一种PCE聚合物及其制备方法和利用其制备抗菌纳米纤维材料的方法与流程

本发明属于可降解生物医用材料技术领域，具体涉及一种pce聚合物及其制备方法和利用其制备抗菌纳米纤维材料的方法。

背景技术

由于细菌感染引起的慢性皮肤损伤已成为近年来的主要医学威胁，尤其耐药细菌引起的伤口感染通常导致皮肤创伤难以愈合，很少有药物可以有效治疗耐药菌引起的伤口感染。常规的抗菌生物材料包括无机纳米材料和有机阳离子聚合物，但是这些抗菌材料的生物相容性和血液相容性较差不能满足伤口愈合的要求。为了能有效地治疗耐药菌感染同时促进伤口愈合，开发具有生物相容性的抗菌纳米纤维材料，有效对抗耐药细菌并具有仿生结构和良好的力学性能是必要和迫切的。

目前，聚酯类生物材料以其良好的力学性能和优异的生物相容性成为了最具发展潜力的生物材料之一。pc由柠檬酸和1,8-辛二醇通过脱水缩合反应形成的，具有合成单体无毒、生物相容性良好、力学性能优异等优势，并且pc聚合物上仍有未反应的羧酸基团可以进行再次修饰，但是pc没有明显的抑菌性能，这使其作为促进慢性创面愈合材料的应用受到了很大的局限，如果能够通过进一步修饰pc，在保持其良好生物相容性和力学性能的条件下使其抗菌得到提高，在机体中的应用将会得到很大的提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种pce聚合物及其制备方法和利用其制备抗菌纳米纤维材料的方法，该方法工艺简单，制得的纳米纤维膜具有良好的抗菌效果、生物相容性和促进慢性创面愈合效果。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种pce聚合物，结构式为：

一种pce聚合物的制备方法，包括以下步骤：

1)取摩尔比为1:1的柠檬酸和1,8丁二醇进行高温熔融聚合反应，待反应单体柠檬酸和1,8丁二醇在160℃油浴中全部熔解后降温至140℃，在真空条件下反应1小时，反应产物经去离子水透析48小时，冷冻干燥；

2)将0.5mmol的聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml的二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，搅拌均匀；随后加入1mmol的nhs，搅拌均匀；再加入抗菌活性分子，搅拌均匀；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的多聚赖氨酸以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

本发明进一步的改进在于：

步骤1)中柠檬酸和1,8丁二醇在50ml的圆底烧瓶中进行高温熔融聚合反应。

高温熔融聚合反应在氮气氛围中加热到160℃至单体熔解后降温至140℃，真空条件下反应1小时。

步骤2)中抗菌活性分子为ε-多聚赖氨酸epl，ε-多聚赖氨酸epl与聚柠檬酸酯pc的摩尔比为(0.1～10):1。

步骤2)中，加入edc后，在25℃的温度下搅拌30min；加入nhs后，在25℃的温度下搅拌12h；加入抗菌活性分子后，在25℃的温度下搅拌72h。

一种利用pce聚合物制备抗菌纳米纤维材料的方法，包括以下步骤：

将pce聚合物和合成聚酯高分子合成聚酯高分子pe组成的混合物加入到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

其进一步的改进在于：

pce聚合物与混合物的质量比为(0.1～0.5):1。

静电纺丝时采用的纺丝液溶剂为二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液，二氯甲烷与混合液的体积比为(0.7～0.9):1。

合成聚酯高分子pe为pcl、plla及plga中的一种或几种混合物。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对现有抗菌纳米纤维材料所存在的不能抗耐药菌、促进创面愈合效果差等缺点，提供了一种用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的制备方法，该技术以人体天然代谢产物柠檬酸、1,8-辛二醇为单体，通过热聚合得到具有弹性的聚柠檬酸酯高分子预聚物(pc)；将具有抗菌活性的多聚赖氨酸(epl)与该预聚物接枝，得到的具有弹性和优异抗菌性能的聚合物pce聚合物与合成聚酯高分子pe混合高压电纺之后得到了最终的可用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。本发明的制备方法简单、操作方便、原料成本较低。实验结果证明：该方法制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料具有良好的弹性和生物相容性，能够有效杀死包括耐药菌在内的多种细菌，并且在促进创面愈合方面表现出一定的效果。

附图说明

图1是制得的pce聚合物的1h-nmr图谱；

图2为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)的扫描电镜图片；

图3为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)的力学性能；

图4为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)的亲水性；

图5为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)的抗菌性能；

图6为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)的细胞毒性(图7中a)和溶血性能(图7中b)；

图7为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)的皮肤损伤愈合性能。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明制备的pce聚合物的结构式为：

其制备方法包括以下步骤：

1)取摩尔比为1:1的柠檬酸和1,8丁二醇在50ml的圆底烧瓶中进行高温熔融聚合反应，高温熔融聚合反应在真空环境下进行；待反应单体柠檬酸和1,8丁二醇在160℃油浴中全部熔解后降温至140℃，在真空条件下反应1小时，反应产物经去离子水透析48小时，冷冻干燥；

2)将0.5mmol的聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml的二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，在25℃的温度下搅拌30min；随后加入1mmol的nhs，在25℃的温度下搅拌12h；再加入抗菌活性分子，在25℃的温度下搅拌72h；抗菌活性分子为ε-多聚赖氨酸epl，ε-多聚赖氨酸epl与聚柠檬酸酯pc的摩尔比为(0.1～10):1；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的多聚赖氨酸以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

进一步的，本发明制备抗菌纳米纤维材料的方法，基于上述步骤，还包括以下步骤：

3)将pce聚合物和合成聚酯高分子pe组成的混合物加入到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。pce聚合物与混合物的质量比为(0.1～0.5):1。静电纺丝时采用的纺丝液溶剂为二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液，二氯甲烷与混合液的体积比为(0.7～0.9):1。合成聚酯高分子pe为pcl、plla及plga中的一种或几种混合物。

本发明制备的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维。聚柠檬酸酯预聚物(pc)因为具有良好的弹性、良好的生物相容性已经广泛应用于生物医学领域。然而pc预聚物没有明显的抗菌效果导致其作为促进慢性创面愈合材料的应用受到了限制；多聚赖氨酸(epl)，是一种聚多肽类的抗菌剂，具有优异的广谱抗菌性能，但其细胞毒性较大。用epl修饰pc后，可以极大地提高聚合物的抗菌性能，与此同时聚合物依旧具有良好的生物相容性及弹性。因此，在本发明中，利用epl对聚柠檬酸酯(pc)进行修饰，得到的产物pce聚合物与合成高分子合成聚酯高分子pe混合电纺，最终得到的纳米纤维膜，不仅具有良好的生物相容性和优异的抑菌效果，而且可以具有一定的弹性、透气性和稀释性能，是一种用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

1)pc预聚物的制备：将总重为5g的柠檬酸和1,8-辛二醇按照摩尔比1:1加入50ml圆底烧瓶中，在氮气氛围中加热到160℃至单体熔解后迅速降温至140℃，真空条件下反应1小时。反应产物经去离子水透析48小时后，冷冻干燥以备后续实验使用。

2)pce聚合物的制备：称取的0.5mmol聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，25℃搅拌30min；随后加入1mmol的nhs，25℃搅拌12h；再加入0.5mmolε-多聚赖氨酸epl，25℃搅拌72h；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的单体以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

3)用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的制备：将pce聚合物和合成聚酯高分子pe(pce与混合物的质量比为0.1:1)溶解于到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中(二氯甲烷与混合液的体积比为0.8:1)，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

实施例2

1)pc预聚物的制备：将总重为5g的柠檬酸和1,8-辛二醇按照摩尔比1:1加入50ml圆底烧瓶中，在氮气氛围中加热到160℃至单体熔解后迅速降温至140℃，真空条件下反应1小时。反应产物经去离子水透析48小时后，冷冻干燥以备后续实验使用。

2)pce聚合物的制备：称取的0.5mmol聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，25℃搅拌30min；随后加入1mmol的nhs，25℃搅拌12h；再加入0.5mmolε-多聚赖氨酸epl，25℃搅拌72h；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的单体以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

3)用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的制备：将pce聚合物和合成聚酯高分子pe(pce与混合物的质量比为0.3:1)溶解于到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中(二氯甲烷与混合液的体积比为0.8:1)，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

实施例3

1)pc预聚物的制备：将总重为5g的柠檬酸和1,8-辛二醇按照摩尔比1:1加入50ml圆底烧瓶中，在氮气氛围中加热到160℃至单体熔解后迅速降温至140℃，真空条件下反应1小时。反应产物经去离子水透析48小时后，冷冻干燥以备后续实验使用。

2)pce聚合物的制备：称取的0.5mmol聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，25℃搅拌30min；随后加入1mmol的nhs，25℃搅拌12h；再加入0.5mmolε-多聚赖氨酸epl，25℃搅拌72h；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的单体以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

3)用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的制备：将pce聚合物和合成聚酯高分子pe(pce与混合物的质量比为0.5:1)溶解于到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中(二氯甲烷与混合液的体积比为0.8:1)，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

实施例4

1)pc预聚物的制备：将总重为5g的柠檬酸和1,8-辛二醇按照摩尔比1:1加入50ml圆底烧瓶中，在氮气氛围中加热到160℃至单体熔解后迅速降温至140℃，真空条件下反应1小时。反应产物经去离子水透析48小时后，冷冻干燥以备后续实验使用。

2)pce聚合物的制备：称取的0.5mmol聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，25℃搅拌30min；随后加入1mmol的nhs，25℃搅拌12h；再加入0.05mmolε-多聚赖氨酸epl，25℃搅拌72h；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的单体以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

3)用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的制备：将pce聚合物和合成聚酯高分子pe(pce与混合物的质量比为0.3:1)溶解于到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中(二氯甲烷与混合液的体积比为0.7:1)，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

实施例5

1)pc预聚物的制备：将总重为5g的柠檬酸和1,8-辛二醇按照摩尔比1:1加入50ml圆底烧瓶中，在氮气氛围中加热到160℃至单体熔解后迅速降温至140℃，真空条件下反应1小时。反应产物经去离子水透析48小时后，冷冻干燥以备后续实验使用。

2)pce聚合物的制备：称取的0.5mmol聚柠檬酸酯pc完全溶解于10ml二甲基亚砜中；再加入2.5mmol的edc，25℃搅拌30min；随后加入1mmol的nhs，25℃搅拌12h；再加入5mmolε-多聚赖氨酸epl，25℃搅拌72h；产物在去离子水中透析48小时，以除去未发生反应的单体以及催化剂edc和nhs，冷冻干燥得到pce聚合物。

3)用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的制备：将pce聚合物和合成聚酯高分子pe(pce与混合物的质量比为0.3:1)溶解于到2ml的二氯甲烷和二甲基亚砜的混合液中(二氯甲烷与混合液的体积比为0.9:1)，在18kv电压下进行静电纺丝，得到用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料。

本发明所制备的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物纳米纤维膜)可以有效抑制包括耐药细菌在内的多种细菌(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌/耐药金黄色葡萄球菌),并且有较好的弹性、适度的吸水性能，与此同时合成聚酯高分子pe-pce聚合物纳米纤维膜也表现出良好的生物相容性以及促进慢性创面修复的性能，下面结合实验数据详细分析。

图1是制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的聚合物pce聚合物的1h-nmr图谱，从图1中可以看出，1,8-辛二醇上的亚甲基(-ch2)质子峰分别位于1.2，1.5，3.9和4.1ppm，位于2.6-3.0ppm的多重峰归属于柠檬酸的亚甲基质子,而8.57ppm处的质子峰(-conh-)的出现说明epl已成功接枝到pc预聚物上并形成了新的pce聚合物。

图2为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料在扫描电镜下的形貌。其中a为纯pe纳米纤维，b为pe-10％pce纳米纤维，c为pe-30％pce纳米纤维，d为pe-50％pce纳米纤维。

图3为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的力学性能。从图3中可以看出，合成聚酯高分子pe-pce聚合物抗菌纳米纤维表现出了较好的拉伸性能和较低的杨氏模量。其中a为应力应变曲线，b为杨氏模量，c为断裂伸长率，d为拉伸强度。

图4为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的亲水性。，可以看出，合成聚酯高分子pe-pce聚合物抗菌纳米纤维表现出了较好的亲水性。其中a为水接触角图片，b为对应的统计学数据，c为吸水率。

图5为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料的抗菌性能。可以看出，针对三种不同的菌(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及耐药金黄色葡萄球菌)，合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物及合成聚酯高分子pe-50％pce聚合物都展现了优异的抗菌效果，抑菌率高达99％以上。其中a为金黄色葡萄球菌菌落数，b为大肠杆菌菌落数，c为耐药金黄色葡萄球菌菌落数。

图6为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料对l929细胞毒性(a)和溶血性质(b)。图6中a表明，合成聚酯高分子pe-10％pce聚合物及合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物对l929细胞毒性极低。图6中b表明合成聚酯高分子pe-10％pce聚合物及合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物的溶血率均在5％以下，这说明合成聚酯高分子pe-10％pce聚合物及合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物的生物相容性较好。

图7为本发明制得的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料在小鼠体内的皮肤损伤修复能力测试。图7中a表明，在相同的时间下合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物处理的小鼠皮肤损伤愈合的面积大于其它组小鼠，图7中b表明合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物处理的小鼠皮肤损伤痊愈的时间最短。可以看出，合成聚酯高分子pe-30％pce聚合物抗菌纳米纤维材料对创面愈合有一定的促进作用。

本发明中所制备的用于耐药细菌感染的慢性创面愈合的抗菌纳米纤维材料(合成聚酯高分子pe-pce聚合物)，制备过程简单，可以有效杀死包括耐药菌在内的多种细菌,并且有良好的力学性能和吸水性，有良好的生物相容性，同时，合成聚酯高分子pe-pce聚合物抗菌纳米纤维材料可以一定程度上促进慢性创面愈合，因此该材料有很好的应用前景。

本发明还具有以下优点：

(1)本发明所使用的预聚物pc是一种可降解高分子，其单体生物相容性良好、廉价易得，同时还具有一定的弹性。

(2)本发明多聚赖氨酸的接入，使得原本不具有抗菌性能的预聚物pc展现出了优异的广谱抗菌性能，可以有效地杀灭包括耐药菌在内的多种细菌。

(3)本发明中使用静电纺丝技术制备抗菌纳米纤维膜，制成的纤维膜具有比表面积大、透气等性能，可以促进慢性创面愈合。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。