一种高取代度精氨酸-壳聚糖及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高取代度精氨酸－壳聚糖及其制备方法和应用，属于生物医用材料领域。所述高取代度精氨酸－壳聚糖以一氯乙酸作为“分子臂”，将精氨酸高效率共价结合至壳聚糖的自由氨基或自由羟基上，壳聚糖的正电性显著增大，从而使抗菌性能得到增强。本发明专利技术材料来源于节肢动物虾、蟹、昆虫的外壳、贝类及软体动物的外壳和软骨以及低等植物、菌类、藻类的细胞等细胞壁。本发明专利技术涉及的高取代度精氨酸－壳聚糖材料制备过程简单、原料来源丰富。高取代度精氨酸－壳聚糖的抗临床烧伤烫伤易感菌金黄色葡萄球菌的性能强于未经修饰的壳聚糖，并且随精氨酸取代度的增大而增强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医学材料领域。
技术介绍
甲壳素是自然界中产量仅次于纤维素的第二大类生物材料，广泛存在 于节肢动物虾、蟹及昆虫的外壳以及低等植物菌类、藻类的细胞等细胞壁 中。壳聚糖是甲壳素经浓碱处理脱乙酰的产物，它是由氨基葡萄糖通过P-1, 4糖苷键连接起来的一种天然高分子线型多糖，其化学名为p-(l， 4) -2-氨基-脱氧-D-葡萄糖。作为一种天然聚合物，壳聚糖具有优良的性质，如良好的生物相容性、 无毒性、生物可降解性、抗细菌、抗真菌及抗病毒等。近些年，其抗病原 细菌的性质得到了广泛的研究。研究表明带正电的壳聚糖通过吸附于带负 电的细菌表面，然后通过阻断营养物质供应或者进入细菌细胞内部从而干 扰其代谢等方式来抑制细菌的生长。为了通过增加壳聚糖所带正电荷而更 进一步增强其的抗菌性能，于是研究人员合成了 N， N， N-三甲基化壳聚糖 (Jia ZS et al. Carbohydrate research 2001;333:1-6.)、 N， N， N-二乙 基甲基壳聚糖 (Avadi MR et .al. European Polymer Journal 2004: 40; 1355-1361.)、甜菜碱壳聚糖(Holappa J el al. Carbohydrate Polymers 2006; 65: 114-118.)等壳聚糖衍生物并做了抗菌性能的评价。根据化学规律，基团所带正电荷强弱的排序为胍基〉季铵根〉烷基胺〉 芳香杂化胺〉酰胺。胍基作为目前已知的碱性最强的有机碱，已得到广泛的 应用，如美国梅勒克和贝茨公司的产品多果定(Dogdine)的杀菌剂就是十 二烷基醋酸胍；双胍辛乙酸盐是一种新的广谱杀菌剂，对农业和园艺的主 要真菌有很高的生长抑制活性。当含胍基的物质，如精氨酸、胍基乙酸、 胍基丙酸，与壳聚糖结合后形成具有良好的生物活性。有研究人员通过NHS/EDC作为催化剂合成了精氨酸-壳聚糖衍生物(Liu WG et al. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2004;15:1199-1203.)， 仅能得到取代度低于20.1 %的产物。本专利技术以一氯乙酸作为"分子臂"， 通过三步反应将精氨酸高效率结合到壳聚糖上，其取代度最高可达到了 170%，可在皮肤组织工程支架领域获得广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题而提供一种高取代度精氨酸-壳聚糖及 其制备方法和应用，该高取代度精氨酸-壳聚糖结合了壳聚糖和胍的生物活 性，表现出比壳聚糖更强的抗菌性能。本专利技术所釆用的技术方案是-.一种高取代度精氨酸-壳聚糖，所述高取代度精氨酸-壳聚糖以一氯乙 酸作为"分子臂"，将精氨酸高效率共价结合到壳聚糖的自由氨基或自由羟 基上，其结构式为= —HR2 = — CH2 —C 一NH 一 H — CH2 CH2CH2—NH — C—NH2COOH当R' =R2, R"-R2时，该高取代度精氨酸-壳聚糖为精氨酸-N，O-壳聚糖；当 R' =1^, R" =112时，该高取代度精氨酸-壳聚糖为精氨酸-O-壳聚糖；当R， =R2, R" =1^时，该高取代度精氨酸-壳聚糖为精氨酸-N-壳聚糖。优选地，所述高取代度精氨酸-壳聚糖以一氯乙酸作为"分子臂"，将 精氨酸高效率共价结合到壳聚糖的自由氨基和自由羟基上。优选地，所述壳聚糖的分子量在0.5~100万之间，其脱乙酰度为 50~99%，所述精氨酸-N,O-壳聚糖的取代度为0~170%,所述精氨酸 -O-壳聚糖的取代度为0~91%,所述精氨酸-N-壳聚糖的取代度为0~95%。该高取代度精氨酸-壳聚糖的制备方法，所述精氨酸-N， 0-壳聚糖的 制备方法为(1) 壳聚糖经异丙醇和氢氧化钠溶液膨胀和碱化处理后，再与一 氯乙酸于40~80 'C反应2 6小时，纯化干燥后得N, 0-羧甲基壳聚糖；(2) N, 0-羧甲基壳聚糖在二甲基甲酰胺/水(DMF/H20)混合液 作为反应介质下，与二氯亚砜(S0C12)于40~80 r反应4~8小时， 纯化干燥后得N， 0-壳聚糖酰氯衍生物；(3) N， O-壳聚糖酰氯衍生物溶于二甲亚砜(DMS0)中，再与精 氨酸反应12~24小时，纯化干燥后得高取代度精氨酸-N，O-壳聚糖；所述精氨酸-O-壳聚糖的制备方法(1) 壳聚糖经异丙醇和氢氧化钠溶液膨胀和碱化处理后，再与一 氯乙酸于0~15匸反应2~6小时，纯化干燥后得O-羧甲基壳聚糖；(2) 0-羧甲基壳聚糖在二甲基甲酰胺/水(DMF/H20)混合液作为 反应介质下，与二氯亚砜(S0C12)于40~80 。C反应2~6小时，纯化 干燥后得0-壳聚糖酰氯衍生物；(3) O-壳聚糖酰氯衍生物溶于适量的二甲亚砜(DMS0)中，再与 精氨酸反应12~24小时，纯化干燥后得高取代度精氨酸-O-壳聚糖；所述精氨酸-N-壳聚糖的制备方法(1) 将壳聚糖溶于酸液后，与乙醛酸反应2~6小时后再加以硼 氢化钠还原，纯化干燥后得N-羧甲基壳聚糖；(2) N-羧甲基壳聚糖在二甲基甲酰胺/水(DMF/H20)混合液作为 反应介质下，与二氯亚砜(S0C12)于40~80 'C反应2~6小时，纯化 干燥后得N-壳聚糖酰氯衍生物；(3) N-壳聚糖酰氯衍生物溶于适量的二甲亚砜(DMS0)中，再与 精氨酸反应12 ~ 24小时，纯化干燥后得高取代度精氨酸-N-壳聚糖。该高取代度精氨酸-壳聚糖的应用，将所得高取代度精氨酸-壳聚糖粉 末溶解在浓度为0. 5~2% (v/v)的醋酸溶液，配成浓度为0. 5~1%的溶液，然后通过微孔滤膜过滤除菌，得到高取代度精氨酸-壳聚糖抗菌 溶液。本专利技术具有以下优点专利技术利用了壳聚糖的自由氨基和自由羟基，经三步反应后得到高取代 度精氨酸-壳聚糖。它结合了壳聚糖和胍类物质的生物活性，表现出比壳聚 糖更强的抗菌活性，而且原料来源便宜，制备方法简单，具有反应条件温 和，产品易于纯化，容易实现大规模生产，具有很好的产业化前景。所以 可以作为新型抗菌剂、抗菌药物等在医药、纺织、食品保鲜等领域有广泛 的应用前景。具体实施方式 实施例1将6g壳聚糖放入250ml三口烧瓶中，再向瓶中加入50ml异丙醇，在 室温下用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min,使两者充分混合。将 37. 5ml浓度为40%的氢氧化钠溶液，分五次注入三口烧瓶中，每次间隔5 分钟。将所得的碱性溶液搅拌l小时后，再将总计6g的一氯乙酸也分五批 投入瓶中，每批间隔5分钟。随后，将混合体系升温至6(TC，并在此温度 下反应2小时。反应结束后，待反应体系冷却至室温后，向其中加入5ml 去离子水，再加入冰醋酸调节pH到7.0，将混合溶液过滤。用70%至90% 的乙醇溶液洗涤过滤得到固体。将收集到的固体产物置于烘箱中60 'C干 燥，所得产物为N， O-羧甲基壳聚糖。将5gN，0-羧甲基壳聚糖放入250ml三口烧瓶中，再向瓶中加入DMF/H20 (90/10, v/v)，电动搅拌30min。再加入40ml S0C12，于60。C反应6小时。 反应结東后，待反应体系冷却至室温后，再用95%的酒精洗涤6遍以去除杂 质。将收集到的固体产物置于烘箱中6(TC过夜干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高取代度精氨酸－壳聚糖，其特征在于，所述高取代度精氨酸－壳聚糖以一氯乙酸作为“分子臂”，将精氨酸高效率共价结合到壳聚糖的自由氨基或自由羟基上，其结构式为：　＊＊＊　Ｒ↓［１］＝－Ｈ　Ｒ↓［２］＝－ＣＨ↓［２］－＊－ＮＨ －＊Ｈ－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］－ＮＨ－＊－ＮＨ↓［２］　当Ｒ’＝Ｒ↓［２］，Ｒ”＝Ｒ↓［２］时，该高取代度精氨酸－壳聚糖为精氨酸－Ｎ，Ｏ－壳聚糖；当Ｒ’＝Ｒ↓［１］，Ｒ”＝Ｒ↓［２］时，该高取代度精氨酸－壳聚糖为精氨酸－ Ｏ－壳聚糖；当Ｒ’＝Ｒ↓［２］，Ｒ”＝Ｒ↓［１］时，该高取代度精氨酸－壳聚糖为精氨酸－Ｎ－壳聚糖。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜民，肖波，刘艺群，万影，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]