阅读说明：本技术 一种季铵化含糖超支化聚合物及其制备方法和应用 (Quaternized sugar-containing hyperbranched polymer and preparation method and application thereof ) 是由 朱韵 李果 廖明佳 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种季铵化含糖超支化聚合物,步骤为：1)将1-(2-氨基乙基)哌嗪、聚乙二醇丙烯酸酯和氨基葡萄糖盐酸盐在水中完全溶解,在惰性气体氛围下,加入三乙胺,避光,60℃～70℃下,反应3～5天,在丙酮中沉淀,烘干,得到含糖超支化聚合物,所述的1-(2-氨基乙基)哌嗪和聚乙二醇丙烯酸酯的摩尔比为2:3；2)以理论叔胺量为准,将步骤1)制得的含糖超支化聚合物与溴代十二烷以1：2的摩尔比溶于甲醇和乙醇的混合溶剂中,在50℃～60℃下连续反应7～8天,反应结束后旋干溶剂,常温真空烘干。本发明季铵化含糖超支化聚合物对大肠杆菌的最低抑菌浓度为62.5μg/mL,对大肠杆菌具有靶向选择性。(The invention discloses a quaternized sugar-containing hyperbranched polymer, which comprises the following steps: 1) completely dissolving 1- (2-aminoethyl) piperazine, polyethylene glycol acrylate and glucosamine hydrochloride in water, adding triethylamine in an inert gas atmosphere, keeping out of the sun, reacting for 3-5 days at 60-70 ℃, precipitating in acetone, and drying to obtain a sugar-containing hyperbranched polymer, wherein the molar ratio of the 1- (2-aminoethyl) piperazine to the polyethylene glycol acrylate is 2: 3; 2) based on the theoretical amount of tertiary amine, mixing the sugar-containing hyperbranched polymer prepared in the step 1) with bromododecane in a ratio of 1: 2, dissolving in a mixed solvent of methanol and ethanol, continuously reacting for 7-8 days at 50-60 ℃, spin-drying the solvent after the reaction is finished, and vacuum-drying at normal temperature. The minimum inhibitory concentration of the quaternized sugar-containing hyperbranched polymer on escherichia coli is 62.5 mu g/mL, and the quaternized sugar-containing hyperbranched polymer has targeting selectivity on escherichia coli.)

一种季铵化含糖超支化聚合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于抗菌材料领域，涉及一种季铵化含糖超支化聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

季铵化的超支化聚合物带弱正电，细菌细胞膜表面带有负电，通过库仑力作用二者可以发生吸附。抗菌剂与细菌吸附后，扩散穿透细胞壁，利用疏水的烷基长链与细胞膜上的磷脂双分子层结合，从而引起细胞膜起皱变形，细胞内容物如RNA、DNA、K⁺等泄漏，最后达到杀死细菌的目的。由于季铵化的含糖超支化聚合物相对分子质量较大，电荷密度较高，能更好更快地吸附细菌，因此相较小分子季铵盐，含糖超支化聚合物的抗菌性能更好。细菌菌毛末端的FimH凝集素能与糖分子发生特异性识别，从而介导细菌对宿主细胞上含寡糖受体的特异性粘附。在抗菌剂表面修饰单糖或单糖衍生物，能提高抗菌剂与细菌等微生物的选择性和亲和力，增加细菌表面抗菌剂的局部浓度，进而达到减少抗菌剂剂量的目的。含糖超支化聚合物中的每个单糖都是主链的侧基，与FimH结合时都处于游离状态。根据糖簇效应，含糖超支化聚合物在对细菌的特异性识别和结合能力上比单糖分子更强。综上所述，季铵化的含糖超支化聚合物在抗菌性和靶向性上都具有明显的优势，有望成为一种低剂量、高效率的抗菌高分子材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种季铵化含糖超支化聚合物及其制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种季铵化含糖超支化聚合物，步骤为：

1)将1-(2-氨基乙基)哌嗪、聚乙二醇丙烯酸酯和氨基葡萄糖盐酸盐在水中完全溶解，在惰性气体氛围下，加入三乙胺，避光，60℃～70℃下，反应3～5天，在丙酮中沉淀，烘干，得到含糖超支化聚合物，所述的1-(2-氨基乙基)哌嗪和聚乙二醇丙烯酸酯的摩尔比为2:3；

2)以理论叔胺量为准，将步骤1)制得的含糖超支化聚合物与溴代十二烷以1：2的摩尔比溶于甲醇和乙醇的混合溶剂中，在50℃～60℃下连续反应7～8天，反应结束后旋干溶剂，常温真空烘干。

进一步，步骤1)所述的氨基葡萄糖盐酸的摩尔数大于2倍的聚乙二醇丙烯酸酯的摩尔数。

2、上述一种季铵化含糖超支化聚合物的制备方法得到的季铵化含糖超支化聚合物。

3、上述一种季铵化含糖超支化聚合物在制备杀菌剂上的应用。

进一步，所述的杀菌剂可靶向大肠杆菌。

本发明的有益效果在于：本发明通过聚乙二醇丙烯酸酯，1-(2-氨基乙基)哌嗪，氨基葡萄糖这三种单体的一锅法反应，合成了含糖超支化聚合物，继续进行季铵化，季铵化后的含糖超支化聚合物能通过表面的葡萄糖靶向识别并粘附大肠杆菌，通过季铵盐的正电性杀死细菌。本发明通过稀释涂布平板法确定了季铵化含糖超支化聚合物对大肠杆菌的最低抑菌浓度为62.5μg/mL，具有良好的抗菌效果。对大肠杆菌的共聚焦显微图像证明了季铵化含糖超支化聚合物的靶向选择性。季铵化含糖超支化聚合物能通过表面的葡萄糖靶向识别并粘附大肠杆菌，对大肠杆菌具有靶向选择性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为季铵化含糖超支化聚合物的合成路线。

图2为稀释涂布平板法测最低抑菌浓度实验图。

图3抗菌率与抗菌液浓度的关系曲线。

图4季铵化含糖超支化聚合物与大肠杆菌共培养后的共聚焦图像。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

合成路线如图1所示。按摩尔比2：3：10的1-(2-氨基乙基)哌嗪(AEPZ)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)、氨基葡萄糖盐酸盐(Glu·HCl)于聚合管，加入3mL超纯水振荡搅拌，使单体完全溶解。再加入10μL对茴香醛阻聚剂，一边搅拌一边通入氮气，以排除聚合管内空气。15分钟后，加入适量预先通气的三乙胺，然后停止通气。在除氧避光60℃油浴条件下反应3天。反应结束后，将聚合管内的混合液倒入不良溶剂丙酮中，重复沉淀3次以除去大部分未反应单体。最后，在杯底可得到一种棕色粘稠液体，常温真空烘箱放置过夜以除去多余溶剂，-20℃密封保存。将制得的棕色粘稠液体(以理论叔胺量为准)与溴代十二烷以1：2的摩尔比溶于甲醇(1.0g/mL)和乙醇的混合溶剂中，在50℃下连续反应7天。反应结束后旋干溶剂，常温真空烘干，密封保存。

实施例2

合成路线如图1所示。按摩尔比2：3：15的1-(2-氨基乙基)哌嗪(AEPZ)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)、氨基葡萄糖盐酸盐(Glu·HCl)于聚合管，加入5mL超纯水振荡搅拌，使单体完全溶解。再加入10μL对茴香醛阻聚剂，一边搅拌一边通入氮气，以排除聚合管内空气。20分钟后，加入适量预先通气的三乙胺，然后停止通气。在除氧避光65℃油浴条件下反应4天。反应结束后，将聚合管内的混合液倒入不良溶剂丙酮中，重复沉淀3次以除去大部分未反应单体。最后，在杯底可得到一种棕色粘稠液体，常温真空烘箱放置过夜以除去多余溶剂，-20℃密封保存。将制得的棕色粘稠液体(以理论叔胺量为准)与溴代十二烷以1：2的摩尔比溶于甲醇(1.0g/mL)和乙醇的混合溶剂中，在50℃下连续反应7天。反应结束后旋干溶剂，常温真空烘干，密封保存。

实施例3

合成路线如图1所示。按摩尔比2：3：20的1-(2-氨基乙基)哌嗪(AEPZ)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)、氨基葡萄糖盐酸盐(Glu·HCl)于聚合管，，加入10mL超纯水振荡搅拌，使单体完全溶解。再加入10μL对茴香醛阻聚剂，一边搅拌一边通入氮气，以排除聚合管内空气。18分钟后，加入适量预先通气的三乙胺，然后停止通气。在除氧避光70℃油浴条件下反应4天。反应结束后，将聚合管内的混合液倒入不良溶剂丙酮中，重复沉淀3次以除去大部分未反应单体。最后，在杯底可得到一种棕色粘稠液体，常温真空烘箱放置过夜以除去多余溶剂，-20℃密封保存。将制得的棕色粘稠液体(以理论叔胺量为准)与溴代十二烷以1：2的摩尔比溶于甲醇(1.0g/mL)和乙醇的混合溶剂中，在50℃下连续反应7天。反应结束后旋干溶剂，常温真空烘干，密封保存。

实施例4季铵化含糖超支化聚合物抗菌能力评价

稀释涂布平板法测大肠杆菌最低抑菌浓度实验，结果如图2所示。其中a皿为纯培养基，b-h皿为培养基、大肠杆菌、季铵化含糖超支化聚合物的混合培养液，抗菌剂的浓度分别为0μg/mL，32.25μg/mL，62.5μg/mL，125μg/mL，250μg/mL，500μg/mL，1mg/mL。继续培养24小时后，可以观察到b、c、d皿中菌落较多，e、f皿菌落较少，g、h皿肉眼观察几乎看不到大肠杆菌菌落。按照抑菌率计算公式R＝(CFU₀-CFU₁)/CFU₀(CFU₁：实验组稀释涂板后琼脂板上的菌落数；CFU₀：对照组稀释涂板后琼脂板上的菌落数)算出抑菌率。作抗菌率与抗菌液浓度的关系曲线，如图3所示。稀释涂布平板法得到的最低抑菌浓度为62.5μg/mL，在62.5μg/mL处，抑菌率已经达到90％以上。之后，即使抗菌剂浓度增加，抑菌率增长也不显著。综上所述，季铵化含糖超支化聚合物的MIC为62.5μg/mL。

实施例5季铵化含糖超支化聚合物靶向性能评价

将大肠杆菌在37℃条件下孵育至10⁸CFU/mL，取1mL菌液加入50μL，季铵化含糖超支化聚合物，配成10mg/mL的混合液。在常温下摇晃共培养30分钟，随后以500rpm/min的速度离心，得到细菌和季铵化含糖超支化聚合物的聚集体。用10mL PBS重悬，吸取少量液体至载玻片，盖上载玻片，用滤纸吸取多余液体，避光干燥。通过激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)观察荧光显色情况。图4为季铵化含糖超支化聚合物与大肠杆菌共培养后的共聚焦图像。从图中可以观察到绿色荧光，这表明大肠杆菌已经被荧光物质标记，即，季铵化含糖超支化聚合物能够通过表面的葡萄糖单体与大肠杆菌菌毛末端的FimH粘附素特异性识别，从而使聚合物吸附到大肠杆菌表面。这类化合物能够实现对大肠杆菌的选择性靶向。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。