一种阳离子聚合物抗病毒材料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种阳离子聚合物抗病毒材料及其制备方法和应用 (Cationic polymer antiviral material and preparation method and application thereof ) 是由 徐福建 段顺 胡杨 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阳离子聚合物抗病毒材料的制备方法,将多氨基聚合物与长烷基链卤代烷烃反应,将氨基聚合物的部分氨基转化为长烷基链季铵基团,所述长烷基链卤代烷烃的碳原子数为9～28,多氨基聚合物上氨基与长烷基链卤代烷烃的摩尔投料比为1:0.03～12。本发明的多氨基聚合物通过与长烷基链卤代烷烃的季铵盐化反应,将部分氨基转化为长烷基季铵盐基团,可以实现对病毒颗粒的有效粘附,并通过正电性电荷/疏水长烷基链对病毒颗粒进行杀伤。(The invention discloses a preparation method of a cationic polymer antiviral material, which comprises the steps of reacting a polyamino polymer with long alkyl chain halogenated alkane, converting part of amino groups of the amino polymer into long alkyl chain quaternary ammonium groups, wherein the number of carbon atoms of the long alkyl chain halogenated alkane is 9-28, and the molar charge ratio of the amino groups on the polyamino polymer to the long alkyl chain halogenated alkane is 1: 0.03-12. The polyamino polymer of the invention converts part of amino groups into long alkyl quaternary ammonium salt groups through quaternary salinization reaction with long alkyl chain halogenated alkane, can realize effective adhesion to virus particles, and kills the virus particles through electropositive charge/hydrophobic long alkyl chain.)
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，涉及一种阳离子聚合物抗病毒材料及其制备方法和应用。
背景技术
特别是相对于临床抗病毒药物和疫苗开发，日常生活中安全高效抗病毒材料对于日 常生活病毒感染的杀灭、抑制和预防更是及其重要。现有的广谱有效抗病毒材料(制剂)为酒精消毒剂、84消毒剂和含氯消毒剂，但安全性和方便性(易燃、刺激气味、须通风 使用等)缺陷明显。目前研究的阳离子材料抗菌剂较多,但由于病毒和细菌结构的差异性， 苯扎氯铵、西曲溴铵等常见阳离子抗菌剂已经被研究证明无法对新冠病毒等病毒广谱杀 伤。因此，有必要开发新型可有效杀伤、抑制病毒的阳离子抗菌剂的制备方法，更安全、 方便地应用于日常生活以及医疗环境中病毒感染的杀灭、抑制和预防。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种阳离子聚合物抗病毒材料及其制备方法和应用。
本发明具体提供了如下的技术方案：
1、一种阳离子聚合物抗病毒材料的制备方法，将多氨基聚合物与长烷基链卤代烷烃反应， 将氨基聚合物的部分氨基转化为长烷基链季铵基团，所述长烷基链卤代烷烃的碳原子数 为9～28，多氨基聚合物上氨基与长烷基链卤代烷烃的摩尔投料比为1:0.03～12。
进一步，所述多氨基聚合物的分子量为3000-150000道尔顿。
进一步，所述多氨基聚合物的氨基为伯胺、仲胺、叔胺的一种或多种；所述多氨基聚合 物的分子量为4500-110000道尔顿。
进一步，所述多氨基聚合物为聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯、聚2-(二乙氨基)甲基丙烯 酸乙酯、聚2-(二乙氨基)丙烯酸乙酯、聚乙烯亚胺或树枝状聚酰胺胺，所述多氨基聚合物 的分子量为7000-90000道尔顿。
进一步，所述长烷基链的卤代烷烃为碳原子数为10～24的溴代、氯代或碘代烷。
进一步，所述多氨基聚合物上氨基与长烷基链卤代烷烃的摩尔投料比为1：0.06～10。
2、上述制备得到的一种阳离子聚合物抗病毒材料。
3、上述一种阳离子聚合物抗病毒材料在制备抗病毒药剂上的应用，所述药剂可杀灭或抑 制病毒，所述病毒为冠状病毒、流感病毒、麻疹病毒等有包膜病毒和腺病毒、鼻病毒或 呼肠病毒。
本发明的有益效果在于：本发明的多氨基聚合物通过与长烷基链卤代烷烃的季铵盐 化反应，将部分氨基转化为长烷基季铵盐基团，可以实现对病毒颗粒的有效粘附，并通过正电性电荷/疏水长烷基链对病毒颗粒进行杀伤。此外，相对于常规阳离子聚合物抗菌剂的开发，本发明的创新和有益效果还在于严格优化/限定了多氨基聚合物的分子量、长烷基链卤代烷烃的碳原子数和多氨基聚合物上氨基与长烷基链卤代烷烃的摩尔投料比，制备的适宜含量(投料比)和适宜烷基长度(碳原子数)的长烷基季铵盐、分子量合适 的阳离子聚合物，能有效发挥将病毒“包裹”，使其蛋白变形、结构失活的作用，最终 实现有效抗病毒效果。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
在10mL N,N-二甲基甲酰胺中加入1g分子量为78000道尔顿的聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯和0.4g溴代十八烷(聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯上氨基与溴代十八 烷的摩尔投料比为1:0.18)，30度搅拌30小时后，常规纯化干燥，得到抗病毒材料1。
实施例2
在10mL四氢呋喃中加入2g分子量为9000道尔顿的聚乙烯亚胺和1.5g溴癸烷(聚乙烯亚胺上氨基与溴癸烷的摩尔投料比为1:0.29)，35度搅拌24小时后，常规纯化干 燥，得到抗病毒材料2。
实施例3
在10mL四氢呋喃中加入2g分子量为18000道尔顿的聚2-(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯和0.5g溴代十二烷(聚2-(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯上氨基与溴代十八烷的摩尔 投料比为1：0.83)，40度搅拌30小时后，常规纯化干燥，得到抗病毒材料3。
实施例4
在10mL甲醇中加入2g分子量为29000道尔顿的树枝状聚酰胺胺(G5-NH2)和5g 溴代十五烷(树枝状聚酰胺胺上氨基与氯代十五烷的摩尔投料比为1：3.88)，35度搅 拌36小时后，常规纯化干燥，得到抗病毒材料4。
实施例5
在20mL四氢呋喃溶液中加入5g分子量为13000道尔顿的聚2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯和2g碘代十六烷(聚2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯上氨基与碘代十六烷的摩尔投料比为1：0.16)，室温搅拌36小时后，常规纯化干燥，得到抗病毒材料5。
实施例6
在50mL乙腈溶液中加入10g分子量为40000道尔顿的聚乙烯亚胺和6g溴代十一烷(聚乙烯亚胺上氨基与溴代十七烷的摩尔投料比为1：0.11)，室温搅拌24小时后，常 规纯化干燥，得到抗病毒材料6。
实施例7
在20mL正己烷溶液中加入1g分子量为12000道尔顿的聚2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯和0.90g溴代二十烷(聚2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯上氨基与溴代二十 烷的摩尔投料比为1：0.53)，室温搅拌60小时后，得到抗病毒材料7。
实施例8
将3g分子量为19000道尔顿的聚乙烯亚胺溶解于10mL四氢呋喃中；将13.4g溴代二十二烷和5mL四氢呋喃的混合溶液加入聚乙烯亚胺的四氢呋喃溶液中(聚乙烯亚胺上氨基与溴代二十二烷的摩尔投料比为1:0.50)，50℃反应12h；反应结束后通过旋转蒸发除 去四氢呋喃，减压干燥，得到抗病毒材料8。
对比例1
在20mL四氢呋喃溶液中加入5g分子量为1000道尔顿的聚2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯 和0.02g碘代十六烷(聚2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯上氨基与碘代十六烷的摩尔投料比为1：0.0016)，室温搅拌36小时后，常规纯化干燥，得到季铵化材料1。
对比例2
在50mL乙腈溶液中加入10g分子量为1800道尔顿的聚乙烯亚胺和0.11g溴代辛烷(聚乙烯亚胺上氨基与溴代辛烷的摩尔投料比为1：0.0025)，室温搅拌24小时后，常 规纯化干燥，得到季铵化材料2。
对比例3
在20mL正己烷溶液中加入1g分子量为2000道尔顿的聚2-(二异丙基氨基)甲基丙烯 酸乙酯和1.26g溴代三十烷(聚2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯上氨基与溴代三十烷的摩尔投料比为1：0.53)，室温搅拌60小时后，常规纯化干燥，得到季铵化材料3。
对比例4
将3g分子量为19000道尔顿的聚乙烯亚胺溶解于10mL四氢呋喃中；将5mL溴己烷和5mL四氢呋喃的混合溶液加入聚乙烯亚胺的四氢呋喃溶液中(聚乙烯亚胺上氨基与溴己烷的摩尔投料比为1:0.50)，50℃反应12h；反应结束后通过旋转蒸发除去四氢呋喃，减 压干燥，得到季铵化材料4.
对比例5
在10mL四氢呋喃中加入2g分子量为190000道尔顿的聚乙烯亚胺和1.5g溴癸烷(聚乙烯亚胺上氨基与溴癸烷的摩尔投料比为1:0.29)，35度搅拌24小时后，常规纯 化干燥，得到季铵化材料5。
对比例6
在20mL四氢呋喃溶液中加入5g分子量为13000道尔顿的聚2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯和0.25g碘代十六烷(聚2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯上氨基与碘代十六烷的摩尔投料比 为1：0.02)，室温搅拌36小时后，常规纯化干燥，得到季铵化材料6
对比例7
在10mL甲醇中加入2g分子量为29000道尔顿的树枝状聚酰胺胺(G5-NH2)和26g 溴代十五烷(树枝状聚酰胺胺上氨基与氯代十五烷的摩尔投料比为1：20.18)，35度搅 拌36小时后，常规纯化干燥，得到季铵化材料7。
对比例8
在10mL N,N-二甲基甲酰胺中加入1g分子量为2000道尔顿的聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯和0.4g溴代十八烷(聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯上氨基与溴代十八烷 的摩尔投料比为1:0.18)，30度搅拌30小时后，常规纯化干燥，得到季铵化材料8。
测试例1
利用表达荧光素酶的冠状病毒假病毒颗粒(Lvpp-luc)抑制实验研究材料对有包膜病 毒的抑制作用，利用表达绿色荧光蛋白的腺病毒(AdV-GFP)抑制实验研究材料对无包膜病 毒的抑制作用。具体步骤如下：
1.Lvpp-luc抑制实验:将受试材料溶于甲醇等可挥发溶剂，移取一定体积溶液(所含 受试材料质量为0.32毫克)于96孔细胞培养板，室温自然干燥挥发溶剂(按照96孔板 每孔底面积为0.32cm2计算，每孔表面的材料浓度为1毫克/cm2)；之后，在上述处理 过的96孔板每孔中加入100μL的表达荧光素酶的假病毒(Lvpp-luc)，假病毒感染量 2.5×106vps，细胞孵箱静置12小时；取出病毒悬液，混匀后，假病毒感染已铺板的Huh7.5 细胞(细胞量为1×105cells/孔)，48h后使用荧光检测试剂盒检测假病毒荧光素酶的表 达，根据无材料处理孔(对照组)的荧光值为基准，计算每组的相对感染率和Lvpp-luc 病毒抑制率。(相对感染率＝实验组荧光值/对照组荧光值×100％；Lvpp-luc病毒抑制率＝ 1-相对感染率)
2.AdV-GFP抑制实验:将受试材料溶于甲醇等可挥发溶剂，移取一定体积溶液(所含受试材料质量为0.64毫克)于96孔细胞培养板，室温自然干燥挥发溶剂(按照96孔 板每孔底面积为0.32cm2计算，每孔表面的材料浓度为2毫克/cm2)；之后，在上述处 理过的96孔板每孔中加入100μL的表达绿色荧光蛋白的腺病毒(AdV-GFP)，腺病毒 感染量3×106vps，细胞孵箱静置12小时；取出病毒悬液，混匀后，腺病毒感染已铺板 的HEK293细胞(细胞量为1×105cells/孔)，后检测腺病毒GFP的表达，根据无材料处 理孔(对照组)的GFP表达率为基准，计算每组的相对感染率和AdV-GFP病毒抑制率。 (相对感染率＝实验组荧光值/对照组荧光值×100％；AdV-GFP病毒抑制率＝1-相对感染 率)。
测试后不同材料对两种病毒颗粒的抑制率如下表：
表1不同材料对两种病毒的抑制率
从表1中可以看出：实施例1-8得到的抗病毒材料1-8对于有无包膜的两类典型病毒 颗粒均显示出较好的抗病毒效果，抑制率大于90％；相反，对比组1-8的季铵化材料均表现为抑制率低于10％，基本无病毒抑制效果。
分析：实施例1-8制备方法中，对多氨基聚合物的分子量、长烷基链卤代烷烃的碳原子数和多氨基聚合物上氨基与长烷基链卤代烷烃的摩尔投料比作出了有效限制，可发挥适宜含量(投料比)和适宜烷基长度(碳原子数)的长烷基季铵盐、分子量合适的抗 病毒效果。
与之相反，对比例1-8的制备方法，都存在制备工艺中的某些条件不在本发明保护范围的情形。例如，对比例8和实施例1相比，分子量不在本发明保护的范围，对比例7 和实施例4相比，投料摩尔比不在本发明的保护范围，对比例6和实施例5相比，投料 比不在本发明保护的范围，对比例5和实施例2相比，分子量不在本发明的保护范围， 对比例4的长烷基链卤代烷烃的碳原子数过小(6个C)，对比例3的长烷基链卤代烷烃 的碳原子数过大(30个C)，对比例2长烷基链卤代烷烃的碳原子数过小(8个C)， 摩尔投料比也不在本发明的保护范围，对比例1的分子量和摩尔投料比不在本发明的保 护范围。
由此可见，对比例1-8的制备方法存在多氨基聚合物分子量过大、长烷基长度过长(碳原子数过大)、烷基季铵盐含量过低(投料比过大)以及多氨基聚合物分子量过小、 烷基长度过短(碳原子数过小)、烷基季铵盐含量过低(投料比过低)这两类不足；发 挥抗病毒作用时，前一类聚合物长烷基带来的疏水性过强，使得季铵盐的正电性亲和病 毒颗粒的作用难以发挥；后一类聚合物季铵盐的正电性和/或烷基的疏水性存在不足，两 类情况下季铵盐亲和病毒和疏水烷基链破坏病毒的协同抗病毒作用难以发挥。
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。