一种抗菌水凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种抗菌水凝胶材料的制备方法，包括：在酸性条件下，将单体在氧化剂的存在下与聚乙烯醇缩醛泡沫材料进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料；所述单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。本发明专利技术利用水溶性氧化‑还原引发体系在聚乙烯醇缩醛泡沫上引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所得材料保持了聚乙烯醇缩醛泡沫材料本身所特有的孔道结构，同时还具有优异的抗菌性。另外，本发明专利技术提供的制备方法具有反应条件温和，方法简便易行的特点，且制备周期短，条件可控，设备要求简单，可以大规模生产。实验结果表明，本发明专利技术制备的抗菌水凝胶材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均在99.9％以上。

An Antibacterial Hydrogel Material and Its Preparation Method

The invention provides a preparation method of an antibacterial hydrogel material, which comprises the following steps: grafting a monomer into a polyvinyl acetal foam material in the presence of an oxidizing agent under acidic conditions to obtain an antibacterial hydrogel material; the monomer is methacryl oxide ethyl trimethyl ammonium chloride. The invention adopts the water soluble oxidant reduction initiating system to introduce methacryl oxide ethyl three methyl ammonium chloride on the polyvinyl acetal foam, and the obtained material maintains the pore structure of the polyvinyl acetal foam material itself, and has excellent antibacterial property at the same time. In addition, the preparation method provided by the invention has the characteristics of mild reaction conditions, simple and feasible method, short preparation period, controllable conditions, simple equipment requirements and large-scale production. The experimental results show that the antimicrobial hydrogel material prepared by the invention has a bacteriostatic rate of over 99.9% against Escherichia coli and Staphylococcus aureus.

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌水凝胶材料及其制备方法
本专利技术涉及有机合成
，尤其涉及一种抗菌水凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种三维网状并可以保持一定水量的聚合物材料，具有粘弹性、亲水性、生物相容性以及响应性等特点，可应用于药物传递、伤口敷料、组织修复及体内植入材料等。其中，抗菌水凝胶在健康、医疗器械、食品工业以及个人卫生等领域都有潜在的应用前景。目前，常见的制备抗菌水凝胶的方法大多是通过无机或者有机的抗菌剂和本体材料复合制备，例如含有纳米银的水凝胶和含有抗生素的水凝胶等，但是这种释放型的水凝胶具有污染环境、短期有效性等缺点。另一种制备抗菌水凝胶的方法是通过在材料表面接枝抗菌分子或者引入小分子抗菌单体，然后利用聚合以及化学或者物理方法交联而成，这种本体抗菌材料具有无污染、作用持久和不会引起细菌抗性等优点，作为医用敷料应用具有明显优势。例如Peng等(N.Peng,Y.Wang,Q.Ye,L.Liang,Y.An,Q.Li,etal.,Carbohydr.Polym.，2016，137：59-64)利用季胺化的纤维素和纤维素本体通过化学交联制备抗菌型水凝胶，可以有效杀灭金黄色葡萄球菌。Hicyilmaz等(A.S.Hicyilmaz,A.K.Seckin,I.Cerkez，ReactiveandFunctionalPolymers，2017，115：109-116)制备了2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠盐水凝胶材料并通过卤化作用使水凝胶具有抑制革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的性能。聚乙烯醇基多孔材料是一种十分重要的高分子材料，在涂料、薄膜和医用敷料领域具有重要的应用。例如，聚乙烯醇基海绵对人体安全无毒，在湿态下质地柔软强韧，具有较高的吸液量和快速吸液的特点，并且保湿透气、不粘伤口、促进伤口愈合，在医用敷料方面可用作引流条、吸血海绵等。利用聚乙烯醇基材料表面的羟基基团，通过化学反应可以对聚乙烯醇进行改性，从而赋予其更多的性质。例如，林志丹等(林志丹，张秀菊，宋英，张瑞杰，杨松宵，孙土春，温煦，暨南大学学报，2007，3(28)：283-287)以强度和吸水能力较高的PVF泡沫塑料为基材，在PVA与甲醛缩醛化反应形成泡沫过程中加入分子链相互缠结的壳聚糖/PVA共混液，共混液中的PVA进一步与未完全反应的泡沫表面发生缩醛化反应，从而使其缠结的壳聚糖贴在泡沫内表面，最后形成海绵表面内贴壳聚糖的改性PVF泡沫塑料。近来，Pan等(Y.Pan,W.Wang,C.Peng,K.Shi,Y.Luo,X.Ji，RSCAdvances，2014，4：660-666；Y.Pan,K.Shi,C.Peng,W.Wangetal.,ACSAppliedMaterials&interface，2014，6(11)：42-45)以聚乙烯醇基多孔材料为基底材料，利用化学反应分别制备了一系列亲水、疏水、亲疏水可调的聚乙烯醇基多孔材料，深入研究其化学组成、表面性质、孔结构与材料吸收/吸附性能间的关联，得到性能优异的新型高效吸收/吸附材料，为其在相关领域的广泛应用奠定基础。同时，关于PVA基材料的抗菌改性也有一些报道，大多集中在对PVA的功能化改性、静电纺丝成膜以及水凝胶等方面。例如，Alipour等(S.Alipour,M.Nouri,J.Mokhtarietal.，CarbohydrateResearch，2009，344：2496-2501)将季铵化改性的壳聚糖(CS)与PVA配成混合溶液，利用静电纺丝的方法得到含有CS和CS衍生物的PVA纤维垫，具有优良的抗菌性能，对革兰氏阳性菌(葡萄球菌)和革兰氏阴性菌(大肠杆菌)有很好的杀灭作用。Nguyen等(T.Nguyen,Y.Kim,H.Song,B.Leeetal.,JournalofBiomedicalMaterialsResearchPartB-AppliedBiomaterials，2011，96B(2)：225-233)利用微波辐照和静电纺丝相结合的方法制得负载银纳米粒子(AgNPs)的PVA纤维垫，通过后期的热处理使AgNPs迁移到纤维表面，来增加材料的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很好的杀灭作用。Juby等(K.A.Juby,C.Dwivedi,M.Kumaretal.,CarbohydratePolymers，2012，89：906-913)采用一种简单的一锅法合成负载AgNPs的PVA-GA(阿拉伯树胶)水凝胶，利用60Co-γ射线辐照，原位生成AgNPs并使PVA与GA产生交联，制得的水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)有很好的杀灭作用。然而，上述方案中，静电纺丝方法对实验设备要求较高，且不易大规模生产。关于对PVA改性的研究较少，其原因可能是改性后的PVA溶解性和成膜性能有所改变，不易调控。一般制备PVA水凝胶大多是通过冻融循环等物理交联或者用化学交联的方法，并将抗菌剂混入到凝胶本体中，根据抗菌机理其属于释放型的抗菌材料，其不属于表面改性范畴，且抗菌作用不稳定也不够持久。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种抗菌水凝胶材料及其制备方法，采用本专利技术的制备方法制备的抗菌水凝胶材料的抗菌效果较优。同时，本专利技术的制备方法简单易行，条件可控，设备要求简单，可以大规模生产。一种抗菌水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：在酸性条件下，将单体在氧化剂的存在下与聚乙烯醇缩醛泡沫材料进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料；所述单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。优选的，所述酸性条件由酸性水溶液提供；所述酸性水溶液包括硝酸水溶液、盐酸水溶液和磷酸水溶液中的一种或几种；所述酸性水溶液的浓度为0.01～1mol/L。优选的，所述制备方法具体为：将酸性水溶液、氧化剂的溶液、单体的溶液和聚乙烯醇缩醛泡沫材料混合，进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料。优选的，所述混合在无氧的条件下进行；所述接枝反应在惰性气氛下进行。优选的，所述氧化剂的溶液中，氧化剂与溶剂的用量比为0.17～2.04g：5～50mL；所述单体的溶液中，单体与溶剂的用量比优选为0.5～6g：10～50mL。优选的，所述聚乙烯醇缩醛泡沫材料为聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料；所述聚乙烯醇缩醛泡沫材料的孔隙率为80％～90％。优选的，所述氧化剂包括焦磷酸锰、硝酸铈铵、硫酸铈铵和高氯酸铈中的一种或几种。优选的，所述氧化剂与所述单体的质量比为1～4：2～8；所述单体与聚乙烯醇缩醛泡沫材料的质量比为2～8：6。优选的，所述接枝反应的温度为0～50℃；所述接枝反应的时间为3～48h。本专利技术还提供了一种上文所述制备方法制备的抗菌水凝胶材料。本专利技术提供了一种抗菌水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：在酸性条件下，将单体在氧化剂的存在下与聚乙烯醇缩醛泡沫材料进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料；所述单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。本专利技术利用水溶性氧化-还原引发体系在聚乙烯醇缩醛泡沫上引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所得材料保持了聚乙烯醇缩醛泡沫材料本身所特有的孔道结构，同时还具有优异的抗菌性。现有技术中，虽然具有抗菌作用或可以改性成具有抗菌作用的单体有很多，但大多数都无法在PVF材料表面接枝，也就得不到抗菌水凝胶材料。本申请人创造性地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗菌水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：在酸性条件下，将单体在氧化剂的存在下与聚乙烯醇缩醛泡沫材料进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料；所述单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。

【技术特征摘要】
1.一种抗菌水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：在酸性条件下，将单体在氧化剂的存在下与聚乙烯醇缩醛泡沫材料进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料；所述单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸性条件由酸性水溶液提供；所述酸性水溶液包括硝酸水溶液、盐酸水溶液和磷酸水溶液中的一种或几种；所述酸性水溶液的浓度为0.01～1mol/L。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：将酸性水溶液、氧化剂的溶液、单体的溶液和聚乙烯醇缩醛泡沫材料混合，进行接枝反应，得到抗菌水凝胶材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合在无氧的条件下进行；所述接枝反应在惰性气氛下进行。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂的溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，王宝龙，姬相玲，沙迪，石凯，许玖多，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22