一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料及其制备方法和应用

本发明涉及抗菌材料，尤其涉及一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、细菌感染对人类健康乃至生命构成巨大威胁和严重挑战。根据抗菌材料成分的不同，可以将其分为无机抗菌材料、有机抗菌材料和天然抗菌材料三个大类。其中，无机抗菌材料由于其耐热性好、抗菌谱广、抑菌时间长，已经在市场广泛应用。无机抗菌材料多为金属和金属氧化物，其中，过渡金属如锌离子(zn2+)通过与细菌dna结合从而根除微生物并抑制细菌生长，同时降低了细菌耐药性的风险。然而，锌离子(zn2+)释放过程中面临的短期效应，导致金属离子与宿主的接触时间较短，极大地削弱了抗菌材料的性能发挥。高岭石作为一种自然丰富、价格低廉、环境友好、高吸附性能、高表面活性以及层状结构的天然铝系矿物，是无机抗菌材料的优良载体。然而，高岭石自身具有一定的细胞毒性，且天然的高岭石尺寸过大、均一性差，这些因素均影响着高岭石基抗菌材料的抗菌效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种具有高递送效率、高选择性、良好的生物相容性的高分子修饰高岭石复合抗菌材料及其制备方法和应用。

2、本发明的一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料，所述复合抗菌材料以聚丙烯酸修饰的高岭石为载体，负载有锌离子。

3、进一步的，还负载有镓离子。

4、进一步的，所述高岭石经分步插层-超声剥离-分级离心处理；和\或，

5、高岭石粒径d50为0.2～3μm。

6、进一步的，所述的zn2+负载量为0.14wt％～4.12wt％；和\或，

7、所述的ga3+负载量为1.01wt％～14.21wt％。

8、一种如上述的高分子修饰高岭石复合抗菌材料的制备方法，包括如下步骤：

9、s1、采用分步插层-超声剥离-分级离心的方法制备不同尺寸高岭石；

10、s2、将聚丙烯酸水溶液逐滴加入到高岭石水分散液中搅拌反应，反应结束后离心分离，得到聚丙烯酸修饰的高岭石前驱体；

11、s3、将聚丙烯酸修饰的高岭石前驱体转移至锌离子混合液或锌镓离子混合液中搅拌反应，反应结束后离心洗涤、冷冻干燥，得到聚丙烯酸修饰的高岭石基金属离子复合抗菌材料。

12、进一步的，步骤s1中，分步插层过程中使用的插层剂分别为二甲基亚砜和尿素，插层反应时间均为20～24h；和\或，超声剥离过程中的超声功率为1200～1500w，超声时间为4～6h，反应温度为50～60℃。

13、进一步的，步骤s1中，分级离心过程中的离心转速为1000～6000rpm，离心时间为3～5min。

14、进一步的，步骤s2中，聚丙烯酸与高岭石的质量比0.5～3:1。

15、进一步的，步骤s3中，zn2+和ga3+分别由硝酸锌和硝酸镓提供。

16、进一步的，步骤s3中，zn2+和ga3+的浓度均为1mol/l，反应时间为3～6h。

17、一种如上述的高分子修饰高岭石复合抗菌材料的应用，用于制备抗菌药物。

18、本发明具有如下有益效果：

19、本发明采用分步插层-超声剥离-分级离心的方法实现了不同尺寸高岭石的分离和收集，得到了尺寸相对均一的片状高岭石材料。

20、本发明中的聚丙烯酸(paa)由多个丙烯酸单体缩合而成，是一种具有成本低廉、生物相容性好、聚合条件可控的水溶性高分子聚合物材料，采用聚丙烯酸(paa)修饰高岭石，可以提升高岭石的生物相容性，同时有利于高岭石与金属离子的复合，显著提升了金属离子的负载率，其中锌离子(zn2+)的负载率(wt％)从0.14％提升到4.12％，镓离子(ga3+)的负载率(wt％)从1.01％提升到14.21％。

21、本发明的高分子修饰高岭石复合抗菌材料显著提升了单一金属离子的抗菌效果，抗菌率达90％以上。引入同周期的三价金属镓离子(ga3+)，可以与二价锌离子(zn2+)产生电荷耦合作用，有效的调控zn2+的电子结构，有利于抗菌活性组份zn2+的溶出，从而与细菌直接接触起到抗菌效果。

技术特征：

1.一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料，其特征在于：所述复合抗菌材料以聚丙烯酸修饰的高岭石为载体，负载有锌离子。

2.如权利要求1所述的一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料，其特征在于：还负载有镓离子。

3.如权利要求1或2所述的一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料，其特征在于：所述高岭石经分步插层-超声剥离-分级离心处理；和\或，

4.如权利要求1或2所述的一种高分子修饰高岭石复合抗菌材料，其特征在于：所述的zn2+负载量为0.14wt％～4.12wt％；和\或，

5.一种如权利要求1-4任一项所述的高分子修饰高岭石复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，分步插层过程中使用的插层剂分别为二甲基亚砜和尿素，插层反应时间均为20～24h；和\或，

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，聚丙烯酸与高岭石的质量比0.5～3:1。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，zn2+和ga3+分别由硝酸锌和硝酸镓提供。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，zn2+和ga3+的浓度均为1mol/l，反应时间为3～6h。

10.一种如权利要求1-4任一项所述的高分子修饰高岭石复合抗菌材料的应用，其特征在于：用于制备抗菌药物。

技术总结
本发明公开了高分子修饰高岭石复合抗菌材料及其制备方法和应用。本发明涉及抗菌材料技术领域。本发明以聚丙烯酸修饰的高岭石为载体，负载有锌离子。制备方法包括将聚丙烯酸水溶液逐滴加入到高岭石水分散液中搅拌反应，反应结束后离心分离，得到聚丙烯酸修饰的高岭石前驱体；前驱体转移至锌离子混合液或锌镓离子混合液中搅拌反应，反应结束后离心洗涤、冷冻干燥，得到复合抗菌材料。本发明中的聚丙烯酸由多个丙烯酸单体缩合而成，是一种具有成本低廉、生物相容性好、聚合条件可控的水溶性高分子聚合物材料，采用聚丙烯酸修饰高岭石，可以提升高岭石的生物相容性，同时有利于高岭石与金属离子的复合，显著提升了金属离子的负载率。

技术研发人员：陈莹,杨华明,唐爱东,李广耀,袁一婷,王东岳
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30