细菌敏感的智能抗菌涂层的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种细菌敏感的智能抗菌涂层的制备方法及应用，属于复合抗菌材料领域。首先，合成二维孔道垂直于基底的介孔二氧化硅薄膜；其次，在二氧化硅薄膜表面进行有机功能化改性；最后，改性后的薄膜与大环分子一起形成纳米阀门，封装抗菌药物。当细菌感染宿主，细菌分泌一系列致病因子，形成特殊的细菌感染微环境，利用这些特殊微环境作为刺激因子促使载药纳米容器释放药物，实现抗生素的选择性输送。这种策略可显著增加抗生素的选择性和药效，降低药物毒副作用，使感染部位维持在一个较高的药物浓度，从而克服抗生素的耐药性。

Preparation and application of bacterial sensitive antibacterial coating

The invention discloses a preparation method and application of a bacterial sensitive antibacterial coating, which belongs to the field of compound antibacterial materials. First of all, mesoporous silica films which are perpendicular to the substrate perpendicular to the substrate are synthesized. Secondly, organic functionalization is modified on the surface of the silica membrane. Finally, the modified membrane is combined with macrocyclic molecules to form nano valves and encapsulate antibacterial agents. When the bacteria infect the host, the bacteria secrete a series of pathogenic factors, forming a special bacterial infection microenvironment. Using these special microenvironment as stimulating factors, drug loaded nano containers can be released to achieve the selective delivery of antibiotics. This strategy can significantly increase the selectivity and efficacy of antibiotics, reduce the side effects of drugs, and maintain the location of infection at a higher drug concentration, thereby overcome the antibiotic resistance.

【技术实现步骤摘要】
细菌敏感的智能抗菌涂层的制备方法及应用
本专利技术涉及一种抗菌涂层的制备方法，具体涉及一种细菌敏感的智能抗菌涂层及其在骨科植入物中的应用，属于复合抗菌材料领域。
技术介绍
日常生活中，细菌无处不在。一直以来，作为病原菌的细菌等微生物对人类的生活和健康都会产生很大的影响，不仅危害人们的健康，严重时甚至会危及生命；另一方面，微生物也能引起一些材料的变质、分解、破坏，造成严重的经济损失。早在十四世纪人们就发现了体内的植入物会导致感染的发生，直到现在，植入体内的医疗器械和设备（如导尿管、心脏起搏器以及膝和髋关节植入物等）引起的细菌感染仍严重影响着人类的健康问题，它不仅会对病人的生活质量产生不利的影响，还会耗费巨大的医疗费用。因此，合理使用抗菌材料，可以有效抑制细菌的增值，对保护人类健康，预防疾病的发生具有非常重要的意义。LiangfangZhang研究组（PornpattananangkulD,ZhangL,OlsonS,AryalS,ObonyoM,VecchioK.J.Am.Chem.Soc.[J],2011,133(11):4132-4139）发表了第一例将抗生素选择性输送到感染部位的纳米药物输送体系，该纳米颗粒对细菌分泌的毒素敏感。他们将壳聚糖修饰的金纳米颗粒连接到脂质体表面，使纳米颗粒非常稳定，在贮存和正常的生理环境下都不释放药物，而当这些纳米颗粒感应到细菌分泌的毒素，毒素就会在脂质体膜上打孔，从而释放药物。该策略可用于治疗毒素分泌的细菌引起的感染性疾病，显著降低药物的毒副作用。OmidC.Farokhzad研究组（Radovic-MorenoAF,LuTK,PuscasuVA,YoonCJ,LangerR,FarokhzadOC.ACSnano[J],2012,6(5):4279-4287.）利用细菌感染的酸性环境设计合成了pH敏感的三嵌段聚合物poly(D,L-lactic-co-glycolicacid)-b-poly(L-histidine)-b-polyethyleneglycol)用于抗生素万古霉素的输送。在感染部位偏酸条件下，该纳米颗粒的聚组氨酸部分发生质子化而使纳米颗粒表面带正电荷，增加了与负点性细菌的相互作用，从而增加细菌周围的药物浓度，大大改善了由于pH降低导致的抗生素活性下降的问题。然而，上述制备所得到的抗菌材料均为单一刺激响应抗菌材料，且没有考虑到细菌的耐药性问题。因此，如何提高细菌触发的灵敏度，降低细菌的耐药性成为新的热点与难点。
技术实现思路
本专利技术致力于制备一种细菌敏感的智能抗菌涂层，封装药物后能够实现在酶、酸双重刺激下释放出抗菌药物分子，从而杀死细菌，实现智能杀菌。所述细菌敏感的智能抗菌涂层的制备方法，步骤如下：步骤1，在不锈钢表面制备介孔二氧化硅薄膜；步骤2，在薄膜表面进行氨基功能团改性，将步骤1所得样品与硅烷偶联剂在无水甲苯中进行无水无氧缩醇反应；步骤3，在薄膜表面进行羧基功能团改性，将步骤2所得样品与丁二酸酐、三乙胺在无水二甲基亚砜中于40~60℃反应40~50小时；步骤4，在薄膜表面进行炔基功能团改性，将步骤3所得样品与丙炔醇乙氧基化合物在无水二甲基亚砜中于30~50℃反应20~30小时；步骤5，将2-O-单炔丙基-β-环糊精和2-叠氮甲基吡啶溶于N,N-二甲基酰胺进行点击反应得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-β-环糊精；步骤6，在三苯基膦的催化下，步骤5获得的产物与碘在干燥的N,N-二甲基酰胺中60~80℃反应17~19小时得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-七-6-碘-6-脱氧-β-环糊精；步骤7，步骤6获得的产物与叠氮化钠溶于干燥N,N-二甲基酰胺中，50~70℃搅拌反应19~21小时得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-七-6-叠氮-6-脱氧-β-环糊精；步骤8，步骤4获得的样品浸入含有肉桂醛与氨苄西林的N,N-二甲基酰胺溶液中，25~35℃搅拌反应24~36小时，达到吸附平衡后，加入步骤7获得的产物，继续搅拌反应24~36小时，得到上述细菌敏感的智能抗菌涂层。优选地，步骤1中，所述的介孔二氧化硅薄膜制备过程为：配置前驱液：正硅酸乙酯80μL，十六烷基三甲基溴化铵0.16g，乙醇30mL，去离子水70mL，氨水10μL；将不锈钢浸入前驱液中58~62℃静置15~20天；取出样品，依次用含有HCl的乙醇溶液、去离子水洗涤样品，干燥后得到二氧化硅薄膜。更优选地，所述含有HCl的乙醇溶液为0.83mL37wt%盐酸溶于100mL乙醇。优选地，步骤2中，所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，硅烷偶联剂用量为20μL/cm2。优选地，步骤3中，所述丁二酸酐与三乙胺用量均为8mg/cm2。优选地，步骤4中，所述丙炔醇乙氧基用量为4mg/cm2。优选地，步骤5中，所述点击反应采用的催化剂为亚磷酸三乙酯碘化亚铜，反应在氮气保护下进行，反应温度为110~120℃，反应时间为4~6小时。本专利技术还公开了利用上述方法制备得到的细菌敏感的智能抗菌涂层。本专利技术还公开了所述智能抗菌涂层在骨科植入物中应用。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）两种药物吸附，可降低细菌耐药的可能性；（2）酸、酶双重刺激，提高灵敏度，杀菌范围更广泛；（3）多模式释放抗菌药物，针对不同细菌感染的多种情况，达到有效杀菌的目的。附图说明图1为本专利技术所述介孔二氧化硅薄膜的制备流程图。图2为本专利技术所述细菌敏感的智能抗菌涂层的装配图。图3为本专利技术所述细菌敏感的智能抗菌涂层的杀菌示意图。图4为本专利技术所述细菌敏感的智能抗菌涂层的杀菌效果图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例，对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术细菌敏感的智能抗菌涂层，采用下述方法制备所得，步骤如下：步骤1，在不锈钢片表面制备介孔二氧化硅薄膜；所述的介孔二氧化硅薄膜制备过程为：配置前驱液（正硅酸乙酯80μL，十六烷基三甲基溴化铵0.16g，乙醇30mL，去离子水70mL，氨水10μL）；316L型不锈钢（1×0.5cm2）浸入前驱液中58~62℃静置15~20天；取出样品，依次用含有HCl的乙醇溶液（0.83mL37wt%盐酸溶于100mL乙醇）、去离子水洗涤样品，干燥后得到二氧化硅薄膜。步骤2，在薄膜表面进行氨基功能团改性，将步骤1所得样品与硅烷偶联剂在无水甲苯中进行无水无氧缩醇反应，硅烷偶联剂用量为20μL/cm2；所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。步骤3，在薄膜表面进行羧基功能团改性，将步骤2所得样品与丁二酸酐、三乙胺在无水二甲基亚砜中于40~60℃反应40~50小时，丁二酸酐与三乙胺用量均为8mg/cm2。步骤4，在薄膜表面进行炔基功能团改性，将步骤3所得样品与丙炔醇乙氧基化合物在无水二甲基亚砜中于30~50℃反应20~30小时，丙炔醇乙氧基用量为4mg/cm2。步骤5，将2-O-单炔丙基-β-环糊精和2-叠氮甲基吡啶溶于N,N-二甲基酰胺进行点击反应得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-β-环糊精；所述点击反应采用的催化剂为亚磷酸三乙酯碘化亚铜，反应在氮气保护下进行，反应温度为110本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细菌敏感的智能抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在不锈钢表面制备介孔二氧化硅薄膜；步骤2，在薄膜表面进行氨基功能团改性，将步骤1所得样品与硅烷偶联剂在无水甲苯中进行无水无氧缩醇反应；步骤3，在薄膜表面进行羧基功能团改性，将步骤2所得样品与丁二酸酐、三乙胺在无水二甲基亚砜中于40~60℃反应40~50小时；步骤4，在薄膜表面进行炔基功能团改性，将步骤3所得样品与丙炔醇乙氧基化合物在无水二甲基亚砜中于30~50℃反应20~30小时；步骤5，将2‑

【技术特征摘要】
1.一种细菌敏感的智能抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在不锈钢表面制备介孔二氧化硅薄膜；步骤2，在薄膜表面进行氨基功能团改性，将步骤1所得样品与硅烷偶联剂在无水甲苯中进行无水无氧缩醇反应；步骤3，在薄膜表面进行羧基功能团改性，将步骤2所得样品与丁二酸酐、三乙胺在无水二甲基亚砜中于40~60℃反应40~50小时；步骤4，在薄膜表面进行炔基功能团改性，将步骤3所得样品与丙炔醇乙氧基化合物在无水二甲基亚砜中于30~50℃反应20~30小时；步骤5，将2-O-单炔丙基-β-环糊精和2-叠氮甲基吡啶溶于N,N-二甲基酰胺进行点击反应得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-β-环糊精；步骤6，在三苯基膦的催化下，步骤5获得的产物与碘在干燥的N,N-二甲基酰胺中60~80℃反应17~19小时得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-七-6-碘-6-脱氧-β-环糊精；步骤7，步骤6获得的产物与叠氮化钠溶于干燥N,N-二甲基酰胺中，50~70℃搅拌反应19~21小时得到2-O-单{1-(吡啶甲基)-1H-[1,2,3]三唑-4-亚甲基}-七-6-叠氮-6-脱氧-β-环糊精；步骤8，步骤4获得的样品浸入含有肉桂醛与氨苄西林的N,N-二甲基酰胺溶液中，25~35℃搅拌反应24~36小时后，加入步骤7获得的产物，继续搅拌反应24~36小时，得到上述细...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅佳骏，王婷，朱发海，朱青泽，卢静，
申请(专利权)人：江苏固格澜栅防护设施有限公司，南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32