一种季铵盐聚砜抑菌液、制备方法及其应用
阅读说明：本技术 一种季铵盐聚砜抑菌液、制备方法及其应用 (Quaternary ammonium salt polysulfone antibacterial liquid, preparation method and application thereof ) 是由 张本尚 杨明成 李玉江 陈阳 樊云霄 什马奈·瓦季姆·弗拉季米罗维奇 王晓慧 刘树博 于 2021-01-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种季铵盐聚砜抑菌液的制备方法,属于功能高分子新材料技术领域。包括以下步骤：以聚砜、多聚甲醛、三甲基氯硅烷为原料,无水四氯化锡为催化剂,氯仿为溶剂,在氮气或惰性气体保护下,于45～55℃反应至氯甲基化取代度大于1.5时,再加入三甲胺溶液,于30～40℃继续反应20～30h,反应结束后,反应物经透析除去三甲胺,冻干,获得季铵盐聚砜固体；将季铵盐聚砜固体均匀分散于水溶剂中得到季铵盐聚砜水溶液,将季铵盐聚砜水溶液经伽玛射线或电子束辐射灭菌,即得季铵盐聚砜抑菌液。本发明制备得到的季铵盐聚砜抑菌液对大肠杆菌ATCC25922的抑菌率高达99％,对金黄色葡萄球菌ATCC25923的抑菌率高达99％。(The invention provides a preparation method of quaternary ammonium salt polysulfone antibacterial liquid, and belongs to the technical field of novel functional polymer materials. The method comprises the following steps: polysulfone, paraformaldehyde and trimethylchlorosilane are used as raw materials, anhydrous stannic chloride is used as a catalyst, chloroform is used as a solvent, under the protection of nitrogen or inert gas, the reaction is carried out at 45-55 ℃ until the degree of substitution of chloromethylation is more than 1.5, then trimethylamine solution is added, the reaction is continued for 20-30 h at 30-40 ℃, and after the reaction is finished, the trimethylamine is removed through dialysis from the reactant, and the quaternary ammonium salt polysulfone solid is obtained through freeze-drying; uniformly dispersing the quaternary ammonium salt polysulfone solid in a water solvent to obtain a quaternary ammonium salt polysulfone aqueous solution, and performing gamma ray or electron beam radiation sterilization on the quaternary ammonium salt polysulfone aqueous solution to obtain the quaternary ammonium salt polysulfone antibacterial solution. The quaternary ammonium salt polysulfone antibacterial liquid prepared by the invention has 99% of antibacterial rate on escherichia coli ATCC25922 and 99% of antibacterial rate on staphylococcus aureus ATCC 25923.)
技术领域
本发明属于功能高分子新材料技术领域，具体涉及一种季铵盐聚砜抑菌液、制备方法及其应用。
背景技术
季铵盐是一类重要的阳离子表面活性剂，同时也是一类常用的有机抑菌剂，其抑菌机理较为复杂，但一般认为，其作用过程如下：季铵盐阳离子抑菌剂带有正电荷，而微生物细胞表面的磷酸根呈现电负性，经过静电吸附作用，季铵盐阳离子抑菌剂可破坏微生物的细胞膜，并进入微生物体内，使蛋白变性和酶失活，致使微生物体内的活性物质(如钾盐、核糖核酸等)泄漏，导致细胞解体死亡。
季铵盐按照其结构不同，可分为单长链季铵盐、双长链季铵盐、双长链双季铵盐和高分子聚合物季铵盐；按水溶性来不同，可分为水溶性季铵盐和水不溶性季铵盐，水溶性季铵盐多为低分子量小分子，对于小分子季铵盐抑菌剂的抑菌活性已经有了较多的研究,但小分子抑菌剂存在易挥发、不易加工、化学稳定性差等缺点。人们发现带有长链烷基的高分子季铵盐基团具有很好的抑菌性能，同时高分子季铵盐抑菌剂不会渗透进人的皮肤，还具有比小分子抑菌剂更好的抑菌性能；水不溶性季铵盐多以高分子量的聚合物或交联后的聚合物为前体，通过反应引入季铵盐抑菌官能团。为此，为了获得可以溶于水，又具有抑菌性能的季铵盐聚砜类抑菌液，提供一种季铵盐聚砜类抑菌液的制备方法有着重要的社会价值和经济价值。
聚砜具有热稳定性高，耐水解，无毒，耐辐射等优点，尤其是具有良好的生物相容性，在医学上有着广泛的应用，例如，1985年德国费森尤斯公司发明的聚砜中空纤维透析膜，占据了全球透析的绝大部分市场，是目前主流的透析膜材料。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供了一种季铵盐聚砜抑菌液、制备方法及其应用，本发明首先制备高取代度的氯甲基化聚砜过程中，再将氯甲基化聚砜与三甲胺水溶液反应，生成水溶性的季铵盐聚砜，冻干、得到白色孔状结构的季铵盐聚砜固体，最后将季铵盐聚砜固体分散于水中配制成水溶液，经杀菌后而制得季铵盐聚砜抑菌液，该方法简单，易操作。获得的季铵盐聚砜抑菌液不仅可以溶于水，而且季铵盐官能团本身还具有优异的抑菌性能，从而拓宽了水溶性季铵盐聚砜在抑菌领域的应用范围。
本发明第一个目的提供一种季铵盐聚砜抑菌液的制备方法，包括以下步骤：
以聚砜、多聚甲醛、三甲基氯硅烷为原料，无水四氯化锡为催化剂，氯仿为溶剂，在氮气或惰性气体保护下，于45～55℃反应至氯甲基化取代度大于1.5时，再加入三甲胺溶液，于30～40℃继续反应20～30h，反应结束后，反应物经透析除去三甲胺，冻干，获得季铵盐聚砜固体；
将季铵盐聚砜固体均匀分散于水溶剂中得到季铵盐聚砜水溶液，将季铵盐聚砜水溶液经伽玛射线或电子束辐射灭菌，即得季铵盐聚砜抑菌液。
优选的，所述季铵盐聚砜水溶液的质量分数为0.5～4％。
更优选的，所述季铵盐聚砜水溶液的质量分数为2％。
优选的，所述聚砜、多聚甲醛、三甲基氯硅烷的用量比为1g:0.9g:5ml。
优选的，所述聚砜与所述无水四氯化锡质量比为1:0.16。
优选的，所述三甲胺溶液质量百分含量为10～15％。
优选的，反应物经透析除去三甲胺过程中，选用的透析袋截留分子量为1000～3000Da，透析时间24～48h，每间隔12h换一次纯水。
优选的，所述杀菌过程中的吸收剂量为10～30kGy。
本发明第二个目的提供一种上述所述的制备方法制得的季铵盐聚砜抑菌液。
本发明第三个目的提供一种季铵盐聚砜抑菌液在抑菌中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明首先制备高取代度的氯甲基化聚砜过程中，再将氯甲基化聚砜与三甲胺水溶液反应，生成水溶性的季铵盐聚砜，冻干、得到白色孔状结构的季铵盐聚砜固体，最后将季铵盐聚砜固体分散于水中配制成水溶液，经杀菌后而制得季铵盐聚砜抑菌液，该方法简单，易操作。获得的季铵盐聚砜抑菌液不仅可以溶于水，而且季铵盐官能团本身还具有优异的抑菌性能，从而拓宽了水溶性季铵盐聚砜在抑菌领域的应用范围。
本发明制备得到的季铵盐聚砜抑菌液对大肠杆菌ATCC 25922的抑菌率高达99％，对金黄色葡萄球菌ATCC 25923的抑菌率高达99％。
附图说明
图1为实施例1提供的季铵盐聚砜抑菌液的制备方法中氯甲基化聚砜核磁图。
图2为实施例1提供的季铵盐聚砜的核磁图。
图3为实施例1提供的季铵盐聚砜固体实物照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
需要说明的是，下述各实施例中采用试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到；所述实验方法中如无特殊说明，均为常规方法。
下述各实施例所提供的季铵盐聚砜抑菌液的制备方法中，氯甲基化聚砜的取代度可通过1HNMR图中相应的积分面积计算，取代度的计算公式如下：
式中：DS——取代度；
B——CH2Cl中亚甲基在4.54ppm位置的积分面积；
A——聚砜骨架中双酚A中-CH3在1.70ppm位置的积分面积；
下述各实施例所提供的季铵盐聚砜抑菌液的抑菌性能按计数法测试，抑菌率计算公式如下：
式中：X——抑菌率；
M——对照样品平均菌落数；
N——季铵盐聚砜抑菌液样品中平均菌落数；
实施例1
一种季铵盐聚砜抑菌液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10g聚砜溶于50℃的500mL无水氯仿中，N2保护并在搅拌条件下依次加入多聚甲醛9g，三甲基氯硅烷50mL，无水四氯化锡1.6g，反应过程中核磁检测跟踪反应，当氯甲基化取代度大于1.5时，取代度按公式(Ⅰ)计算，见图1所示，加入200mL 10wt％的三甲胺溶液，35℃条件下继续反应24h后，将反应液倒入1000mL分液漏斗中，有机相氯仿回收，含有及铵盐聚砜的水相减压除去大部分三甲胺，最后经截留分子量为1000的透析袋透析除去残留的三甲胺，透析时间为48h，每间隔12h换一次纯水，最后冷冻干燥得到季铵盐聚砜固体，将图2和图3所示；
(2)将2g季铵盐聚砜、98g水加入烧杯中，搅拌得到质量分数为2％的季铵盐聚砜水溶液；
(3)将(3)中配好的2％的季铵盐聚砜水溶液进行伽玛射线灭菌，吸收剂量为15kGy，即得季铵盐聚砜抑菌液。
实施例2
一种季铵盐聚砜抑菌液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10g聚砜溶于50℃的500mL无水氯仿中，N2保护并在搅拌条件下依次加入多聚甲醛9g，三甲基氯硅烷50mL，无水四氯化锡1.6g，反应过程中核磁检测跟踪反应，当氯甲基化取代度大于1.5时，取代度按公式(Ⅰ)计算，加入200mL15wt％的三甲胺溶液，35℃条件下继续反应24h后，将反应液倒入1000mL分液漏斗中，有机相氯仿回收，含有及铵盐聚砜的水相减压除去大部分三甲胺，减压除去大部分三甲胺，最后经截留分子量为2000的透析袋透析除去残留的三甲胺，透析时间为36h，每间隔12h换一次纯水，最后冷冻干燥得到白色孔状的季铵盐聚砜固体冷冻干燥得到白色孔状的季铵盐聚砜固体；
(2)将1g季铵盐聚砜、99g水加入烧杯中，搅拌得到质量分数为1％的季铵盐聚砜水溶液；
(3)将(2)中配好的2％的季铵盐聚砜水溶液进行伽玛射线灭菌，吸收剂量为20kGy，
即得季铵盐聚砜抑菌液。
实施例3
一种季铵盐聚砜抑菌液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10g聚砜溶于50℃的500mL无水氯仿中，N2保护并在搅拌条件下依次加入多聚甲醛9g，三甲基氯硅烷50mL，无水四氯化锡1.6g，反应过程中核磁检测跟踪反应，当氯甲基化取代度大于1.5时，取代度按公式(Ⅰ)计算，加入200mL13wt％的三甲胺溶液，35℃条件下继续反应24h后，将反应液倒入1000mL分液漏斗中，有机相氯仿回收，含有及铵盐聚砜的水相减压除去大部分三甲胺，减压除去大部分三甲胺，最后经截留分子量为3000的透析袋透析除去残留的三甲胺，透析时间为24h，每间隔8h换一次纯水，最后冷冻干燥得到白色孔状的季铵盐聚砜固体冷冻干燥得到白色孔状的季铵盐聚砜固体；
(2)将0.5g季铵盐聚砜、99.5g水加入烧杯中，搅拌得到质量分数为0.5％的季铵盐聚砜水溶液；
(3)将(2)中配好的0.5％的季铵盐聚砜水溶液进行伽玛射线灭菌，吸收剂量为25kGy，即得季铵盐聚砜抑菌液。
为了说明本实施例提供的季铵盐聚砜抑菌液的抑菌性能，下述各应用实施例提供了将上述季铵盐聚砜抑菌液在抑菌中的应用。
应用实施例1
分别将大肠杆菌ATCC 25922，金黄色葡萄球菌ATCC 25923制成菌悬液，浓度为1×109～9×109cfu/mL，在试管A中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)和100μL菌悬液(阳性对照组)，在试管B中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)(阴性对照组)，在试管C中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)、100μL菌悬液和200μL2％的实施例1提供的季铵盐聚砜抑菌液(样品组)，充分混匀后放入培养箱37℃静置培养24h，作适当稀释，然后取其中2～3个稀释度，分别吸取1mL，置于三个平皿，用凉至40～45℃胰酪大豆胨琼脂培养基(TSA)作倾注，转动平皿，使其充分均匀，琼脂凝固后翻转平板，35℃±2℃培养48h，作活菌菌落计数。
试验重复3次，按公式(Ⅱ)计算抑菌率：
对大肠杆菌ATCC 25922的抑菌率为99％，对金黄色葡萄球菌ATCC 25923的抑菌率为99％。
应用实施例2
分别将大肠杆菌ATCC 25922，金黄色葡萄球菌ATCC 25923制成菌悬液，浓度为1×109～9×109cfu/mL，在试管A中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)和100μL菌悬液(阳性对照组)，在试管B中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)(阴性对照组)，在试管C中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)、100μL菌悬液和200μL 1％的实施例2提供的季铵盐聚砜抑菌液(样品组)，充分混匀后放入培养箱37℃静置培养24h，作适当稀释，然后取其中2-3个稀释度，分别吸取1mL，置于三个平皿，用凉至40-45胰酪大豆胨琼脂培养基(TSA)作倾注，转动平皿，使其充分均匀，琼脂凝固后翻转平板，35℃±2℃培养48h，作活菌菌落计数。
试验重复3次，按式(Ⅱ)计算抑菌率：
对大肠杆菌ATCC 25922的抑菌率为94.1％，对金黄色葡萄球菌ATCC25923的抑菌率为73％。
应用实施例3
分别将大肠杆菌ATCC 25922，金黄色葡萄球菌ATCC 25923制成菌悬液，浓度为1×109～9×109cfu/mL，在试管A中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)和100μL菌悬液(阳性对照组)，在试管B中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)(阴性对照组)，在试管C中加入2mL灭菌后胰酪大豆胨液体培养基(TSB)、100μL菌悬液和200μL2％的实施例3提供的季铵盐聚砜抑菌液(样品组)，充分混匀后放入培养箱37℃静置培养24h，作适当稀释，然后取其中2～3个稀释度，分别吸取1mL，置于三个平皿，用凉至40-45℃胰酪大豆胨琼脂培养基(TSA)作倾注，转动平皿，使其充分均匀，琼脂凝固后翻转平板，35℃±2℃培养48h，作活菌菌落计数。
试验重复3次，按式(Ⅱ)计算抑菌率：
对大肠杆菌ATCC 25922的抑菌率为34.5％，对金黄色葡萄球菌ATCC25923的抑菌率为30％。
从应用实施例1～3可以看出季铵盐聚砜抑菌液不仅可以溶于水，而且还具有优异的抑菌性能，从而拓宽了水溶性季铵盐聚砜在抑菌领域的应用范围。其中，抑菌性能随着季铵盐聚砜水溶液中的季铵盐聚砜的浓度越高，抑菌性能越强。本发明制备得到的季铵盐聚砜抑菌液对大肠杆菌ATCC 25922的抑菌率高达99％，对金黄色葡萄球菌ATCC 25923的抑菌率高达99％。
本发明首先制备高取代度的氯甲基化聚砜过程中，再将氯甲基化聚砜与三甲胺水溶液反应，生成水溶性的季铵盐聚砜，冻干、得到白色孔状结构的季铵盐聚砜固体，最后将季铵盐聚砜固体分散于水中配制成水溶液，经杀菌后而制得季铵盐聚砜抑菌液，该方法简单，易操作。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。