一种提高石墨烯水相杀菌能力的壳聚糖基抗菌剂的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种具有提高石墨烯在水相杀菌能力的壳聚糖基抗菌剂的合成方法，解决石墨烯由于疏水性在水相中的杀菌限制，和壳聚糖仅在酸性溶液溶解的溶解性限制问题。该壳聚糖衍生物制备方法为：从虾蟹壳中提取的几丁质脱乙酰的壳聚糖为原料，首先在弱碱性环境下与2，3

【技术实现步骤摘要】
一种提高石墨烯水相杀菌能力的壳聚糖基抗菌剂的合成方法

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[0001]本专利技术涉及一种具有提高石墨烯在水相杀菌能力的壳聚糖基抗菌剂的合成方法。
[0002]专利技术背景：
[0003]壳聚糖是自然界中一种含量丰富的天然聚合物，具有环境友好、生物相容性、生物降解性、低价易得等特性，并表现出广谱的抗菌活性。近年来，被广泛应用于农业、医药、食品加工、纺织工业、生物技术、化妆品等领域。通过化学修饰提高壳聚糖的抗菌活性，拓宽壳聚糖的抗菌谱，是一种很好的方法。同时，壳聚糖可以与其他具有抗菌活性的材料结合形成复合物，以提高壳聚糖的抗菌性能。长久以来，石墨烯由于其优异的机械性能、电学性能和光学性能一直是碳材料领域的关注热点，随着石墨烯的抗菌活性被证实，越来越多的研究投入到石墨烯基材料的生物医学应用中，包括基因转染、药物传递、细胞生长支架和抗菌材料等。石墨烯表面和边缘的环氧化物、羧基和羟基能够通过共价键、静电键和氢键与金属、金属氧化物及多种聚合物进行相互作用，保留石墨烯基原有优良性能的同时，引入其他特性增强抗菌能力。
[0004]由于壳聚糖及石墨烯在水相体系中的溶解度限制，此类材料在杀菌领域的应用受到局限。鉴于目前壳聚糖基石墨烯复合材料的制备方面上存在着成本高，工艺复杂，抗菌效果不理想等缺点，现需要一种节能、环保、低成本的制备方法来制备，增加壳聚糖在中性及碱性的溶解度同时改善石墨烯的杀菌能力并有望应用于水体消毒。

技术实现思路
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[0005]本专利技术提供了一种环保、低成本、简单的提高石墨烯在水相环境中杀菌能力的萘基修饰的季铵化壳聚糖抗菌剂的合成方法。并通过改变2，3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵的用量，和反应体系的所用溶剂，来探究拓宽壳聚糖溶解度和石墨烯杀菌能力。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]步骤一、将0.5g壳聚糖添加到溶剂I中，加入2，3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵，摩尔当量为壳聚糖单元体的4
‑
16，21
‑
70℃回流反应6
‑
18小时。反应液倒入冷丙酮中得到沉淀，收集沉淀并用丙酮洗涤，35℃真空干燥，得到壳聚糖季铵盐；
[0008]步骤二、将壳聚糖季铵盐溶于溶剂II中，加入0
‑
10mL乙醇和芳香醛，21
‑
60℃搅拌3
‑
10小时，期间用1M NaOH调节pH。反应液冷却至室温，加入0.39
‑
0.47g硼氢化钠过夜反应。直接过滤或用1M NaOH析出沉淀并收集，35℃真空干燥或冷冻干燥得到萘基修饰的壳聚糖季铵盐。
[0009]步骤一中，溶剂I为异丙醇、N
‑
甲基吡咯烷酮、0.5wt％冰乙酸水溶液或冰乙酸和NaOH的混合水溶液；
[0010]步骤二中，溶剂II为水或0.5wt％冰乙酸水溶液；芳香醛为对甲基苯甲醛或1
‑
萘甲醛。
[0011]本专利技术具有以下优越性：
[0012](1)本专利技术开发了一种以自然界中广泛分布的天然多糖壳聚糖为原料，合成一种
具有高水溶性的抗菌材料前体，用料经济易得。
[0013](2)本专利技术合成的一种提高石墨烯水相抗菌能力的季铵化壳聚糖，制备方法工艺简单，反应条件易于控制，产物易于分离纯化。
[0014](3)合成的季铵化壳聚糖通过修饰的萘基团在∏
‑
∏相互作用下改性石墨烯，增加其在水相中的抗菌性能。
附图说明：
[0015]图1为大肠杆菌和金色葡萄球菌和壳聚糖基抗菌剂作用后电镜照片。
[0016]图2为石墨烯、壳聚糖基抗菌剂和壳聚糖基抗菌剂/石墨的热重图。
[0017]图3为石墨烯和壳聚糖基抗菌剂/石墨烯对金黄葡萄球菌菌悬液过滤24小时后的电镜照片。
具体实施方式：
[0018]下面通过实例对本专利技术给予进一步的说明，本专利技术不仅局限于以下具体实施例，所举实施例10为壳聚糖基抗菌剂修饰石墨烯抗菌的最佳条件。
[0019]实施例1：
[0020]步骤一、将0.5g壳聚糖分散在40mL异丙醇中，加入10mL 1.24g NaOH溶液，室温搅拌1小时。加入2.35g 2，3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵，70℃回流反应6小时。收集反应沉淀并用丙酮洗涤，35℃真空干燥，得到壳聚糖季铵盐。
[0021]步骤二、将壳聚糖季铵盐完全溶解于20mL 0.5wt％冰乙酸水溶液中，加入0.75mL对甲基苯甲醛，磁力搅拌室温反应45分钟，用1M NaOH溶液调节pH为4.5，继续搅拌反应1.5小时，再用1M NaOH溶液调节pH为10出现白色沉淀继续搅拌30分钟。过滤收集沉淀并用乙醇洗涤至中性，35℃真空干燥得到苯甲基修饰的壳聚糖季铵盐席夫碱。将上述样品分散在50mL 50％乙醇水溶液中，加入6.2mmol硼氢化钠室温搅拌过夜反应，过滤收集沉淀，35℃真空干燥，得到苯甲基修饰的壳聚糖季铵盐。
[0022]步骤三、取15.19mL 7.9mg/mL氧化石墨烯溶液于90mm培养皿中，加入30mg盐酸多巴胺和4.81mL 10mM三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，于80℃烘箱静置8小时，得到还原氧化石墨烯水凝胶，冷冻干燥得到石墨烯。
[0023]步骤四、将50mg石墨烯浸泡在200mg苯甲基修饰的壳聚糖季铵盐水溶液24小时，烘干后进行抗菌测试。
[0024]实施例2：
[0025]步骤一、将0.5g壳聚糖分散在40mL异丙醇中，加入10mL 1.24g NaOH溶液，室温搅拌1小时。加入2.35g 2，3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵，70℃回流反应6小时。收集反应沉淀并用丙酮洗涤，35℃真空干燥，得到壳聚糖季铵盐。
[0026]步骤二、将壳聚糖季铵盐完全溶解于20mL 0.5wt％冰乙酸水溶液中，将0.75mL对甲基苯甲醛溶解在10mL乙醇中并滴加入壳聚糖溶液中，滴加结束60℃反应1小时，用1M NaOH溶液调节pH为4.5，继续搅拌反应5小时，再用1M NaOH溶液调节pH为10出现白色沉淀继续搅拌30分钟。过滤收集沉淀并用乙醇洗涤至中性，35℃真空干燥得到苯甲基修饰的壳聚糖季铵盐席夫碱。将上述样品分散在50mL 50％乙醇水溶液中，加入0.39g硼氢化钠室温搅
拌过夜反应，过滤收集沉淀，35℃真空干燥得到苯甲基修饰的壳聚糖季铵盐。
[0027]步骤三、取15.19mL 7.9mg/mL氧化石墨烯溶液于90mm培养皿中，加入30mg盐酸多巴胺和4.81mL 10mM三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，于80℃烘箱静置8小时，得到还原氧化石墨烯水凝胶，冷冻干燥得到石墨烯。
[0028]步骤四、将50mg石墨烯浸泡在200mg苯甲基修饰的壳聚糖季铵盐水溶液24小时，烘干后进行抗菌测试。
[0029]实施例3：
[0030]步骤一、将0.5g壳聚糖分散在40mL N
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高石墨烯水相杀菌能力的萘基修饰的季铵化壳聚糖的合成方法，其特征在于：在弱碱性的环境下，以壳聚糖为原料，加不同量的2，3
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环氧丙基三甲基氯化铵形成季铵化壳聚糖，加入1
‑
萘甲醛以提供有∏
‑
∏相互作用的萘基团，最后通过简单浸泡附载在石墨烯上。2.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯水相杀菌能力的萘基修饰的季铵化壳聚糖的合成方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤一、将0.5g壳聚糖添加到溶剂I中，加入2，3
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环氧丙基三甲基氯化铵，摩尔当量为壳聚糖单元体的4
‑
16，21
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70℃回流反应6
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18小时。反应液倒入冷丙酮中得到沉淀，收集沉淀并用丙酮洗涤，35℃真空干燥，得到壳聚糖季铵盐；步骤二、将壳聚糖季铵盐溶于溶剂II中，加入0
‑
10mL乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓菲，王一雷，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：