一种高包封率的聚合物载药纳米颗粒及其在涂料、表面膜材料中的应用的制作方法

本发明属于抗菌材料领域。具体地，涉及一种高包封率的聚合物载药纳米颗粒的制备及其在涂料、表面膜材料中的应用。

背景技术：

1、微生物是地球上最古老的物种之一，遍布一切生物群落，且广泛存在于人类生产与生活环境中。大多数微生物对人类无害，可用来制造食品、化学品等。但一部分如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌等微生物会在适当的环境条件下迅速繁殖，导致物质发霉、腐败以及伤口溃烂感染等，对人类健康造成了许多不利影响。

2、传统的抗菌方法包括紫外抗菌、酒精消毒、高温杀菌等，但以上策略存在着抗菌时效短、操作反复繁琐、使用环境受限、有潜在的安全风险等问题。如manuela lualdi等(bmcinfect dis.2021，21，594)设计了不同铝层掺入的复杂紫外线led灯补充当前医院对受sars-cov-2污染的表面的清洁和消毒，虽提高了安全性但是成本较高且具有抗菌滞后性。表面改性策略从根本上赋予了材料抗菌的性能，弥补了前者的缺陷，且高聚物在表面形成了致密平整的涂层。esmeryan,k.d.(mater.des.2018,160,395-404)受自然启发，利用超疏水结构来减少微生物附着，但并不具备杀菌或抑菌活性，在非疏水区域仍然有污染的风险；luyun cai等(j agric.food chem.2020,68，7453-7466)利用pickering乳液负载了抗菌肽，但药物载量与包封率较低，乳液稳定性较差。

3、因此，建立一种更加安全、稳定、持效的方法进行抗菌是十分必要的。缓释抗菌表面膜材料是一种新型的抗菌策略，其可在材料表面形成一层缓释抗菌膜，从而实现对表面微生物的持续抑制。与传统抗菌方法相比，缓释抗菌表面膜材料具有多种优点，例如可控性强、抑菌效果持久、不易迁移、对人体安全无害等。综上所述，采用一种稳定、易得的缓释载药体系，提升各种器械材料表面抗菌能力，具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有高包封率的聚合物载药纳米颗粒及其制备方法。该方法条件温和，成本低，操作简单，易于工业化生产。

2、本发明的另一目的是提供上述聚合物载药纳米颗粒的成膜方法。该方法包括一种涂料的制备方法以及基于该涂料的表面膜材料的制备方法。

3、本发明的另一目的是提供上述聚合物载药纳米颗粒在缓释抗菌表面膜材料中的应用。

4、一方面，本发明提供了一种具有高包封率的聚合物载药纳米颗粒及其制备方法。其通过乳液聚合制得，包括以下步骤：

5、在水中加入部分乳化剂，依次加入单体、抗菌药物，600rpm磁力搅拌3-12h，制得稳定的单体预乳液a；将部分引发剂用去离子水配成质量浓度3％-5％的溶液b；将碳酸氢钠和部分乳化剂用去离子水配成的溶液c；将部分引发剂用去离子水配成质量浓度2％-3％的溶液d；将氧化剂用去离子水配成质量浓度4％-6％的溶液e；将还原剂用去离子水配成质量浓度4％-6％的溶液f；将ph调节剂用去离子水配成质量浓度50％的溶液g。

6、在装有冷凝管、温度计和搅拌桨的1l夹套玻璃反应釜中加入溶液c，氮气置换后将反应温度升至85℃，开启搅拌；取5％质量的单体预乳液a作为种子加入反应釜，搅拌3-5min后加入溶液b；持续搅拌20-30min；之后，同时滴加单体预乳液a和溶液d，在3h内将剩余的单体预乳液a匀速加入；在3h 15min内将溶液d匀速加入。滴加完毕后，将反应温度降至65℃，同时滴加溶液e和溶液f，在30min内滴完。滴加完毕后，将反应温度降至40℃，一次性加入溶液g，搅拌10min后，ph值为8-9，过200目滤网即得聚合物载药纳米颗粒水分散体。

7、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的单体可为苯乙烯、丙烯酸类单体、甲基丙烯酸类单体中的一种或几种；更优选地，可为购自于安耐吉化学试剂公司的苯乙烯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯中的一种或几种；最优选地，单体可为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯。

8、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的引发剂种类可以为过氧化物、过硫酸盐或偶氮类引发剂；更优选地，可为购自于安耐吉化学试剂公司的过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁脒盐酸盐；最优选地，引发剂种类为偶氮二异丁腈或偶氮二异丁脒盐酸盐。

9、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的氧化还原体系可以为叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠、叔丁基过氧化氢/ff6m、过氧化苯甲酰/n，n-二甲基苯胺、过氧化苯甲酰/ff6m、过硫酸铵/亚硫酸氢钠或过氧化氢/ff6m；更优选地，氧化还原体系可为叔丁基过氧化氢/ff6m。ff6m购自于德国chemical公司。其余试剂购自于安耐吉化学试剂公司。

10、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的表面活性剂可以为购自于安耐吉化学试剂公司的非反应型表面活性剂十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、仲烷基磺酸钠，及购自日本adeka公司的反应型表面活性剂adeka reasoap se-10n、adeka reasoapsr-10、adeka reasoap sr-1025、adekareasoaper-10、adekareasoaper-20、adekareasoaper-30或adekareasoappp-70的一种或两种；更优选地，可为十二烷基苯磺酸钠、adekareasoap sr-10或adekareasoaper-30的一种或两种。

11、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的ph调节剂可以为购自安耐吉化学试剂公司的碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、二甲基乙醇胺、n-甲基乙醇胺、丁基乙醇胺等；更优选地，可为二甲基乙醇胺。

12、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒负载的抗菌药物为logp范围为0.5-6的具有抗菌作用的有机物，且不与引发剂产生反应；更优选地，为logp范围为1-3的具有抗菌作用的有机物，且不与引发剂产生反应；最优选地，为正-丁基-1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(cas4299-07-4)、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(cas 55406-53-6)、2-苯氧基乙醇(cas 122-99-6)或尼泊金乙酯(cas 120-47-8)，且不与引发剂产生反应。以上试剂购均购自于安耐吉化学试剂公司。

13、优选地，所述聚合物纳米颗粒制备过程中使用的单体添加量与水添加量比例(w/w)可为1∶0.5-1∶2，例如1：0.5、1∶0.8、1∶1、1∶1.2、1∶1.5、1∶1.8或1∶2等，更优选地，单体添加量与水添加量的比例为1∶1.1-1∶1.2。其中重量(w)以克(g)为单位计算。

14、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的引发剂添加量与单体添加量比例(w/w)可为1％-10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％；更优选地，引发剂添加量与单体添加量比例为3％-5％。其中重量(w)以克(g)为单位计算。

15、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的氧化还原体系添加量与单体添加量比例(w/w)为0.05％-0.5％，例如0.05％、0.06％、0.08％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％；更优选地，氧化还原体系添加量与单体添加量比例为0.2％。其中重量(w)以克(g)为单位计算。

16、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的抗菌药物添加量与单体添加量比例(w/w)为0.5％-10％，例如0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％；更优选地，抗菌药物添加量与单体添加量比例为1％。其中重量(w)以克(g)为单位计算。

17、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的反应温度可以为：初段80-90℃，中段60-70℃、末段35-45℃，例如80℃-65℃-40℃、80℃-60℃-45℃、85℃-65℃-45℃、85℃-70℃-40℃、85℃-70℃-45℃、90℃-60℃-45℃或90℃-65℃-45℃等；更优选地，反应温度可以为：初段85℃，中段65℃、末段40℃。

18、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒制备过程中使用的ph调节剂添加量与单体添加量比例(w/w)可为0.05％-2％，例如0.05％、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.5％或2％；更优选地，ph调节剂添加量与单体添加量比例为0.4％.0.8％。其中重量(w)以克(g)为单位计算。

19、优选地，所述搅拌方式可以为机械搅拌，转速为200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、900rpm、1000rpm、1250rpm、1500rpm；更优选地，搅拌转速为1000rpm。

20、优选地，所述抗菌药物添加方式可以为在预乳液中加入或通过核壳聚合方式在壳层预乳液中共混加入；更优选地，添加方式为通过核壳聚合方式在壳层预乳液中共混加入。

21、优选地，所述聚合物载药纳米颗粒其重均分子量为20000-40000，平均粒径为100-200nm。

22、另一方面，本发明提供了基于上述聚合物载药纳米颗粒的涂料的制备方法。包括以下步骤；

23、称量聚合物纳米颗粒水分散体置于烧瓶中，加入质量比1∶1的去离子水进行稀释分散，而后加入5％交联剂、1.5％成膜助剂、0.3％润湿流平剂、0.03％消泡剂等助剂，利用磁力搅拌器800rpm搅拌10min，充分分散各类助剂的加入比均为助剂质量与水稀释后的聚合物纳米颗粒水分散体质量之比。

24、优选地，所述交联剂可为购自万华化学公司的aquolin 268、aquolin 269、aquolin 270、aquolin 278或aquolin 280等；更优选地，可为aquolin 268。

25、优选地，所述成膜助剂可为乙二醇、丙二醇、已二醇、二丙二醇正丁醚、二丙二醇单甲醚、聚乙二醇(分子量200)、乙二醇丁醚醋酸酯或双醋酸已二醇酯等；更优选地，可为二丙二醇单甲醚。

26、优选地，所述润湿流平剂可为购自毕克公司的byk-151、byk-153、byk-301、byk-333、byk-346、byk-348或byk-361n等的一种或两种；更优选地，可为byk-333或byk-346的一种或两种。

27、优选地，所述消泡剂可为购自赢创特种化学(上海)有限公司的tego pren 5840、tego pren 5885、tego airex 902w、surfynolad01、surfynol md20或surfynol 465等；更优选地，可为tegoairex 902w。

28、第三方面，本发明提供了一种基于上述涂料的表面成膜方法。将上述涂料通过交联成膜方式在基材表面成膜，包括以下步骤：

29、称取1.00g涂料滴于基材表面，而后利用湿膜涂布器在基材表面水平刮膜，静置，待水分挥发挥发后即得表面膜材料。

30、优选地，所述基材可为尼龙布、玻璃板、工程塑料合金板(abs+pc)、热塑性聚酯板(pet)或碳纤维板等。所述基材包括但不限于以上基材种类。

31、第四方面，本发明提供了上述缓释抗菌表面膜材料的应用。通过上述简便、快捷、可靠的成膜过程，在各类基材表面制备表面膜材料。通过对缓释抗菌表面膜材料进行抗霉菌、抗细菌测试，评价了材料的抗菌效果。与此同时，利用水透析法进行缓释能力测试，评价材料的缓释效果。此外，进一步对表面膜材料的生物安全性进行了研究。从而实现在环境中与人接触的常用器械的安全、高效的缓释抗菌效果。

32、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

33、一是首次建立了以高包封率负载负载不同log p值的抗菌药物的聚合物载药纳米颗粒的合成方法，药物包封率可达90％以上。采用反应型表面活性剂完全替代了传统游离型表面活性剂，降低了聚合物纳米颗粒体系的潜在毒性，提升了水分散体的稳定性与均一度。二是首次将聚合物载药纳米颗粒的水分散体成膜过程应用于抗菌表面成膜领域。基于此可制备出透明、机械强度较高、耐化性能较好的表面膜材料。交联成膜法其异氰酸酯基团残留量<1％，进一步降低了材料的潜在毒性。三是实现了以缓释抗菌表面材料为基础对各类基材进行表面改性，进而实现表面抗菌。制备的表面膜材料缓释抗菌性能较优，同时生物安全性评价较好，可实现对常见细菌、霉菌的长效广谱抗菌。