍之间。

11.一种权利要求8所述的一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖的应用方法，其特征在于，所述新型抗菌敷料对痘痘型皮肤及美容后的皮肤具有消炎、镇痛作用，可以有效抑制痘痘生长及减少疤痕生成。

技术总结
本发明属于有机化学合成技术领域，具体涉及一种新型喹啉/异喹啉类季铵盐改性壳聚糖及其制备方法，以及其在医用抗菌敷料领域及面膜领域中的应用。本发明提供一种新型喹啉/异喹啉季铵盐改性壳聚糖，其以壳聚糖和含羧基喹啉/异喹啉季铵盐化合物为主要原料，通过缩合反应制备得到，制备方法产率高，反应条件温和，且易于批量化生产。同时提供了一种利用改性壳聚糖制备医用抗菌敷料的方法，制得的抗菌敷料机械强度好，成胶性能优越，对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌及真菌具有显著的抑菌性，同时具有消炎、促进伤口愈合、修复的作用。本发明原料丰富，价格低廉，反应条件温和，后处理简单，安全无毒，应用前景良好。

技术研发人员：纪光前,翟胜娜,丁阳阳,赵竹,张洪亮,江利利,白丹丹,赵路颖,宋二然,程杰,王国锋,王国胜
受保护的技术使用者：河南驼人康君抗菌科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13