專利名稱：一種pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于高分子納米生物醫(yī)藥材料領域，具體涉及ー種PH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著高分子合成方法(ATRP、RAFT、NMP, R0P、點擊化學)和表征技術(shù)的發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)和功能的嵌段聚合物如雨后春筍般被合成出來。由于嵌段聚合物其不同鏈段性能的差異，使得嵌段聚合物在很多領域都有很廣泛的應用，其中ー個很重要的應用就是嵌段聚合物在選擇性溶劑中組裝成各種形態(tài)的納/微米粒子成為可能。目前發(fā)現(xiàn)的聚合物 組裝體形態(tài)主要有球形膠束、棒狀膠束、圓盤狀膠束、球形囊泡、碗狀囊泡、多層囊泡、大復合囊泡、片狀、管狀、纖維狀、樹枝狀等。其中球形膠束的形態(tài)最為廣泛。健康是人們最為關(guān)注的話題之一，然而，細菌無處不在、無孔不入，它們的傳播和蔓延嚴重威脅著人類的健康。利用殺菌和抗菌材料來殺滅和抑制有害細菌的生長、繁殖是提高人類健康水平的ー個重要手段?？咕酆衔锸怯珊嘘栯x子的極性親水功能性鏈段和非極性疏水鏈段(或整個鏈段都疏水)，或者由ー種疏水単體和ー種親水性單體無規(guī)共聚得到的功能性基團構(gòu)成的。這樣的聚合物/共聚物結(jié)構(gòu)能夠提供很高的表面活性，吸附/解吸附能力和由高親油性導致的高細胞粘附親和性，從而有效地破壞組織結(jié)構(gòu)和細胞膜的完整性，最終使細胞膜破裂，細胞質(zhì)漏出，細胞溶解。目前，共價型高分子抗菌劑的研究主要集中于季銨鹽、吡啶鹽、胍鹽、鹵胺型、膦鹽等。聚2-叔丁基氨こ基甲基丙烯酸酯(PTA)是ー種新型聚合物，不需要季銨化，就具有很高的抗菌活性，同時對人體細胞的毒性很小，可用于防污油漆和涂料。聚氧こ烯(PEO)在水溶液中具有很好的親水性，并且無生物毒性，生物相容，是美國食品安全局批準的可用于人體的生物高分子材料。聚甲基丙烯酸ニこ氨基こ酯(TOEA)是ー種pH響應性的聚合物鏈段，其pfa = 7. 4，PDEA鏈段在低pH水中可溶，中性和堿性水中不溶。中國專利(CN101210062A，
公開日2008年7月2日)公開了ー種抗菌聚合物材料的制備方法，該聚合物材料是由抗菌齊聚物為主的多組分聚合物組成，該材料對人體安全，能起到一定的殺菌抑菌效果，可用于醫(yī)用和衛(wèi)生行業(yè)。中國專利(CN1241947A，
公開日2000年I月19日)公開了ー種抗菌劑涂布的形成水凝膠的吸收性聚合物制備方法，該產(chǎn)品可用于制備一次性吸收制品，如一次性尿布，具有一定的抗菌效果。上述制備的聚合物雖具有一定的抗菌抑菌效能，但其制備方法較為復雜，聚合物的抗菌效果不佳，同時以上聚合物的耐候性較差，不便于長期使用，更無法應用于生物醫(yī)學領域，尤其是難以長期應用于人體。針對目前抗菌聚合物抗菌抑菌效果不佳的原因，我們提出利用兩親性嵌段聚合物自組裝的方法制備抗菌聚合膠束，通過大幅度提高膠束表面的局部陽離子濃度，來大大提高聚合物的抗菌效果。該膠束既可以作為藥物的載體，同時自身具有很好的抗菌殺菌效果，而且該聚合物具有水溶性和生物降解性能，聚合物膠束具有良好的PH敏感性能，其結(jié)構(gòu)會隨著外界PH值的變換而發(fā)生變化，在生物醫(yī)學領域具有很廣泛的應用前景，國內(nèi)外還沒有相關(guān)專利發(fā)明出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束及其制備方法。該膠束具有良好的殺菌抑菌效果，同時具有很好的生物相容性和生物可降解性，聚合物膠束具有良好的pH敏感性能，其結(jié)構(gòu)會隨著外界pH值的變換而發(fā)生變化，膠束的核殼結(jié)構(gòu)也可以用作藥物載體材料。為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是
ー種pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束，所使用的聚合物為兩親性嵌段聚合 物PEO-A-PDEA-A-PTA，PDEA.PE0和PTA均為生物相容、生物可降解材料，該聚合物通過直接溶解法自組裝形成膠束；其中I3DEA形成膠束的內(nèi)核，PEO和PTA形成膠束的外殼，形成的膠束粒徑為2(Tl00nm，膠束表面帶有大量正電荷。本發(fā)明提供的ー種pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束的制備方法，具體步驟如下
(I)大分子引發(fā)劑PEO-Br的合成
聚氧こ烯(PEO)與2-溴異丁酰溴以I: (I 3)的摩爾比加入到燒瓶中，加入溶劑和三こ胺，三こ胺與2-溴異丁酰溴的摩爾比為I: (I 2)，反應進行12 40h。過濾、萃取、洗滌、溶解、沉淀，真空干燥得到大分子引發(fā)劑PEO-Br。(2) ATRP合成聚合物
將大分子引發(fā)劑PEO-Br、配體bpy、催化劑溴化亞銅和単體甲基丙烯酸ニこ氨基こ酯(DEA)加入到圓底燒瓶中，控制大分子引發(fā)劑PEO-Br、配體bpy和催化劑溴化亞銅的摩爾比為I :2 :(1 2)，大分子引發(fā)劑PEO-Br和単體甲基丙烯酸ニこ氨基こ酯(DEA)的摩爾比為I: (15 50);隨后加入溶劑反應8 36h，合成聚合物PEO-A-PDEA-A-Br。聚合物經(jīng)沉淀處理進行純化。隨后向PEO-A-PDEAi-Br中加入2-叔丁基氨こ基甲基丙烯酸酯(TA)和溶劑反應10 40h，合成聚合物PE0-6-PDEA-6-PTA ；PE0-/ -PDEA-^-Br和單體2-叔丁基氨こ基甲基丙烯酸酯(TA)的摩爾比為1:(20- 45)。(3)自組裝形成聚合物膠束
以8 20mg/mL的濃度將聚合物PE04-PDEA4-PTA溶解在pH為I 2的水中，在攪拌條件下，以10秒一滴的速度向溶液中滴加pH為1(Γ12的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值到7. 0 7. 8，隨后攪拌4 15小時，得到PEOj-PDEA-A-PTA膠束溶液。(4)聚合物膠束的抗菌性能測試
將步驟(3)得到的PE04-PDEA4-PTA膠束溶液加入到接種過大腸桿菌的LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)，測試其抗菌性能，PE04-PDEA4-PTA濃度為50 800 μ g. mじ1。本發(fā)明中，步驟(I)中所述聚氧こ烯PEO的分子量為1900 5000，步驟(2)中所述嵌段共聚物PE04-PDEA-6-PTA的相對分子量為4000 30000。
本發(fā)明中，步驟(I)、(2)、(3)中使用的溶劑均為甲苯、ニ氯甲烷、四氫呋喃、甲醇、丙酮、ニ甲亞砜或ニ甲基甲酰胺中的一至幾種。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是
(I)嵌段聚合物是利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)合成的，聚合物分子量分布較窄且結(jié)構(gòu)可控。(2)合成的嵌段聚合物為生物相容性的，其自組裝形成的膠束在不攜帶任何藥物的情況下，具有很好的抗菌和殺菌效果。(3)抗菌膠束應用于人體并不會產(chǎn)生毒害作用。同時，該聚合物膠束還可以包裹多種藥物，是理想的藥物載體。在這種情況下，多種抑菌和殺菌機制協(xié)同作用，可以大大提高抑菌和殺菌效果，降低細菌的抗藥性。(4)膠束能夠在水溶液中長期存在且具有良好的殺菌效果。
(5)聚合物膠束通過直接溶解的方法制備，方法簡單，適用范圍較廣，避免有機溶劑的殘留問題。(6)該膠束的PEO部分生物相容性良好，形成的膠束在人體中不易被免疫系統(tǒng)識另IJ，用于人體無排異反應。(7)該聚合物物膠束具有pH敏感性，其結(jié)構(gòu)會隨著外界的酸堿度的變化發(fā)生變化，在藥物載體方面的應用前景廣泛。
具體實施例方式下面通過實施例進ー步說明本發(fā)明。實施例I
(O大分子引發(fā)劑PEO43-Br的合成
將IOg片狀的PEO和250mL甲苯共沸蒸餾除去其中多余的水分，體系的溫度降到室溫，換成冰水浴，加入2mL三こ胺，I. 9mL 2-溴異丁酰溴的甲苯溶液20mL，反應進行40h，過濾，萃取，收集有機相，干燥，過濾，沉淀，抽濾，真空干燥，得到白色粉末狀大分子引發(fā)劑PEO43-Br0(2 ) ATRP合成聚合物
Ig大分子引發(fā)劑PEO43-Br, O. 033g催化劑溴化亞銅(CuBr), O. 078g配體bpy, O. 5g單體甲基丙烯酸ニこ氨基こ酯(DEA)，2mL甲醇溶劑加入到50mL的圓底燒瓶中，無水無氧在氮氣或氬氣的保護條件下，進行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)，溫度60°C，進行24h。隨后加入O. Sg 2-叔丁基氨こ基甲基丙烯酸酯(TA)，溫度60°C，進行24h。獲得的聚合物旋蒸、過硅膠柱子、反復溶解旋蒸、泵抽，最后放真空烘箱24h，得到嵌段聚合物PE0434-PDEA2(i4-PTA2Q，該聚合物在25°C室溫條件下較粘。( 3 )聚合物自組裝形成膠束
聚合物溶解PH=I的水中，配制20mg/mL的溶液，攪拌條件下，以10秒一滴的速度向溶解中滴加PH=IO的氫氧化鈉水溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值到7. 2。得到淺藍色膠束溶液。DLS(動態(tài)光散射)及TEM測試結(jié)果顯示膠束的粒徑在15nm左右。(4)聚合物膠束的抗菌性能測試
自組裝后得到的PEO43-み-PDEA2tl-み-PTA2tl膠束溶液加入到接種過大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)，測試其抗菌性能，PE043-^-PDEA20-^-PTA20膠束在培養(yǎng)基中的濃度為800，400，200，100，50 μ g. mじ1，24h后根據(jù)培養(yǎng)基的濁度來判斷膠束的抗菌性能。表I為Peo43-A-PdeA2ci-A-PTA2ci聚合物膠束對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌統(tǒng)計表。
權(quán)利要求
1.ー種pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束，其特征在于所使用的聚合物為兩親性嵌段聚合物PE04-PDEA4-PTA，PDEA.PEO和PTA均為生物相容、生物可降解材料，該聚合物通過直接溶解法自組裝形成膠束；其中I3DEA形成膠束的內(nèi)核，PEO和PTA形成膠束的外殼，形成的膠束粒徑為2(Tl00nm，膠束表面帶有大量正電荷。
2.一種如權(quán)利要求I所述的pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束的制備方法，其特征在于具體步驟如下 (1)大分子引發(fā)劑PEO-Br的合成 聚氧こ烯與2-溴異丁酰溴以I: (I 3)的摩爾比加入到燒瓶中，加入溶劑和三こ胺，三こ胺與2-溴異丁酰溴的摩爾比為I: (I 2)，反應進行12 40h ;過濾、萃取、洗滌、溶解、沉淀，真空干燥得到大分子引發(fā)劑PEO-Br ； (2)ATRP合成聚合物 將大分子引發(fā)劑PEO-Br、配體bpy、催化劑溴化亞銅和単體甲基丙烯酸ニこ氨基こ酯加入到圓底燒瓶中，控制大分子引發(fā)劑PEO-Br、配體bpy和催化劑溴化亞銅的摩爾比為I :2 : (I 2)，大分子引發(fā)劑PEO-Br和単體甲基丙烯酸ニこ氨基こ酯(DEA)的摩爾比為I: (15 50);隨后加入溶劑反應8 36h，合成聚合物PEO-A-PDEA-A-Br ;聚合物經(jīng)沉淀處理進行純化；隨后向PEOi-PDEA-A-Br中加入2-叔丁基氨こ基甲基丙烯酸酯和溶劑反應10 40h，合成聚合物PEO-A-PDEA-A-PTA ;ΡΕ0-6-PDEAj-Br和單體2-叔丁基氨こ基甲基丙烯酸酯的摩爾比為I: (20 45)； (3)自組裝形成聚合物膠束 以8 20mg/mL的濃度將聚合物PE04-PDEA4-PTA溶解在pH為I 2的水中，在攪拌條件下，以10秒一滴的速度向溶液中滴加pH為1(Γ12的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值到7. 0 7. 8，隨后攪拌4 15小時，得到PEOj-PDEA-A-PTA膠束溶液； (4)聚合物膠束的抗菌性能測試 將步驟(3)得到的PE04-PDEA4-PTA膠束溶液加入到接種過大腸桿菌的LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)，測試其抗菌性能，PE04-PDEA4-PTA濃度為50 800 μ g. mじ1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述聚氧こ烯PEO的分子量為1900 5000，步驟(2)中所述嵌段共聚物PEO-A-PDEA-A-PTA的相對分子量為4000 30000。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(I)、(2)、(3)中使用的溶劑均為甲苯、ニ氯甲烷、四氫呋喃、甲醇、丙酮、ニ甲亞砜或ニ甲基甲酰胺中的一至幾種。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子納米生物醫(yī)藥材料領域，具體涉及一種pH敏感且生物相容高效抗菌的聚合物膠束及其制備方法。兩親性嵌段聚合物通過直接溶解法自組裝形成膠束，該膠束表面帶有大量的正電荷，在不加入任何其他抗生素的條件下，本身就具有高效殺菌抑菌效果。同時該膠束具有很好的生物相容性和生物可降解性。聚合物膠束具有良好的pH敏感性能，其結(jié)構(gòu)會隨著外界pH值的變換而發(fā)生變化，膠束的核殼結(jié)構(gòu)可以包裹多種藥物，具有廣泛的應用前景。
文檔編號A61K31/785GK102702451SQ201210173988
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者杜建忠, 路航 申請人:同濟大學