银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子及其制备方法，该复合粒子通过将共聚物对烷基化的纳米金刚石进行改性，再将纳米银负载在其表面得到，其中，共聚物采用4‑乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯共聚后的产物。所得抗菌剂对革兰氏阴性细菌大肠杆菌以及革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌都有较好的抑制杀灭作用，相应最小抑菌浓度分别为50μg/mL和25μg/mL，且抑菌圈明显，对大肠杆菌90min灭菌率达100%；本发明专利技术制备的抗菌剂可作添加剂加入到一些医用复合材料中，用于整形外科、骨接合和/或内假体等领域，特别是用于有高感染危险的情况中，在增强其机械性能的同时赋予其优异的抗菌性能，延长医疗器械使用寿命，降低病人感染风险。

Silver / cationic copolymer modified nano diamond composite particles and their preparation methods

The invention discloses a silver / cationic copolymer modified nano diamond composite particle and its preparation method, the composite particles by nano diamond copolymer on alkylation was modified, then the nano silver loaded, on the surface of the copolymer with 4 vinyl pyridine and 2-hydroxyethyl methacrylate copolymer after product. The antibacterial agents against gram negative bacteria Escherichia coli and gram positive bacteria Staphylococcus aureus had inhibitory good killing effect, the corresponding minimum inhibitory concentrations were 50 g/mL and 25 g/mL, and the significant inhibition zone of Escherichia coli 90min, the sterilization rate reached 100%; the prepared antibacterial agent as additives some medical composite materials, used for plastic surgery, bone joint prosthesis and / or in other fields, especially for the high risk of infection cases, at the same time to improve the mechanical properties of the excellent antibacterial performance, extend the service life of medical equipment, reduce the risk of infection.

【技术实现步骤摘要】
银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子及其制备方法
本专利技术属于抗菌剂合成领域，涉及一种医用复合材料，具体涉及一种银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子及其制备方法。
技术介绍
如何有效的预防以及治疗手术后感染一直以来都备受关注，治疗细菌感染传统方法是通过注射或口服抗生素。但是，随着耐药菌出现，传统抗生素疗法治愈率逐年降低。近年来，纳米抗菌剂作为一种治疗耐药菌感染的新途径受到科研工作者广泛研究。Jang等人（非专利文献）制备了小分子季铵盐修饰的二氧化硅纳米粒子，使得季铵盐的抗菌效率大幅提高，并且其抗菌性能随着二氧化硅粒径的减小而逐渐增大。纳米金刚石（ND）作为一种新型的碳基材料，在过去几十年中被广泛应用于抛光、超硬涂层、成像及药物传递等领域。由于其良好的稳定性，优异的生物相容性以及极小的粒径可作抗菌剂的良好载体。CN105253882A号专利文献用聚四乙烯基吡啶盐的阳离子均聚物对ND进行简易的功能化改性，不仅解决了ND严重的团聚问题，同时赋予ND优异抗菌性能，为ND在抗菌领域应用开辟了一条新的道路。CN104987052A号专利文献将纳米金刚石以及抗菌剂混合加入到陶瓷中，得到机械强度增强，且具有抗菌性能的陶瓷。CN105802046A号专利文献利用纳米金刚石等原料的添加，增强了橡胶板的耐磨性能，并加入N-（三氯甲基硫）邻苯二甲酰亚胺、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮，使橡胶具有抗菌防霉功能。银纳米粒子作为一类重要的无机纳米抗菌剂，抗菌谱广、杀菌效率高，对哺乳动物细胞毒性低并不易引起微生物耐药性。CN1241662A号专利文献在织物的纤维之间或纤维之上附着粒径为1～100纳米超微粒银（Ag），超微粒银的表面层是氧化银，核心为金属银，通过释放Ag+达到灭菌功效。CN102497892A号专利文献专利技术的Ag-TiO2涂层用于众多的现有医疗用工具和植入物中。现有研究通过纳米金刚石与抗菌剂的简单物理混合作为纳米抗菌材料，其中，且未经处理直接混合加入的纳米金刚石由于粒径过大、粒径分布范围太广而限制了其增强增韧的能力。另一方面，Ag多直接沉积在织物、敷料等多孔材料上，这样得到的Ag纳米颗粒难免存在易于脱落的难题，并且纳米银抗菌剂对革兰氏阳性细菌的抗菌能力相对不足。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种高效复合抗菌剂及其制备方法，用于生物医疗行业，增强医疗器械使用寿命并赋予其抗菌特性。实现本专利技术目的的技术解决方案是：本专利技术所述的银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子，通过将共聚物对烷基化的纳米金刚石进行改性，再将纳米银负载在其表面得到。进一步的，共聚物采用4-乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯共聚后的产物。进一步的，烷基化的纳米金刚石通过将纳米金刚石与溴丙基三甲氧基硅烷在醇水溶液中反应后得到。进一步的，所述的改性是将共聚物与烷基化的纳米金刚石在乙醇中反应，并采用过量溴己烷使共聚物充分季铵化后得到。进一步的，纳米银的负载量控制在50~60%。上述复合粒子的制备的方法，包括以下步骤：步骤1，共聚物（PVP-co-HEMA）的制备：偶氮二异丁腈（AIBN）作为热引发剂，将4-乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯混合加热搅拌，纯化、真空干燥；步骤2，纳米金刚石与溴丙基三甲氧基硅烷在醇水溶液中反应，产物（BrND）离心，洗涤，干燥；步骤3，步骤2所得产物与步骤1所述共聚物在乙醇中反应，并加入过量溴己烷使共聚物充分季铵化，产物（QND）离心、洗涤、干燥；步骤4，将步骤3所得产物分散在蒸馏水中，与AgNO3水溶液混合并煮沸，添加还原剂柠檬酸钠，共同煮沸，离心、洗涤、真空干燥。在一个优选的实施方案中，步骤1中，4-乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔比为100：（1~100），反应温度为60℃，反应时间24h。在一个优选的实施方案中，步骤2中，醇水溶液中的乙醇、水体积比9：1，在少量水的条件下，硅烷偶联剂即可发生水解；纳米金刚石与醇水溶液的质量比（1~5：100），纳米金刚石在醇水溶液中质量分数过大或过小都不利于其与硅烷偶联剂的充分反应。在一个优选的实施方案中，步骤3中，步骤2所得产物BrND与步骤1所述共聚物PVP-co-HEMA按质量比100：（50~300），反应温度50~80oC，时间10~24h。在一个优选的实施方案中，步骤4中，步骤2中的纳米金刚石、硝酸银、柠檬酸钠的质量比为1：（1-1.5）：（1-2）。本专利技术提供的纳米金刚石用于复合材料，生物医疗领域，特别是用于有高感染危险的情况中。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1.本专利技术将阳离子共聚物的高分子抗菌剂结合在ND载体上，不仅可以有效的避免高分子的流失以及对环境的污染，而且可以重复利用。2.阳离子共聚物修饰的纳米金刚石尺寸小、比表面积大的特点可以提供更多的与细菌接触靶点，能大大提高高分子抗菌剂的抗菌能力，增加抗菌效率。3.高分子作为活性中心，原位生成银纳米粒子，并通过与银纳米粒子的配位作用，使制备的银纳米粒径较为稳定。4.本专利技术获得的抗菌剂为接触型与释放型复合抗菌剂，抗菌效果快速优异，对大肠杆菌90min灭菌率达100%。5.纳米金刚石质地坚硬，耐磨性好，加入到树脂等材料中将可能大大提高材料的机械性能。6.本专利技术制备的抗菌剂可作添加剂加入到一些医用复合材料中，用于整形外科、骨接合和/或内假体等领域，特别是用于有高感染危险的情况中，在增强其机械性能的同时赋予其优异的抗菌性能，延长医疗器械使用寿命，降低病人感染风险。附图说明图1为本专利技术实施例1中（a）原料ND、（b）QND、（c）QND@Ag红外谱图。图2为本专利技术实施例1中原料（a）ND、（b）QND、（c）QND@Ag的XRD图。图3为本专利技术实施例1中（a）原料ND，（b）QND，（c，d）QND@Ag放大透射电镜图。图4为本专利技术实施例1中原料ND，BrND，QND，QND@Ag的水合粒径分布图。图5为本专利技术实施例1中抑菌圈实验结果图（a）E.coli，（b）S.aureus:（1）空白对照，（2）原料ND，（3）QND，（4）QND@Ag。图6为本专利技术实施例1的抗菌动力学曲线。具体实施方式银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子的制备方法，包括以下步骤：a.PVP-co-HEMA制备：偶氮二异丁腈AIBN作为热引发剂，将4-乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯混合加热搅拌，所得混合物在己烷中沉淀三次，真空干燥。b.ND与溴丙基三甲氧基硅烷在醇水溶液中反应，产物（BrND）离心，洗涤，干燥。c.BrND与PVP-co-HEMA在乙醇中反应，并加入过量溴己烷使PVP-co-HEMA充分季铵化，产物（QND）离心、洗涤、干燥，加入过量溴己烷，季铵化程度得到提高，ND的分散性和阳离子聚合物的抗菌性能都得到提升。d.将上述制得的QND分散在蒸馏水中，与AgNO3水溶液混合并煮沸，添加柠檬酸钠，共同煮沸，离心、洗涤、真空干燥，有机高分子通过与银纳米粒子的配位作用，使制备的银纳米粒径较为均一稳定，得到银纳米颗粒粒径在20-50nm。实施例1步骤a:偶氮二异丁腈AIBN作为热引发剂，通过自由基聚合合成共聚物。4-乙烯基吡啶单体与甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔比70/30。将混合物在60℃的油浴中搅拌并加热24小时。最后，将反应混合物在己烷中沉淀三次，并在真空烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子，其特征在于，通过将共聚物对烷基化的纳米金刚石进行改性，再将纳米银负载在其表面得到，其中，共聚物采用4‑乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯共聚后的产物。

【技术特征摘要】
1.银/阳离子共聚物改性纳米金刚石复合粒子，其特征在于，通过将共聚物对烷基化的纳米金刚石进行改性，再将纳米银负载在其表面得到，其中，共聚物采用4-乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯共聚后的产物。2.如权利要求1所述的复合粒子，其特征在于，烷基化的纳米金刚石通过将纳米金刚石与溴丙基三甲氧基硅烷在醇水溶液中反应后得到。3.如权利要求1所述的复合粒子，其特征在于，所述的改性是将共聚物与烷基化的纳米金刚石在乙醇中反应，并采用过量溴己烷使共聚物充分季铵化后得到。4.如权利要求1所述的复合粒子，其特征在于，纳米银的负载量控制在50~60%。5.如权利要求1-4任一所述的复合粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，共聚物的制备：偶氮二异丁腈作为热引发剂，将4-乙烯基吡啶与甲基丙烯酸羟乙酯混合加热搅拌，纯化、真空干燥；步骤2，纳米金刚石与溴丙基三甲氧基硅烷在醇水溶液中反应，产物离心，洗涤，干燥；步骤3，步骤2所得产物与步骤1所述共聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇轩，曹巍巍，胡月，吴娜，邢晓东，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32