一种O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种O‑季铵盐‑N‑烷基化壳聚糖及其制备方法，以及在制备抗菌止血粉中的用途。该抗菌止血粉的制备包括以下步骤：(1)N‑烷基化壳聚糖的制备；(2)O‑季铵盐‑N‑烷基化壳聚糖的制备；(3)抗菌止血粉的制备。通过该制备方法得到的抗菌止血粉作用于伤口处可以在其表面形成具有一定黏连效果的膜，不仅起到止血作用，而且由于具有抗菌效果，可以避免伤口感染，从而减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复、愈合。该抗菌止血粉性能优良，亲水性能可以调控，具有广谱抗菌性，是一种安全、有效、可降解的生物止血材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物高分子材料
，具体涉及一种O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖及其制备方法，以及在制备抗菌止血粉中的应用。
技术介绍
在传统止血救治方案的救治过程中，首先要进行的是快速有效的止血，之后立即进行充足的血量不给，最后针对可能出现的失血并发症进行观察和救治。在此过程中最关键的就是快速有效的止血，即使无法控制的大出血情形也能有备用的治疗方案。在医院实际止血操作中普遍使用的是纱布或者棉花进行填补伤口和用绷带加压进行包扎治疗，严重的肢体出血情形会使用止血带等。这些材料的使用较为便捷，能有效覆盖创面而且成本低廉，其基本原理就是材料起到封堵作用然后辅助以加压措施来协助字体凝血过程发挥作用，但和新型功能性止血材料相比，前者容易导致创面黏连，而且在出血量大、出血速度快的紧急情况下，这种措施就显出了局限性。因此，寻找一种更为快速、有效、安全的止血材料会让病人的生命安全得到保证，也会使临床医生更方便。壳聚糖是自然界中含量仅次于纤维素的天然高分子，作为抑菌剂具有广谱、安全无毒、抗菌效果持久、热稳定性及生物相容性好等有点。研究表明，壳聚糖的抑菌性能与溶解以及溶解所呈的阳离子性能有关。由于壳聚糖分子中含大量的-OH和-NH2，形成的氢键复杂，不溶于水，抑菌应用场合受到很大的限制，只能在酸性条件下使用。针对这一问题，有人进行了-OH的磺化改性，但因改性引入了带负电的官能团，在取代度较高，溶解性改善后，抑菌能力反而下降。季铵盐为铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，通式R4NX，其中四个烃基R可以相同，也可不同。X多是卤素负离子(F、Cl、Br、I)，也可是酸根(如HSO4、RCOO等)。季铵盐与无机盐性质相似，易溶于水，水溶液能导电，主要通过氨或胺与卤代烷反应制得。壳聚糖季铵盐作为一种阳离子型高分子电解质，具有良好的抗菌抑菌性能、结合蛋白质的性能、载药及药物控释性能、絮凝性能，在众多的产品生产中可发现更为广泛的应用。但从进一步拓宽其应用范围和提高其应用性能而言，还有必要将壳聚糖的季铵化改性与其他的改性方法结合起来，以制备包含有季铵基团的多功能壳聚糖衍生物。中国专利CN201410131189.8公开了一种新型壳聚糖复合止血粉及其制备方法。它是将脱乙酰度为50％～80％的壳聚糖和钙盐在酸性条件下溶解后，经碱化共沉淀、离心、洗涤、脱水、干燥、粉碎制得壳聚糖复合止血粉，再经过筛、灭菌制得的。虽然该方法制备的壳聚糖复合止血粉的止血效果显著，但制备过程复杂，且单凭壳聚糖上的氨基抗菌，其抑菌效果不如季铵盐抗菌作用。中国专利CN201410622042.9公开了一种低温等离子体催化制备季铵盐壳聚糖医用止血敷料的方法。它先利用低温等离子体技术处理壳聚糖表面，然后对壳聚糖进行季铵化改性，再引入凝血因子制备季铵盐壳聚糖止血膜，最后利用低温等离子体技术进行表面改性接枝具有细胞亲和性的单体，得到季铵盐壳聚糖医用止血敷料。但是其缺点是制备工艺复杂，并且制膜过程中含有有机溶剂，不利于人体直接使用。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖及其制备方法。本专利技术的另一目的是提供该O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖在制备抗菌止血粉中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖，其结构通式如下：其中，n＝7～17，长链烷基的取代度为33.2％～78.6％，O-季铵盐的取代度为32.5％～89.2％。本专利技术还提供上述O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖的制备方法，包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶于乙酸溶液中，加入乙醇，混合均匀，再加入脂肪醛，调节pH至4.0-6.0(优选为5.0)，搅拌反应，反应结束后再调节反应液的pH为9.0-11.0(优选为10.0)，析出沉淀，洗涤，干燥，即得N-烷基化壳聚糖；(2)将步骤(1)制备的N-烷基化壳聚糖和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵混合，加入NaOH水溶液，在80℃～90℃的温度下搅拌8h～10h，得到粘稠状粗品；再加入硼氢化钠的水溶液，搅拌反应，应结束后再调节反应液的pH为9.0-11.0(优选为10.0)，析出沉淀，洗涤，干燥，即得O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖。步骤(1)中，所述壳聚糖的分子量为20万-200万，优选为50万-100万；所述壳聚糖的脱乙酰度为80-95％，优选为85-95％。壳聚糖的分子量和脱乙酰度会影响血液中促使红细胞聚集的效果，进而对材料的止血性能产生影响，本专利技术通过对壳聚糖的分子量和脱乙酰度与材料止血性能之间的相关性进行了优化考察，结果发现，壳聚糖的分子量为50万-100万，脱乙酰度为85-95％时，制备的O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖材料的止血性能最优。步骤(1)中，所述乙酸溶液的摩尔浓度为0.2～0.3mol/L。步骤(1)中，加入的乙醇的体积分数为70％。步骤(1)中，所述脂肪醛上碳的个数为8～18，脂肪醛与壳聚糖重复单元的摩尔质量比为0.5:1～2:1，优选1:1。优选的，所述脂肪醛为辛醛、辛醛、月桂醛、棕榈醛或椰子醛；更优选为棕榈醛。步骤(1)中，洗涤采用的方法为：用70％～100％的乙醇洗涤4次以上，至pH值为中性。步骤(1)中，制备得到的N-烷基化壳聚糖的烷基化程度为33.2％-78.6％。步骤(2)中，所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与N-烷基化壳聚糖重复单元的摩尔质量比为1:1～4:1。步骤(2)中，所述硼氢化钠与脂肪醛的摩尔质量比为3:1。步骤(2)中，所述NaOH的质量百分含量为0.1％～0.5％，优选0.2％～0.3％。步骤(2)中，制备的O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖中，O-季铵盐的取代度为32.5％～89.2％，该取代度为氨基和羟基的取代度之和。其中取代度＜60％为非水溶性，取代度≥60％为水溶性。上述O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖在制备抗菌止血粉中的用途也是本专利技术的保护范围。本专利技术还提供一种抗菌止血粉，是由上述的O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖经粉碎、分子筛过筛、灭菌操作，制备而成。具体的，将上述O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖采用气流粉碎，用300目的分子筛过筛，得到白色精细粉末，60Co辐射灭菌，即制备得到抗菌止血粉。本专利技术制备的抗菌止血粉可应用于人体伤口处，进行杀菌止血。本专利技术的设计构思：本专利技术在壳聚糖侧链上增加了长链的脂肪烃和季铵盐，这类双亲性分子结构相似于脂肪体，在水中能形成泡囊结构，由于需要保持最小的表面能，该分子中的亲油端聚集在一起，亲水端聚集在一起形成一种环状结构，细胞可被吸附，其结构相似于纤维蛋白在凝血中所发挥的作用，所以其凝血效果显著。本专利技术在试验过程中发现：在壳聚糖侧链上所连接的长链脂肪醛的长度与制备的O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖的止血效果有关，在一定范围内，链长越长，则止血效果越好，经过优选，本专利技术选取的长链脂肪醛的链的长度为8～18；在所连接的长链脂肪醛相同的情况下，脂肪醛与壳聚糖重复单元的摩尔质量比则会影响止血效果，本专利技术经过优选，结果发现，烷基化取代度为50％左右时，止血效果最优。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备的抗菌止血粉，其抑菌效果优于单一壳聚糖，抗菌活性实验表明：该抗菌止血粉对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果均优于壳聚糖粉。(2)本专利技术制备的抗菌止血粉性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种O‑季铵盐‑N‑烷基化壳聚糖，其结构通式如下：其中，n＝7～17，长链烷基的取代度为33.2％～78.6％，O‑季铵盐的取代度为32.5％～89.2％。

【技术特征摘要】
1.一种O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖，其结构通式如下：其中，n＝7～17，长链烷基的取代度为33.2％～78.6％，O-季铵盐的取代度为32.5％～89.2％。2.权利要求1所述的O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶于乙酸溶液中，加入乙醇，混合均匀，再加入脂肪醛，调节pH至4.0-6.0(优选为5.0)，搅拌反应，反应结束后再调节反应液的pH为9.0-11.0(优选为10.0)，析出沉淀，洗涤，干燥，即得N-烷基化壳聚糖；(2)将步骤(1)制备的N-烷基化壳聚糖和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵混合，加入NaOH水溶液，在80℃～90℃的温度下搅拌8h～10h，得到粘稠状粗品；再加入硼氢化钠的水溶液，搅拌反应，应结束后再调节反应液的pH为9.0-11.0(优选为10.0)，析出沉淀，洗涤，干燥，即得O-季铵盐-N-烷基化壳聚糖。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述壳聚糖的分子量为20万-200万，优选为50万-100万；所述壳聚糖的脱乙酰度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯昭升，尹胜男，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37