一种阳离子水凝胶材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种阳离子水凝胶材料的制备方法 (Preparation method of cationic hydrogel material ) 是由 董伟 黄怡静 谢阿明 程思瑶 王浩 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阳离子水凝胶材料的制备方法,属于水凝胶材料技术领域,制备方法为：将二氨基类化合物分散到氢氧化钠溶液中,搅拌均匀后,将二溴化合物滴加到上述混合溶液中,搅拌均匀后,倒入凝胶模具中,在30-70℃下静置成胶,将凝胶粗产物进行透析以去除杂质,然后冷冻干燥,得到阳离子水凝胶材料。反应条件温和,反应所需时间短,可通过改变二氨基类化合物和二溴化合物的种类及比例来制备出多种水凝胶材料,所得的水凝胶材料无细胞毒性,含有大量亲水基团和大量叔胺基,因此吸水性能优越,且具有良好的抗菌能力,在生物材料方面的应用有着良好的前景。(The invention discloses a preparation method of a cationic hydrogel material, belonging to the technical field of hydrogel materials, and the preparation method comprises the following steps: dispersing the diamido compound into a sodium hydroxide solution, stirring uniformly, dropwise adding the dibromo compound into the mixed solution, stirring uniformly, pouring into a gel mold, standing at 30-70 ℃ to form gel, dialyzing a gel crude product to remove impurities, and freeze-drying to obtain the cationic hydrogel material. The reaction condition is mild, the reaction time is short, various hydrogel materials can be prepared by changing the types and the proportions of the diamino compound and the dibromo compound, and the obtained hydrogel materials have no cytotoxicity and contain a large number of hydrophilic groups and a large number of tertiary amino groups, so that the hydrogel materials have excellent water absorption performance and good antibacterial capacity, and have good prospects in application of biological materials.)
技术领域
本发明涉及水凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种阳离子水凝胶材料的制备方法。
背景技术
随着科学技术的突飞猛进，现代医学随之也发生了革命性的变化。其中伤口护理的伤口敷料从传统的纱布，绷带等，发展到现在的新型生物活性敷料。目前，医学领域所需的生物辅料主要是水凝胶材料，所采用的水凝胶材料需要具有良好的保湿性和抗菌性，并需要具有良好的生物相容性，凝胶材料和伤口保持完全剥离状态，以减少更换时对创口表面的损伤。
目前，大多数水凝胶材料都是通过物理包载抗菌剂和药物，这样就容易产生药物突释的问题。例如，包载氧化锌或者银粒子的水凝胶，在使用初期会因为纳米粒子或者离子的释放而引发局部浓度过高，产生过高的毒性，并且会随着药物的持续释放，最终凝胶会失去抗菌能力。
基于此，我们迫切需要一种具有较好的保湿性和抗菌性，并且不会产生药物突释问题的水凝胶材料。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种阳离子水凝胶材料的制备方法，合成方法简单、可大量生产，并且制备的水凝胶材料具有优良的保湿性、抗菌性和生物相容性，且不存在药物突释的问题。
技术方案
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将二氨基类化合物分散到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将二溴化合物滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌均匀后，倒入凝胶模具中，在30-70℃下静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物进行透析，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
步骤(2)中，所述二溴化合物选自1,3-二溴-2-丙醇、1,3-丙二溴、1,4-丁二溴、1,6-己二溴、1,7-庚二溴或1,8-辛二溴中的任意一种。
进一步，步骤(1)中，所述二氨基类化合物选自1,3-二氨基-2-丙醇、1,3-丙二胺，1,4-丁二胺，1,6-己二胺，1,7-庚二胺，1,8-辛二胺或反-1，4-环己二胺中的任意一种，更优选为1，6-己二胺，因为碳骨架较长，但仍具有较好的生物相容性和水溶性，可以通过反应得到大量叔胺。
进一步，步骤(2)中，所述二溴化合物为1,3-二溴-2-丙醇。
进一步，步骤(2)中，所述二氨基类化合物与二溴化合物的摩尔比为(0.1-1.5)：1。
进一步，步骤(2)中，所述氢氧化钠与二溴化合物的摩尔比为(1-8)：1。
本发明的有益效果：本发明提供了一种阳离子水凝胶材料的制备方法，反应条件温和，反应所需时间短，可通过改变二氨基类化合物和二溴化合物的种类及比例来制备出多种水凝胶材料，所得的水凝胶材料无细胞毒性，含有大量亲水基团和大量叔胺基，因此吸水性能优越，且具有良好的抗菌能力，在生物材料方面的应用有着良好的前景。
附图说明
图1为实施例1-6制得的阳离子水凝胶材料的细胞毒性测试结果；
图2为实施例1-6制得的阳离子水凝胶材料对大肠杆菌的杀菌率测试结果；
图3为实施例4制得的阳离子水凝胶材料对大肠杆菌的抗菌性能测试结果。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1,3-二氨基-2-丙醇(0.0249mol)分散到氢氧化钠水溶液(1g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在40℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例的反应方程式如下：
实施例2
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1,3-丙二胺(0.0166mol)分散到氢氧化钠水溶液(2g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在30℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例制得的阳离子水凝胶材料的结构式如下：
实施例3
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1,4-丁二胺(0.0249mol)分散到氢氧化钠水溶液(1g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在40℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例制得的阳离子水凝胶材料的结构式如下：
实施例4
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1,6-己二胺(0.0166mol)分散到氢氧化钠水溶液(2g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在50℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例制得的阳离子水凝胶材料的结构式如下：
实施例5
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1,7-庚二胺(0.0133mol)分散到氢氧化钠水溶液(1g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在60℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例制得的阳离子水凝胶材料的结构式如下：
实施例6
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1,8-辛二胺(0.0166mol)分散到氢氧化钠水溶液(1g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在70℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例制得的阳离子水凝胶材料的结构式如下：
实施例7
一种阳离子水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将反-1，4-环己二胺(0.0166mol)分散到氢氧化钠水溶液(1g/4mL)中，搅拌均匀后，得到混合溶液；
(2)将1,3-二溴-2-丙醇(0.0166mol)滴加到步骤(1)的混合溶液中，搅拌30min后，倒入凝胶模具中，在70℃水浴锅中静置成胶，得到凝胶粗产物；
(3)将凝胶粗产物采用去离子水进行透析以去除杂质，然后冷冻干燥，得到阳离子水凝胶材料。
本实施例制得的阳离子水凝胶材料的结构式如下：
性能测试：
1.细胞毒性测试(MTT法)
将实施例1-6制得的阳离子水凝胶材料进行细胞毒性测试，测试方法步骤如下：
(1)收集对数期L929细胞，调整细胞悬液浓度，每孔加入100u1，铺板使待测细胞调密度至5000-10000个/孔(边缘孔用无菌PBS填充)。
(2)5％CO2，37℃孵育，至细胞单层铺满孔底(96孔平底板)，加入浓度梯度的药物(1mg/mL,5mg/mL,10mg/mL,15mg/mL,20mg/mL,30mg/mL,50mg/mL)，次日上午加药，每孔100ul，设5个复孔。
(3)5％CO2，37℃孵育48h，倒置显微镜下观察。
(4)每孔加入20ul MTT溶液(5mg/ml，即0.5％MTT)，继续培养4h。
(5)终止培养，小心吸去孔内培养液。
(6)每孔加入150u1二甲基亚砜，置摇床上低速振荡10min，使结晶物充分溶解。在酶联兔疫检测仪OD 490nm处测量各孔的吸光值。
20mg/mL的加药浓度下的细胞毒性测试结果见图1，可以看出，在实施例1-6制得的阳离子水凝胶材料的存在下，细胞存活率超过80％，这说明本发明实施例1-6制得的阳离子水凝胶材料细胞毒性低，具有良好的生物相容性。
2.杀菌率测试(细菌OD值试验)
(1)配置菌液：将大肠杆菌接种于普通琼脂平板上，置于37℃恒温箱中培养24h，用接种环将菌株转移至4ml培养基试管中，培养6-8h，再取0.1ml菌液加入液体培养基100ml,稀释1000倍。
(2)设置实验组与对照组(设置一组平行组)：
实验组:1ml LB培养基+4ml阳离子水凝胶材料，
对照组:1ml LB培养基+4ml生理盐水。
(3)将稀释1000倍的2种菌液(实验组和对照组)取0.1ml分别加入各试管中，培养4h，测量600nm OD值。
杀菌率测试结果见图2，由图2可以看出，实施例1-6制得的阳离子水凝胶材料对大肠杆菌的杀菌能力均达到80％以上，具有优秀的杀菌能力。
3.抗菌实验
(1)首先将30μL大肠杆菌菌体与2.97mL LB培养基混合，37℃,250rpm孵育6h。然后，通过稀释得到浓度为1×106菌落形成单位/mL(CFU/mL)的菌悬液。
(2)分别取(0mg、0.25mg、0.5mg和1.0mg)实施例4制备的水凝胶材料置于1.5mL离心管中，然后分别加入100μL步骤(1)中的菌悬液，混匀后取出菌液20μL，滴于琼脂平板上，分散均匀，37℃孵育12h，收集大肠杆菌。
图3为抗菌实验测试结果，其中，(a)为实验对照组，水凝胶材料加入量为0，(b)对应的水凝胶材料加入量为0.25mg，(c)对应的水凝胶材料加入量为0.5mg，(d)对应的水凝胶材料加入量为1.0mg，可以看出，实施例4所制备的水凝胶对大肠杆菌具有优异的抗菌性能。
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