具有细菌粘附性质的包含呋喃酮的高分子化合物制造技术

描述了具有对抗细菌例如铜绿假单胞菌Xen 5、大肠杆菌Xen 14、鼠伤寒沙门氏菌Xen 26、金黄色葡萄球菌Xen 36和肺炎克雷伯菌Xen39的细菌粘附抑制性质的高分子化合物(I)。基团R被提供为取代的呋喃酮，所述取代的呋喃酮通过烷基链，或更优选通过亲水部分例如低聚(环氧乙烷)((CH2-CH2-O)i)连接至高分子主链。高分子主链中基团R可以相同或不同。本发明专利技术还提供包含如上定义的高分子化合物的纳米纤维和涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有细菌粘附性质的包含呋喃酮的高分子化合物
本专利技术涉及具有细菌粘附抑制性质的高分子化合物。
技术介绍
虽然膜过滤是有前途的技术，但是其大规模工业应用却受限制，这部分是因为欠佳的固有膜性质，而大部分是因为膜的污染。使用化学灭微生物剂例如氯来控制膜的生物污染是普遍的。然而，这些化学灭微生物剂的大部分在高pH值下不是非常有效，并且它们与溶解的化学品反应产生了有害的副产物。已经报道了清洁膜的物理手段例如清刮、刷、擦抹和喷射，但是最多只作为其它生物膜移除法的次要方法。也已经开发使用了噬菌体、电流和营养控制，但是这些方法或者是寄主专一性的或者花费长时间才能起效，且非常没有成本效率。现在重点转移至膜表面的修饰从而控制污染。已经报道不同氧化态的多种金属元素例如银、铜、锌、镍、锰、铁和锂具有抗微生物性质。这些金属中的一些已经与高分子混合并被制成纤维用于过滤介质、创伤敷料和其它应用。群体感应(QS)是细菌通讯的方法，并且形成了生物膜形成的基本部分。过去几年，已经可得到关于细菌QS的许多出版物和大量的数据，并且研究者使用不同方法调节QS的兴趣也在增加。QS对细菌生存不是必需的，但帮助协调基于群落的细菌行为。因此，抑制QS仅仅干扰所需的表型。生物膜对抗生素和消毒处理是高度耐受的，并且这导致持久的人类感染和在工业生产中的有害的腐蚀和设备故障。已经研究了表面的修饰和新抑制剂设计以控制在工业生产中的生物膜形成。过滤膜中生物膜的形成是与膜技术相关的主要限制之一。这降低水纯化系统中水的质量和数量，并由此导致更高的处理成本。利用QS的干扰可能不会引起普遍的有益效果，但是使得细菌更容易被常规手段控制或破坏。已经发现呋喃酮部分具有各种药用性质，例如抗癌、强心、止痛、抗微生物、抗病毒、抗真菌和抗炎性质。使用抑制微生物的QS的呋喃酮衍生物已不是新现象。已经进行了了解QS的不同通路的生物化学研究。呋喃酮衍生物已从自然界分离得到，还可以被合成。已经报道了这些呋喃酮衍生物的特异性QS路径。呋喃酮化合物临床应用的研究已非常普遍。在最近的一篇文章中，报道了由呋喃酮部分的QS抑制已经阻止铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)引起的软腐病攻击洋葱植物。Hume等人已经将呋喃酮偶联至聚苯乙烯并且使用熔体成型制备在其表面具有5至8％呋喃酮的圆盘，其具有高达89％的表皮葡萄球菌(S.epidermidis)生物膜形成的减少。他们还采用他们的高分子涂布导尿管用于体内试验，其显示在65至85天之间呋喃酮已可以被磨损或浸出。这显示呋喃酮介导的QS抑制的潜在和广泛的应用。呋喃酮是高丝氨酸内酯的类似物，其似乎干扰典型的生物膜结构的发展，使得这些生物体对灭微生物剂的处理更加敏感。靶向QS相比于使用抗生素也具有优势，因为不存在细菌发展成耐受的风险，该耐受引起严重的控制问题。许多天然产物包含被分类为内酯的3(2H)-呋喃酮母核结构。由于呋喃酮化合物的高合成性和生物重要性，在近二十年它们的化学受到相当大的关注。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了具有细菌粘附抑制性质的高分子化合物，其具有下式：其中R选自且其中取代基R1、R2、R3和R4中的至少一个为连接至高分子主链的连接基团，典型地为烷基链，或更优选为亲水部分例如低聚(环氧乙烷)((CH2-CH2-O)i)；并且其余的取代基为一个或多个氢原子、卤素、烷基或芳基。本专利技术的进一步特征提供取代基以提供与高分子主链连接的外部双键；优选地，R1和R2结合成一个取代基，该取代基经双键连接至呋喃酮A中的呋喃酮，并且R3和R4结合成一个取代基，该取代基经双键连接至呋喃酮B中的呋喃酮。本专利技术更进一步的特征提供高分子主链中每个R相同或不同。更进一步特征提供R选自进一步特征提供高分子化合物，其中细菌粘附抑制性质对抗的细菌包括单独地以及混合细胞培养形式的铜绿假单胞菌Xen5、大肠杆菌(E.coli)Xen14、鼠伤寒沙门氏菌(S.typhimurium)Xen26、金黄色葡萄球菌(S.aureus)Xen36和肺炎克雷伯菌(K.pneumoniae)Xen39。本专利技术还提供纳米纤维和涂层，其包含如上定义的高分子化合物，特别是提供了纳米纤维材料，其包含具有细菌粘附抑制性质的高分子化合物，该高分子化合物具有下式其中R选自且其中取代基R1、R2、R3和R4中的至少一个为连接至高分子主链的连接基团，典型地为烷基链，或更优选为亲水部分例如低聚(环氧乙烷)((CH2-CH2-O)i)；并且其余的取代基为一个或多个氢原子、卤素、烷基或芳基。进一步特征提供取代基以提供与高分子主链连接的外部双键；优选地，R1和R2结合成一个取代基，该取代基经双键连接至呋喃酮A中的呋喃酮，并且R3和R4结合成一个取代基，该取代基经双键连接至呋喃酮B中的呋喃酮。更进一步的特征提供高分子主链中每个R相同或不同。更进一步特征提供R选自附图说明现在以示例方式参考随附附图描述本专利技术，其中：图1为SMA和SMA/呋喃酮1的重叠ATR-FTIR，其显示SMA向含呋喃酮的版本转化；图2显示SMA/呋喃酮1(A)和SMA/呋喃酮2(B)的纳米纤维直径以及SMA/呋喃酮1(C)和SMA/呋喃酮2(D)纳米纤维垫的孔隙大小；图3显示SMA/呋喃酮1纳米纤维垫(nanofibrousmat)分别经30分钟和36小时的抗微生物(A)和细胞粘附抑制(B)潜能；图4显示SMA/呋喃酮2纳米纤维垫分别经30分钟和36小时的抗微生物(A)和细胞粘附抑制(B)潜能；图5显示纳米纤维垫对混合菌株的抗微生物(A)和粘附抑制(B)潜能；图6为体内图像，其阐明暴露于混合培养物10分钟之后呋喃酮修饰的纳米纤维垫的抗微生物功效；图7显示荧光显微图像，其显示呋喃酮修饰的纳米纤维垫的细胞粘附抑制和抗微生物功效；和图8显示GC-MS图谱，其表明呋喃酮化合物没有从纳米纤维垫浸出进入滤过水中。具体实施方式提供了具有细菌粘附抑制性质的高分子化合物且该高分子化合物具有下式R选自其中取代基R1、R2、R3和R4中的至少一个形成连接至由聚(苯乙烯-共-马来酸酐)提供的高分子主链的连接基团。所述连接基团典型地为烷基链，或更优选为亲水部分例如低聚(环氧乙烷)((CH2-CH2-O)i)。其余的取代基为一个或多个氢原子、卤素、烷基或芳基。取代基还可以提供与高分子主链连接的外部双键。在该形式中，优选地，R1和R2结合成一个取代基，该取代基经双键连接至呋喃酮A中的呋喃酮，并且R3和R4结合成一个取代基，该取代基经双键连接至呋喃酮B中的呋喃酮。高分子主链中每个呋喃酮R可以相同或不同。如下的实施例证明两种根据本专利技术的呋喃酮修饰的聚(苯乙烯-共-马来酸酐)化合物。材料作为统计共聚物的包含约28重量％马来酸酐的商品级聚(苯乙烯-共-马来酸酐)(Mw110000)由Polyscope，Geleen，荷兰捐赠(GradeSZ28110)，2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮(DMHF,98％)、环氧丁烷(98％)、丙烯酰氯、2,2-(氨基乙氧基)乙醇(98％)、碘(I2，99％)和氢化钠(NaH，95％)获得自SigmaAldrich，南非并且无需进一步纯化即可使用。Boc氧化物((Boc)2O，98％)、Grubbs(II)催化剂(97％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有细菌粘附抑制性质的高分子化合物，其具有下式其中R选自且其中取代基R1、R2、R3和R4中的至少一个为连接至高分子主链的连接基团，并且其余的取代基为一个或多个氢原子、卤素、烷基或芳基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.20 ZA 2012/054541.一种具有细菌粘附抑制性质的高分子化合物，其具有下式其中R选自且其中取代基R1、R2、R3和R4中的至少一个为连接至高分子主链的连接基团，并且其余的取代基为一个或多个氢原子、卤素、烷基或芳基。2.根据权利要求1所述的高分子化合物，其中所述连接基团为烷基链。3.根据权利要求1所述的高分子化合物，其中所述连接基团为低聚(环氧乙烷)((CH2-CH2-O)i)部分，其中i＝2。4.根据权利要求1所述的高分子化合物，其中在高分子主链中每个R相同或不同。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·克卢伯曼，O·E·契纳，T·E·克卢蒂，N·P·古莱，
申请(专利权)人：斯坦陵布什大学，
类型：发明
国别省市：南非;ZA