一种水溶性抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法，所述方法包括以下步骤：对Ag纳米颗粒进行表面氨基官能化修饰，超声处理后制得均匀的Ag纳米颗粒分散液；调节2,3

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种水溶性抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法。

技术介绍

[0002]致病菌的种类繁多、数量庞大以及由抗生素滥用所导致的耐药菌的出现严重威胁着人类健康安全，因此，对于安全高效、无耐药性且可降解的抗菌材料的需求迫在眉睫。
[0003]壳聚糖具有来源广、生物相容性好、可生物降解等特点，是潜在的抗菌备选材料。未经改性的壳聚糖抗菌能力往往较弱，不足以满足复杂多变的抗菌需求，经季铵化改性后的壳聚糖水溶性和抗菌性能均可得到显著提高【Carbohydrate Polymers, 2020, 247, 116754
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116765.】。Ag纳米颗粒因其广谱、高效、低耐药的抗菌特性而备受青睐，但Ag纳米颗粒本身存在易团聚、不易加工等问题，一定程度上限制了Ag纳米颗粒的广泛应用。Ag纳米颗粒表面功能化改性或Ag纳米颗粒与聚合物材料的复合是提升其应用性能、拓展应用领域的重要手段【ACS Biomaterials Science & Engineering, 2015, 1, 1278
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1286.】。
[0004]反相细乳液体系是以非极性溶剂为连续相、极性液滴为分散相的一类非均相反应体系，具有简便、高效、易工业放大等优点，在制备亲水型无机纳米颗粒或纳米复合粒子方面有非常重要的应用【Nanoscale 2013, 5, 10093
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10107.】。专利技术人利用反相细乳液聚合法一步制备了具有磁/热/氧化还原响应性的聚N
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乙烯基己内酰胺/Fe3O4纳米复合微球【Colloids and Surfaces A 2020, 587, 124363
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124374.】。
[0005]本专利技术提出以氨基修饰的Ag纳米颗粒为无机抗菌组分，季铵化壳聚糖为有机抗菌组分，通过超声预分散的方式制备含氨基修饰的Ag纳米颗粒与季铵化壳聚糖的极性分散液，再经超声细乳化制备以上述极性分散液为分散相的反相细乳液，最后利用二醛类分子的醛基与季铵化壳聚糖的氨基以及Ag纳米颗粒表面的氨基的反应，使季铵化壳聚糖与Ag纳米颗粒发生交联，制备季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于反相细乳液反应体系的简便、高效地制备抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的方法，所制纳米复合微球具有分散性好、粒径可控、胶体稳定性好、广谱抗菌等优点。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）将Ag纳米颗粒加入到改性溶剂中，超声处理后制得均匀的Ag纳米颗粒分散液，随后添加氨基改性剂，并将温度调至25 oC~40 oC，反应0.1 h~24 h，反应后产物经离心洗涤除去未反应的氨基改性剂，冷冻干燥后得到氨基改性的Ag纳米颗粒；其中Ag纳米颗粒的质量用量为改性溶剂质量用量的0.05%~3.0%，氨基改性剂的质量用量为Ag纳米颗粒质量用量的0.01%~2%；在超声辅助下，将氨基改性的Ag纳米颗粒再分散于去离子水中，其中超声功
率为30 W~750 W，超声时间为0.5~90 min，氨基修饰的Ag纳米颗粒质量用量为水质量用量的0.1%~10%；（2）将壳聚糖溶于醋酸水溶液（冰醋酸/水的体积比为1:1）中，其中壳聚糖的质量用量为醋酸水溶液质量用量的0.5%~10%，逐渐升高温度至40 oC~70 oC，机械搅拌使壳聚糖完全溶解在醋酸水溶液中，其中搅拌转速控制在50 rpm~800 rpm，添加2,3
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环氧丙基三甲基氯化铵，其中2,3
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环氧丙基三甲基氯化铵与壳聚糖的质量比为0.5~20:1，反应10 min~60 min后，将反应温度升至70 oC~90 oC，继续反应60 min~900 min后结束反应，产物经多次丙酮沉淀—过滤—水溶解的方式去除杂质，最后经冷冻干燥得到季铵化壳聚糖；（3）将乳化剂溶于非极性溶剂中，得到非极性乳化剂溶液；所述乳化剂为亲油性乳化剂或亲油性乳化剂与亲水性乳化剂构成的复合乳化剂，所述亲油性乳化剂选自下列至少一种：斯潘系列乳化剂、两亲性嵌段共聚物乳化剂；所述亲水性乳化剂选自下列至少一种：吐温系列乳化剂、OP系列乳化剂、MOA系列乳化剂；所述非极性溶剂选自下列至少一种：C6~C20 的脂肪烷烃、C6~C20的环烷烃、含 1~3个C1~C4烷基的烷基苯；所述乳化剂的质量用量为非极性溶剂质量用量的0.05%~30%；（4）将亲水金属盐和步骤（2）制得的季铵化壳聚糖溶于步骤（1）制得的氨基修饰的Ag纳米颗粒水分散液中，得到分散液A；所述亲水金属盐（优选钠盐或钾盐）选自下列至少一种：水溶性硫酸盐、水溶性四氟硼酸盐，其中亲水金属盐和季铵化壳聚糖的质量用量分别为氨基修饰的Ag纳米颗粒水分散液质量用量的0.01%~0.8%和2~25%；再将分散液A加到步骤（3）所得的非极性乳化剂溶液中，所述非极性乳化剂溶液中所含的非极性溶剂与氨基修饰的Ag纳米颗粒水分散液的质量比为2~30:1，搅拌预乳化得到粗乳液；再将装有粗乳液的容器置于冰水浴中，在25 W~950 W的功率下超声处理0.5 min~60 min，制得反相细乳液；（5）向步骤（4）得到的反相细乳液直接滴加交联剂，所述交联剂为以下一种或多种的组合：乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛，交联剂的质量用量为制备所述反相细乳液所需季铵化壳聚糖质量用量的1%~30%，混合均匀后将温度调节至25 oC~60 oC，交联剂与季铵化壳聚糖反应0.5 h~24 h，制得季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球；经多次离心
−
再分散的纯化步骤，除去非极性溶剂和乳化剂，将纯化后的季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球再分散于水中，制得其水分散液。
[0008]本专利技术中，所述Ag纳米颗粒可通过现有方法得到，（1）用改进的Lee
‑
Meisel法合成尺寸在10 nm~50 nm范围内的Ag纳米颗粒【Chem. Commun., 2012, 48, 8682
–
8684】；（2）直接购买市售该尺寸范围内的Ag纳米颗粒水分散液。
[0009]考虑到Ag纳米颗粒表面的改性效果、分散稳定性以及反相细乳液反应的包覆效率，作为优选，Ag纳米颗粒平均尺寸控制在10 nm~30 nm。
[0010]本专利技术步骤（1）中，所述改性溶剂优选下列至少一种或多种的组合：水、乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺。
[0011]本专利技术步骤（1）中，所述氨基改性剂选自下列至少一种：2
‑
氨基乙硫醇、2
‑
氨基
‑3‑
巯基丙酸、4
‑
氨基
‑3‑
肼基
‑5‑
巯基
‑
1,2,4
‑
三唑、2
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）将Ag纳米颗粒加入到改性溶剂中，超声处理后制得均匀的Ag纳米颗粒分散液，随后添加氨基改性剂，并将温度调至25 o
C~40 o
C，反应0.1 h~24 h，反应后产物经离心洗涤除去未反应的氨基改性剂，冷冻干燥后得到氨基改性的Ag纳米颗粒；其中Ag纳米颗粒的质量用量为改性溶剂质量用量的0.05%~3.0%，氨基改性剂的质量用量为Ag纳米颗粒质量用量的0.01%~2%；在超声辅助下，将氨基改性的Ag纳米颗粒再分散于去离子水中，其中超声功率为30 W~750 W，超声时间为0.5~90 min，氨基修饰的Ag纳米颗粒质量用量为水质量用量的0.1%~10%；（2）将壳聚糖溶于醋酸水溶液（冰醋酸/水的体积比为1:1）中，其中壳聚糖的质量用量为醋酸水溶液质量用量的0.5%~10%，逐渐升高温度至40 o
C~70 o
C，机械搅拌使壳聚糖完全溶解在醋酸水溶液中，其中搅拌转速控制在50 rpm~800 rpm，添加2,3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵，其中2,3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵与壳聚糖的质量比为0.5~20:1，反应10 min~60 min后，将反应温度升至70 o
C~90 o
C，继续反应60 min~900 min后结束反应，产物经多次丙酮沉淀—过滤—水溶解的方式去除杂质，最后经冷冻干燥得到季铵化壳聚糖；（3）将乳化剂溶于非极性溶剂中，得到非极性乳化剂溶液；所述乳化剂为亲油性乳化剂或亲油性乳化剂与亲水性乳化剂构成的复合乳化剂，所述亲油性乳化剂选自下列至少一种：斯潘系列乳化剂、两亲性嵌段共聚物乳化剂；所述亲水性乳化剂选自下列至少一种：吐温系列乳化剂、OP系列乳化剂、MOA系列乳化剂；所述非极性溶剂选自下列至少一种：C6~C20 的脂肪烷烃、C6~C20的环烷烃、含 1~3个C1~C4烷基的烷基苯；所述乳化剂的质量用量为非极性溶剂质量用量的0.05%~30%；（4）将亲水金属盐和步骤（2）制得的季铵化壳聚糖溶于步骤（1）制得的氨基修饰的Ag纳米颗粒水分散液中，得到分散液A；所述亲水金属盐（优选钠盐或钾盐）选自下列至少一种：水溶性硫酸盐、水溶性四氟硼酸盐，其中亲水金属盐和季铵化壳聚糖的质量用量分别为氨基修饰的Ag纳米颗粒水分散液质量用量的0.01%~0.8%和2~25%；再将分散液A加到步骤（3）所得的非极性乳化剂溶液中，所述非极性乳化剂溶液中所含的非极性溶剂与氨基修饰的Ag纳米颗粒水分散液的质量比为2~30:1，搅拌预乳化得到粗乳液；再将装有粗乳液的容器置于冰水浴中，在25 W~950 W的功率下超声处理0.5 min~60 min，制得反相细乳液；（5）向步骤（4）得到的反相细乳液直接滴加交联剂，所述交联剂为以下一种或多种的组合：乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛，交联剂的质量用量为制备所述反相细乳液所需季铵化壳聚糖质量用量的1%~30%，混合均匀后将温度调节至25 o
C~60 o
C，交联剂与季铵化壳聚糖反应0.5 h~24 h，制得季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球；经多次离心
−
再分散的纯化步骤，除去非极性溶剂和乳化剂，将纯化后的季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球再分散于水中，制得其水分散液。2.根据权利要求1所述的抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述Ag纳米颗粒可通过现有方法得到，（1）用改进的Lee
‑
Meisel法合成尺寸在10 nm~50 nm范围内的Ag纳米颗粒【Chem. Commun., 2012, 48, 8682
–
8684】；（2）直接购买市售该尺寸范围内的Ag纳米颗粒水分散液；作为优选，Ag纳米颗粒平均尺寸控制在10 nm~30 nm。
3.根据权利要求1所述的抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法，其特征在于：所述改性溶剂优选下列至少一种或多种的组合：水、乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺。4.根据权利要求1所述的抗菌型季铵化壳聚糖/Ag纳米复合微球的制备方法，其特征在于：所述氨基改性剂选自下列至少一种：2
‑
氨基乙硫醇、2
‑
氨基
‑3‑
巯基丙酸、4
‑
氨基
‑3‑
肼基
‑5‑
巯基
‑
1,2,4
‑
三唑、2
‑
氨基
‑5‑
巯基
‑
1,3,4
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噻二唑、3
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氨基
‑5‑
巯基
‑
1,2,4
‑
三氮唑；考虑到分子的易得性以及偶联修饰效率，所述氨基改性剂优选下列至少一种：2
‑
氨基乙硫醇、2
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【专利技术属性】
技术研发人员：张梦如，刘江湖，王鑫杰，叶灵涛，周森莹，欧景华，
申请(专利权)人：浙江同济科技职业学院，
类型：发明
国别省市：