一种用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体的制备及应用方法，属于功能分子合成、功能材料制备领域。所述的可固载抗菌前体由海因类卤胺基团与全氟苯基叠氮基团通过季铵盐结构链接而成,并能够实现在聚氨酯膜等惰性材料表面的共价键固载。功能改性后的材料亲水性有所提高，经活化后具有良好的杀菌功能，对革兰氏阴性、阳性菌均具有较好的杀菌活性。本发明专利技术公开的一种可用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体制备及应用方法，其特征在于采用全氟苯基叠氮作为偶联基团，能够在惰性材料表面实现季铵盐型卤胺前体的共价键固载；同时将季铵盐型卤胺结构作为抗菌基团，提高了固载后材料表面的亲水性并展现了优异的抗菌能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能分子合成、功能材料制备领域，具体涉及一种可用于惰性表面固载的季铵型卤胺抗菌前体的制备及应用方法。
技术介绍
卤胺类抗菌剂是近年来研究较多的一种有机类抗菌剂，由于具有抗菌活性高、活性可再生、抗菌作用广谱等优点而受到广泛的关注并在医疗卫生、日用品等各个领域被广泛应用。卤胺前体活化后分子中N-H转化为N-Cl，在水溶液中溶解度与分散性能降低，尤其当卤胺分子大量固载于材料表面之后，材料亲水性受到影响。有研究(Adv.Healthcare Mater.2012,1,609-620)表明将季铵盐基团引入卤胺抗菌剂分子中显著提高了其水溶性，同时大大提高了卤胺结构的杀菌效率。研究推测这是由于季铵盐基团与呈负电性的细菌膜之间的静电作用促进了细菌与抗菌分子之间的接触，进而显著提高了卤胺基团的杀菌效率。然而，一方面有机小分子抗菌剂的大量使用往往会引起二次污染，且难以重复回收使用，所以非溶出型抗菌材料受到人们越来越多的重视；另一方面，医用材料表面的细菌污染是导致细菌感染及交叉感染的主要途径之一，有些致病细菌甚至可以在材料表面存活数月之久。因此，将卤胺抗菌分子固载到高分子材料表面制备非溶出型抗菌材料可以重复利用材料表面卤胺分子，近年来成为医用材料领域的研究热点。目前卤胺抗菌前体在惰性材料表面的共价固载方法主要有亲电/亲核反应以及自由基引发的表面接枝聚合反应。(1)通过与材料表面活性基团进行亲电/亲核反应可实现卤胺抗菌剂的固载。Sun等人(Ind.Eng.Chem.Res.1994,33,168-170)通过傅克反应在商品化聚苯乙烯材料表面引入乙酰基团，之后利用“Bucherer-Berg's”反应在该位置生成海因基团，成功制备了卤胺改性高分子抗菌剂。Lin等人(J.Appl.Polym.Sci.2001,81,943-947)利用甲醛对尼龙材料进行预处理后，以羟基作为偶联基团将乙内酰脲、恶唑烷酮和咪唑啉酮等卤胺前体固载到改性的尼龙材料表面上，通过该方法制备的抗菌材料具有较高的稳定性和抗菌再生性能。但该方法需要先利用甲醛及强碱对材料进行预处理再进行卤胺前体的固载，工艺相对较为复杂且易造成环境污染。Li等人(Adv.Healthcare Mater.2012,1,609-620)通过“click”反应将5,5-二甲基海因分子接枝到聚对苯甲酸乙二醇酯膜表面，然而该方法需要预先在材料表面引入炔基基团，并且反应当中用到的铜离子催化剂对生物体尤其是水生生物具有一定的生物毒性。(2)首先制备可聚合单体，之后在材料表面进行表面接枝聚合反应，可将卤胺或卤胺前体基团引入到材料表面形成具有抗菌活性的功能材料。如Sun等人(J.Appl.Polym.Sci.2001,81,617–624)制备了以3-烯丙基-5,5-二甲基海因为代表的烯丙基可聚合单体衍生物，经表面接枝聚合后可将DMH固载到聚对苯甲酸乙二醇酯(PET)和聚丙烯(PP)等惰性材料表面。然而表面接枝聚合反应比较复杂，接枝效率及接枝物形态易受单体及引发剂的种类、浓度等影响，并且丙烯基团存在自阻聚的问题，往往需要与其他单体共聚才能有效完成表面接枝聚合反应。全氟苯基叠氮类化合物由于具有制备简单、稳定性好等优点而成为近年来应用较多的偶联剂之一，该化合物中苯基叠氮基团在254nm波长激发下能够产生高活性的单线态氮卡宾并在材料表面进行C＝C双键加成或C-H、N-H键插入反应，能够实现目标分子与惰性材料表面之间的键合偶联。Yan M等人(J.Am.Chem.Soc.1993,115,814-816)以PFPA作为偶联基团在材料表面成功接枝NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)，之后通过NHS与氨基反应将荧光蛋白固载到具有一定图案的聚合物聚苯乙烯膜上。Pastine等人(J.Am.Chem.Soc.2008,130,4238-4239)将亲水性羟丙基链和疏水性氟代烷基链分别固载到碳纳米管表面极大地改变了碳纳米管的亲水/疏水性能。因此本专利申请设计利用全氟苯基叠氮基团作为偶联基团实现季铵盐型卤胺前体在惰性材料表面的固载。
技术实现思路
本专利技术针对传统卤胺抗菌剂在惰性材料表面较难有效实现共价固载的问题，提出了一种可用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体制备及应用方法，该卤胺抗菌剂前体能够实现在惰性材料表面的共价键固载并能赋予修饰后材料优异的抗菌活性。本专利技术的技术方案：一种可用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体，其结构如下：其中，n是0、2或4。一种可用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体的制备与应用方法，步骤如下：(1)将N,N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐与5,5-二甲基海因溶解在溶剂A中，再加入KOH，回流反应4～16小时，除溶剂后硅胶柱层析分离，得到3-(N,N-二甲氨基氯丙烷基)-5,5-二甲基海因；其中，KOH、N,N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐与5,5-二甲基海因的摩尔比为1：1～8：2～10，5,5-二甲基海因在溶剂A中的浓度w/v为2～10％；所述的溶剂A选自丙酮或无水乙醇。(2)将五氟苯甲酸与溴乙醇、4-氯-1-丁醇、6-氯-1-己醇中的三者中的一个溶解在溶剂B中，在催化剂条件下反应6～24小时，硅胶柱层析分离，得到五氟苯甲酸氯代烷烃酯或五氟苯甲酸溴代烷烃酯；其中，五氟苯甲酸与溴乙醇、4-氯-1-丁醇或6-氯-1-己醇的摩尔比为1：1～5，五氟苯甲酸在溶剂B中的浓度w/v为2～20％；所述的催化剂为浓硫酸；所述的溶剂B选自四氯化碳或二氯甲烷。(3)将五氟苯甲酸氯丁酯或五氟苯甲酸氯己酯中的一种与碘化钠溶解在溶剂C中，回流反应6～24小时，除溶剂后硅胶柱层析分离，得五氟苯甲酸碘丁酯或五氟苯甲酸碘己酯；其中五氟苯甲酸氯丁酯或五氟苯甲酸氯己酯与碘化钠的摩尔比为1：1～5，五氟苯甲酸氯丁酯或五氟苯甲酸氯己酯在溶剂C中的浓度w/v为2～20％；所述的溶剂C为丙酮或丁酮。(4)五氟苯甲酸溴乙醇酯、五氟苯甲酸碘丁酯、五氟苯甲酸碘己酯中一种与3-(N,N-二甲氨基氯丙烷基)-5,5-二甲基海因以摩尔比1～5：1溶解在乙腈中，回流反应6～24小时，除溶剂后硅胶柱层析分离，得到相应的季铵盐溴盐或季铵盐碘盐；3-(N,N-二甲氨基氯丙烷基)-5,5-二甲基海因在乙腈中的浓度w/v为2～20％。(5)将步骤(4)中得到的季铵盐溴盐或季铵盐碘盐配制成浓度w/v为60～80％的水溶液，然后缓慢通过氯型阴离子交换树脂，除水后得到季铵盐型卤胺前体氯盐。(6)将步骤(5)中得到的季铵盐型卤胺前体氯盐与叠氮化钠溶解在体积比为3:1的丙酮与水的混合溶剂中，回流反应6～24小时，除溶剂后硅胶柱层析分离，得可固载的季铵盐型卤胺抗菌前体；其中，季铵盐型卤胺前体氯盐与叠氮化钠的摩尔比为1：1～1.3，季铵盐型卤胺前体氯盐在混合溶剂中的浓度w/v为10～20％。(7)将步骤(6)中得到的可固载的季铵盐型卤胺前体配制成浓度为1～7mg/mL的可固载型含季铵盐卤胺前体的甲醇溶液，然后滴涂在膜上，在室温条件下避光放置自然晾干；随后将膜置于254nm紫外灯下光照1～10min，膜表面照射的紫外光总量为0.202～2.02J/cm2；最后用95％乙醇溶液将表面未固载的小分子冲洗干净，自然晾干。(8)将步骤(7)中修饰的聚氨酯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体，其特征在于，季铵盐型卤胺抗菌剂前体的结构如下：其中，n是0、2或4。
【技术特征摘要】
1.一种用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体，其特征在于，季铵盐型卤胺抗菌剂前体的结构如下：其中，n是0、2或4。2.一种用于惰性表面固载的季铵盐型卤胺抗菌前体的制备与应用方法，其特征在于，步骤如下：(1)将N,N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐与5,5-二甲基海因溶解在溶剂A中，再加入KOH，回流反应4～16小时，除溶剂后硅胶柱层析分离，得到3-(N,N-二甲氨基氯丙烷基)-5,5-二甲基海因；其中，KOH、N,N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐与5,5-二甲基海因的摩尔比为1：1～8：2～10，5,5-二甲基海因在溶剂A中的浓度w/v为2～10％；所述的溶剂A选自丙酮或无水乙醇；(2)将五氟苯甲酸与溴乙醇、4-氯-1-丁醇、6-氯-1-己醇中的三者中的一个溶解在溶剂B中，在催化剂条件下反应6～24小时，硅胶柱层析分离，得到五氟苯甲酸氯代烷烃酯或五氟苯甲酸溴代烷烃酯；其中，五氟苯甲酸与溴乙醇、4-氯-1-丁醇或6-氯-1-己醇的摩尔比为1：1～5，五氟苯甲酸在溶剂B中的浓度w/v为2～20％；所述的催化剂为浓硫酸；所述的溶剂B选自四氯化碳或二氯甲烷；(3)将五氟苯甲酸氯丁酯或五氟苯甲酸氯己酯中的一种与碘化钠溶解在溶剂C中，回流反应6～24小时，除溶剂后硅胶柱层析分离，得五氟苯甲酸碘丁酯或五氟苯甲酸碘己酯；其中五氟苯甲酸氯丁酯或五氟苯甲酸氯己酯与碘化钠的摩尔比为1：1～5，五氟苯甲酸氯丁酯或五氟苯甲酸氯己酯在溶剂C中的浓度w/v为2～20％；所述的溶剂C为丙酮或丁酮；(4)五氟苯甲酸溴乙醇酯、五氟苯甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：李令东，赵曰彪，迟晓芳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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