本發(fā)明屬于功能高分子技術(shù)領(lǐng)域，也屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的抗菌水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

水凝膠是一種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高聚物，具有良好的吸水、溶脹和滲透性等，因此，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料、食品和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。根據(jù)水凝膠本身能否對外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)，可以分為普通水凝膠和智能水凝膠。大部分的水凝膠由化學(xué)交聯(lián)形成，也可以是物理交聯(lián)。目前醫(yī)藥領(lǐng)域的水凝膠產(chǎn)品較多采用化學(xué)交聯(lián)，然而，化學(xué)交聯(lián)過程中添加的交聯(lián)劑一般都有毒副作用，且難以清除干凈。因此解決這些問題需要更復(fù)雜的后處理工藝，且在應(yīng)用方面受到了一定的限制。

海藻酸鈉為一種天然高分子多糖，其結(jié)構(gòu)由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸組成，具有良好的生物相容性且無毒，在水溶液中可表現(xiàn)出聚陰離子行為，具有一定黏附性，可用作藥物載體和食品添加劑等。由于海藻酸鈉結(jié)構(gòu)中存在大量的羥基和羧基，可以通過離子交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)將其制成水凝膠。相對于化學(xué)交聯(lián)，物理交聯(lián)(如鈣離子交聯(lián))可以減少后期化學(xué)交聯(lián)劑的清除過程。海藻酸鈉水凝膠除了上述原料的特性外，還具有優(yōu)異的機械性能，是一種理想的生物醫(yī)用材料。然而，在使用過程中，由于該水凝膠沒有抗菌性從而無法滿足某些具體需要，通過引入抗菌組分可以提高其抗菌性能。

近年來，聚酰胺-胺作為一種新型合成抗菌分子引起了廣泛關(guān)注。因為高度支化、對稱、呈輻射狀的樹狀分子結(jié)構(gòu)中含有大量的末端氨基，所以使其不僅具有突出的抗菌性，而且不易產(chǎn)生耐藥性。本發(fā)明針對傳統(tǒng)海藻酸鈉水凝膠缺少抗菌性的問題，采用聚酰胺-胺作為抗菌組分，研發(fā)了一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠。該水凝膠拓寬了傳統(tǒng)海藻酸鈉水凝膠的使用范圍，有望應(yīng)用于生物醫(yī)用材料，如創(chuàng)面修復(fù)材料和藥物載體等，因此具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提供一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的抗菌水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，由海藻酸鈉和聚酰胺-胺樹狀分子在交聯(lián)劑的作用下通過物理交聯(lián)制備而成，所述聚酰胺-胺樹狀分子通過其上大量的氨基與海藻酸鈉的羧基間靜電作用而被有效負(fù)載，所述海藻酸鈉和聚酰胺-胺樹狀分子的用量總和為100重量份，其中，所述海藻酸鈉的用量為60～95重量份，所述聚酰胺-胺樹狀分子的用量為5～40重量份。

上述方案中，所述交聯(lián)劑為碳酸鈣和葡萄糖酸內(nèi)酯(D-gluconic acidδ-lactone，GDL)，所述交聯(lián)劑的用量為：碳酸鈣與海藻酸鈉的摩爾比為大于0.3；碳酸鈣與葡萄糖酸內(nèi)酯的摩爾比為1:2。

上述方案中，所述聚酰胺-胺樹狀分子的代數(shù)為1代～5代。

上述負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)將海藻酸鈉加入到水中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙夂蟮玫胶Ｔ逅徕c溶液；

(2)將聚酰胺-胺樹狀分子溶于水，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為中性，得到聚酰胺-胺樹狀分子溶液；

(3)將聚酰胺-胺樹狀分子溶液加入到海藻酸鈉溶液中，混合均勻后，加入碳酸鈣粉末快速攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸內(nèi)酯粉末并充分?jǐn)嚢杈鶆颍o置，通過緩慢釋放鈣離子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，用水洗干燥，即得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠。

上述方案中，所述海藻酸鈉溶液的質(zhì)量百分濃度為1～5％。

上述方案中，所述交聯(lián)反應(yīng)的時間大于6小時。

上述方案中，所述干燥為冷凍干燥或烘干，所述烘干的溫度低于60℃。

上述負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用，如創(chuàng)面修復(fù)材料和藥物載體等。

本發(fā)明的有益效果如下：(1)本發(fā)明以海藻酸鈉和聚酰胺-胺樹狀分子為原料，在交聯(lián)劑作用下，通過物理交聯(lián)法獲得負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，其中聚酰胺-胺樹狀分子通過其自身大量氨基與海藻酸鈉中羧基間靜電作用而被有效負(fù)載；相對于化學(xué)交聯(lián)，所采用的物理交聯(lián)劑無毒無害，無環(huán)境污染，可以減少后期化學(xué)交聯(lián)劑的清除過程；(2)本發(fā)明所述負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性菌都具有良好的抗菌性能，且抗菌性能均隨著水凝膠中聚酰胺-胺樹狀分子含量先增加后降低；(3)本發(fā)明所述負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠具有良好的溶脹和pH敏感性，在pH 1.0和pH 7.4環(huán)境中的溶脹度分別可達(dá)到1.04(g/g)和8.46(g/g)，且在pH 7.4中溶脹顯著大于pH 1.0中溶脹；(4)本發(fā)明所述負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉水凝膠的抗菌和溶脹性能可根據(jù)不同使用需要，通過改變海藻酸鈉濃度、聚酰胺-胺樹狀分子用量和交聯(lián)劑用量等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)控；(5)本發(fā)明制備方法工藝簡單，成本低，有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1為負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠的掃描電鏡圖。

圖3為不同聚酰胺-胺樹狀分子含量的水凝膠抗菌性能(抗大腸桿菌)。

圖4為不同聚酰胺-胺樹狀分子含量的水凝膠抗菌性能(抗金黃色葡萄球菌)。

圖5為不同海藻酸鈉濃度的水凝膠溶脹性能(pH＝1.0和pH＝7.4)。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，聚酰胺-胺樹狀分子和海藻酸鈉的用量見下表1，交聯(lián)劑碳酸鈣的用量為0.7(碳酸鈣與海藻酸鈉摩爾比)，葡萄糖酸內(nèi)酯的用量為2:1(葡萄糖酸內(nèi)酯與碳酸鈣的摩爾比)；所述聚酰胺-胺樹狀分子的代數(shù)為2代。

表1抗菌水凝膠中各原料組分的用量

一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，通過如下方法制備得到：

(1)按照表1中各原料用量稱取原料；

(2)將海藻酸鈉加入到水中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙夂蟮玫劫|(zhì)量百分濃度為3％的海藻酸鈉溶液；

(3)將聚酰胺-胺樹狀分子溶于水，通過鹽酸調(diào)節(jié)pH值為中性，得到聚酰胺-胺樹狀分子溶液；

(4)將聚酰胺-胺樹狀分子溶液加入到海藻酸鈉溶液中，混合均勻后，接著加入碳酸鈣粉末快速攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸內(nèi)酯粉末并充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置，通過緩慢釋放鈣離子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)24小時；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，用水洗滌，最后冷凍干燥即可得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠。

本實施例制備得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，截面微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片見圖2。水凝膠的抗菌性能采用吸光度法進(jìn)行測試，抑菌率按式(1)計算：

A₀為不加水凝膠的細(xì)菌培養(yǎng)基吸光度，A為加入水凝膠的細(xì)菌培養(yǎng)基吸光度。

水凝膠對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的抗菌性能分別見圖3(抗金黃色葡萄球菌)和圖4(抗大腸桿菌)。圖1說明了聚酰胺-胺樹狀分子在水凝膠中的存在形式為直接物理包覆，或通過其自身大量氨基與海藻酸鈉中羧基間靜電作用而被有效負(fù)載。圖2的掃描電鏡結(jié)果表明水凝膠被成功制備，且形成了良好且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從圖1和圖2可以看出，本發(fā)明中聚酰胺-胺樹狀分子中大量氨基與海藻酸鈉中羧基之間形成了一種新的離子間相互作用，并且使得聚酰胺-胺樹狀分子通過該離子間相互作用從而被有效負(fù)載在水凝膠中；圖3～4水凝膠的抗菌結(jié)果表明：負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉水凝膠具有良好的抗菌性能(對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌)，且抗菌性能均隨著水凝膠中聚酰胺-胺樹狀分子含量先增加后降低。

實施例2

一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，通過如下方法制備得到：

(1)稱取原料：海藻酸鈉80％，聚酰胺-胺樹狀分子20％，交聯(lián)劑碳酸鈣的用量為0.7(碳酸鈣與海藻酸鈉摩爾比)，葡萄糖酸內(nèi)酯的用量為2:1(葡萄糖酸內(nèi)酯與碳酸鈣的摩爾比)；

(2)將設(shè)定量的海藻酸鈉分別加入到水中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙夂蟮玫劫|(zhì)量百分濃度為1～5％的海藻酸鈉溶液；

(3)將聚酰胺-胺樹狀分子溶于水，通過鹽酸調(diào)節(jié)pH值為中性，得到聚酰胺-胺樹狀分子溶液；

(4)將聚酰胺-胺樹狀分子溶液加入到海藻酸鈉溶液中，混合均勻后，接著加入碳酸鈣粉末快速攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸內(nèi)酯粉末并充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置，通過緩慢釋放鈣離子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)24小時；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，用水洗滌，最后在低于60℃烘箱中干燥即可得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠。

水凝膠的溶脹性能采用稱重法進(jìn)行測試，溶脹度按式(2)計算：

W_t為t時刻的凝膠重量(g)，W₀為干燥后的凝膠初始質(zhì)量(g)。

本實施例制備得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠的溶脹性能結(jié)果見圖5。該圖為不同海藻酸鈉濃度制備得到的抗菌水凝膠在pH＝1.0和pH＝7.4的條件下的溶脹性能結(jié)果。結(jié)果表明，水凝膠在pH 1.0和pH 7.4環(huán)境中的最大溶脹度分別為0.97(g/g)和6.20(g/g)，具有良好的pH敏感性；并且溶脹度隨著海藻酸鈉濃度的增加先增大后降低。

實施例3

一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，通過如下方法制備得到：

(1)稱取原料：海藻酸鈉80％，聚酰胺-胺樹狀分子20％，交聯(lián)劑碳酸鈣的用量為0.3(碳酸鈣與海藻酸鈉摩爾比)，葡萄糖酸內(nèi)酯的用量為2:1(葡萄糖酸內(nèi)酯與碳酸鈣的摩爾比)；

(2)將不同設(shè)定量的海藻酸鈉分別加入到水中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙夂蟮玫劫|(zhì)量百分濃度為3％的海藻酸鈉溶液；

(3)將聚酰胺-胺樹狀分子溶于水，通過鹽酸調(diào)節(jié)pH值為中性，得到聚酰胺-胺樹狀分子溶液；

(4)將聚酰胺-胺樹狀分子溶液加入到海藻酸鈉溶液中，混合均勻后，接著加入碳酸鈣粉末快速攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸內(nèi)酯粉末并充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置，通過緩慢釋放鈣離子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)24小時；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，用水洗滌，最后在低于60℃烘箱中干燥即可得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠。

本實施例制備得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠在pH＝1.0和pH＝7.4環(huán)境中的溶脹分別為0.44(g/g)和8.10(g/g)，抑菌率分別為55.29％(抗金黃色葡萄球菌)和57.65％(抗大腸桿菌)。

實施例4

一種負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠，通過如下方法制備得到：

(1)稱取原料：海藻酸鈉80％，聚酰胺-胺樹狀分子20％，交聯(lián)劑碳酸鈣的用量為0.5(碳酸鈣與海藻酸鈉摩爾比)，葡萄糖酸內(nèi)酯的用量為2:1(葡萄糖酸內(nèi)酯與碳酸鈣的摩爾比)；

(2)將不同設(shè)定量的海藻酸鈉分別加入到水中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙夂蟮玫劫|(zhì)量百分濃度為3％的海藻酸鈉溶液；

(3)將聚酰胺-胺樹狀分子溶于水，通過鹽酸調(diào)節(jié)pH值為中性，得到聚酰胺-胺樹狀分子溶液；

(4)將聚酰胺-胺樹狀分子溶液加入到海藻酸鈉溶液中，混合均勻后，接著加入碳酸鈣粉末快速攪拌均勻，然后加入葡萄糖酸內(nèi)酯粉末并充分?jǐn)嚢杈鶆颍o置，通過緩慢釋放鈣離子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)24h；

(5)反應(yīng)結(jié)束后，用水洗滌，最后于在低于60℃烘箱中干燥即可得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子交聯(lián)海藻酸鈉抗菌水凝膠。

本實施例制備得到負(fù)載聚酰胺-胺樹狀分子的海藻酸鈉抗菌水凝膠在pH＝1.0和pH＝7.4環(huán)境中的溶脹分別為0.38(g/g)和5.91(g/g)。抑菌率分別為48.89％(抗金黃色葡萄球菌)和40.04％(抗大腸桿菌)。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而并非對實施方式的限制。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。