一种室温合成抗菌水凝胶的制备方法

本发明涉及生物医用材料，具体为一种室温合成抗菌水凝胶的制备方法。

背景技术：

1、细菌感染指致病菌或条件致病菌侵入人体中生长繁殖，产生毒素和其他代谢产物所引起的急性局部或全身性炎症反应。皮肤创面损伤(烧烫伤、外力损伤、手术创伤等)和医疗器械植入等事件容易造成细菌感染。伤口一旦被细菌感染，会延迟炎症期的愈合过程，严重的话导致伤口无法愈合，甚至导致败血症等并发症。因此，细菌感染威胁人类的身体健康，每年导致数以百万计的病例且死亡率高。抗生素是最早用于治疗细菌感染的药物，但传统抗生素的长期、过度的使用促进了细胞进化并导致了细菌产生耐药性，使得依靠抗生素来控制细菌感染变得相当危险。水凝胶作为一种新型的具有三维网络结构的软材料，因良好的生物相容性、亲水性、刺激响应、药物缓释等优良特性，已在抗菌领域展现出良好的应用前景。它可以实现局部给药，且能持续可控地释放抗菌剂，避免了多次给药、全身给药带来的毒性，有效地提高了药物的生物利用度，因此具有抗菌性/杀菌性的水凝胶即抗菌水凝胶的研究受到科研工作者的青睐。单体合成高分子不可缺少引发剂，水溶性无机过氧化物是合成水凝胶常用的引发剂，此类物质活化能较高，聚合反应需要在较高温度下进行(t≥60℃)，室温下无法快速反应，需要一定活化方式才能室温下发生聚合。光活化和热活化可降低无机过氧化合物的活化能，催化其室温分解，但需要额外仪器，工艺长、过程复杂。此外，合成出抗菌水凝胶常用手段为聚合过程中添加抗菌剂或将水凝胶浸渍于抗菌液，工艺过程复杂化、延长合成时间。研究指出一些过渡金属离子也能降低无机过氧化合物分解活化能，催化其室温分解，且这些过渡金属离子对细菌表现出抗菌或杀菌的能力，而对人畜无毒性。

2、因此，基于当前合成抗菌水凝胶方法上反应温度较高、过程长或复杂等不足，开发出一种室温下合成抗菌水凝胶的方法尤为重要。本发明合成抗菌水凝胶的方法---“一物两效”，不仅可实现室温下快速合成水凝胶的目的且赋予水凝胶具有广谱抗菌能力，合成过程简单、低碳环保，可实现规模化制备，满足临床医学的应用要求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题提出一种室温合成抗菌水凝胶的制备方法，以过渡金属盐为催化剂/活化剂、无机过氧化合物为引发剂、水溶性有机小分子为单体、水溶性两端双键化合物为交联剂，通过过渡金属子催化/活化无机过氧化合物室温分解且具有抗菌/杀菌性的特性，提出一种简单易行、可控的室温下合成抗菌水凝胶的方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种室温合成抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：室温下配制一定浓度无机过氧化合物引发剂溶液、交联剂溶液和过渡金属盐催化剂/活化剂溶液，冰箱中冷藏保存，其中过渡金属盐催化剂/引发剂溶液要避光保存；

4、s2：称取适量单体溶解于水，完全溶解后加入s1步骤中的引发剂、交联剂溶液，室温搅拌均匀得混合溶液；

5、s3：将s1中过渡金属盐催化剂/活化剂溶液逐滴加入s2步骤的混合溶液中，摇匀，室温放置，测量体系温度并观察现象；

6、s4：从模具中取出水凝胶，用去离子水冲洗水凝胶表面；

7、s5：采用细菌吸光度(od值)法/抑菌圈法表征水凝胶的抗菌性能。

8、为上述方案的优选：聚合体系中引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾任意一种或混合物。

9、作为上述方案的优选：所述步骤s1中配制引发剂溶液的浓度为5.0×10-2～2.0×10-1mo l/l，步骤s3中引发剂最终浓度≥0.004mo l/l。

10、作为上述方法的优选：聚合体系中交联剂为n，n-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇丙烯酸酯或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中任意一种或混合物。

11、作为上述方法的优选：所述步骤s1中配制交联剂浓度为5.0×10-2～5.0×10-2mol/l，步骤s3中交联剂最终浓度为5.0×10-4～1.0×10-3mo l/l。

12、作为上述方案的优选：聚合体系中催化剂为硝酸银、氟化银、高氯酸银、氯化铜、硝酸铜或高氯酸铜任意一种或混合物。

13、作为上述方案的优选：所述步骤s1中配制催化剂的浓度为2.0×10-2～2.0×10-1mo l/l，步骤s3中催化剂：引发剂的摩尔比为1:10～5:1。

14、作为上述方法的优选，水溶性有机小分子为丙烯酸、丙烯酰胺或n-异丙基丙烯酰胺的任意一种或混合物。

15、作为上述方案的优选：所述步骤s2中单体的浓度为1.2～8.0mol/l，步骤s3中单体最终浓度为1.0～7.0mo l/l。

16、作为上述方案的优选：所述步骤s1-s3步骤中的温度为≥5℃。

17、为验证水凝胶的抗菌性：采用测试细菌的吸光度(od值)或抑菌圈法进行表征抗菌性，较优地选用在lb培养基中测试水凝胶对大肠杆菌、金色葡萄球菌，初始od值0.05～0.08。

18、本发明的有益效果是：本发明创新性的将过渡金属盐作为无机过氧化合物引发剂的催化剂/活化剂，降低其分解活化能，使其室温分解产生自由基引发单体聚合形成水凝胶，同时赋予水凝胶抗菌/杀菌性。该方法略去添加抗菌剂或浸泡于抗菌/杀菌液的常规合成抗菌水凝胶步骤，工艺简单、绿色环保、节约能源且易操作。

19、所制备水凝胶对大肠杆菌、金色葡萄球菌等细菌表现出良好抗菌/杀菌性，可作为伤口敷料使用。

技术特征：

1.一种室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述单体来源于丙烯酰胺、丙烯酸、n-异丙基丙烯酰胺中的任意一种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述交联剂溶液来源于聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、n，n-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种或多种混合物。

4.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述无机过氧化合物引发剂溶液来源于双氧水、过一硫酸盐、过二硫酸盐、过氧磷酸盐中的任意一种或几种混合物。

5.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的无机过氧化合物引发剂溶液来源于过二硫酸钠、过二硫酸钾、过二硫酸铵中的任意一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述过渡金属盐来源于氟化银、氯酸银、高氯酸银、硝酸银、氯化铜、高氯酸铜中的一种或几种混合物。

7.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述单体浓度为1.0-7.0mol/l，无机过氧化合物引发剂浓度为4.0×10-3～1.0×10-2mol/l，交联剂浓度为4.0×10-4～1.0×10-3mol/l，过渡金属盐催化剂/活化剂与无机过氧化合物引发剂的摩尔比为1:10～5:1。

8.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤s5中，采用细菌吸光度(od值)法的具体步骤为将灭菌后的水凝胶样品浸渍于含不同菌种的lb培养基溶液中，12h后检测菌液的od值。

9.根据权利要求8所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法的制备方法，其特征在于：所述菌种为大肠杆菌和金色葡萄球菌，菌液初始od值为0.05-0.08。

10.根据权利要求1所述的室温合成抗菌水凝胶的制备方法的制备方法，其特征在于：所述步骤s5中，测水凝胶抗菌性抑菌圈的具体实验步骤：将大肠杆菌接种到ph为7.0～7.4的种子培养基中，37℃下恒温培养24h得到种子液，吸取100μl种子液加到固体平板培养基上，涂布均匀，将洗涤后的，水凝胶样品放到合适平板培养基上于37℃培养24h，观察抑菌圈。

技术总结本发明公开了一种室温合成抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：室温下配制一定浓度无机过氧化合物引发剂溶液、交联剂溶液和过渡金属盐催化剂/活化剂溶液，冰箱中冷藏保存，其中过渡金属盐催化剂/引发剂溶液要避光保存。本发明将过渡金属盐作为无机过氧化合物引发剂的催化剂/活化剂，降低其分解活化能，使其室温分解产生自由基引发单体聚合形成水凝胶，同时赋予水凝胶抗菌/杀菌性。该方法略去添加抗菌剂或浸泡于抗菌/杀菌液的常规合成抗菌水凝胶步骤，工艺简单、绿色环保、节约能源且易操作。技术研发人员：李翠珍,宋建勇,张梦萌,于洪超,陈荣受保护的技术使用者：东华理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18