表面功能化材料和改性材料及其制备方法和用途

1.本发明涉及材料领域，特别是涉及一种海藻酸二醛功能化材料和相关改性材料及其制备方法和用途。


背景技术：

2.包括多种细菌、真菌及病毒在内的致病微生物易于传播，例如通过空气传播、接触传播、飞沫传播等方式，对人体健康造成巨大威胁，甚至形成大范围流行疾病。近年来已经出现了多种具有大流行潜力的病毒，例如sars-cov、h1n1、mers-cov和sars-cov-2等。除此之外，还有多种细菌和真菌也因其易于在人群中传播而对健康造成了威胁，例如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(mrsa)、耐万古霉素的肠球菌(vre)、皮癣菌、曲霉、念珠菌等。
3.阻断致病微生物传播是保护公众健康的关键途径。但是，常规的防护方法(例如医用口罩)作用有限，比如因为大的过滤孔径导致对粒径较小的微生物尤其是病毒无效。可有效抵挡病毒的防护用品(例如欧洲ffp2或ffp3及美国n95口罩)一般都配备有小孔径过滤器，有的还携带电荷，以起到过滤和静电排斥的作用。但是，这些口罩造价昂贵，且孔径太小引起佩戴者呼吸不畅。除此之外，被致病微生物污染的口罩必须经过特殊处理，否则也会成为传染源，并造成较大的环境负担。
4.大多数抗病毒、抗细菌和抗真菌材料的制造都需要使用复杂的程序和昂贵的化学品，难以得到大规模应用。有些常用的抗微生物剂(如银或其他纳米颗粒浸渍剂)因本身毒性不能用于医疗目的，而制备功能化材料使用的某些有机溶剂也对环境造成负担。另一方面，经济又环保的抗微生物材料的抑制活性却往往较低。常见的抗微生物材料对微生物的抑制范围较窄，例如只对特定种类的革兰氏阳性菌有效，无法对革兰氏阴性菌、真菌及病毒等广谱微生物，特别是抵抗力不断增强的微生物进行有效抑制。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的一个方面中，提供了一种海藻酸二醛功能化材料，包括：
6.支持层，其由一种或多种多孔材料或无孔材料组成；和
7.连接层，其由海藻酸二醛组成，所述海藻酸二醛通过选自共价键合、静电吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述支持层结合；
8.其中，所述连接层能够通过选自共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式结合的功能材料。
9.在其中一个实施例中，所述连接层与所述支持层的质量比例为1：100～1:10。
10.在其中一个实施例中，所述连接层与所述支持层的质量比例为1：50～1:20。
11.本发明的又一个方面中，提供了一种海藻酸二醛改性材料，包括：
12.根据本技术上述方面所述的海藻酸二醛功能化材料；和
13.功能层，其由能够通过选自共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合的功能材料组成。
14.在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料。
15.在其中一个实施例中，所述功能层的功能材料占所述改性材料总质量百分比为0.01-10％。
16.在其中一个实施例中，所述功能层的功能材料占所述改性材料总质量百分比为0.1-5％。
17.本发明的又一个方面中，提供了一种用于制备前述海藻酸二醛功能化材料的方法，包含以下步骤：
18.将多孔材料或无孔材料与海藻酸二醛水溶液混合后，在10-100℃温度和ph为1.5-8下以60-200rpm摇动反应10分钟至24小时，或者，将海藻酸二醛水溶液在ph为1.5-8下直接涂覆或喷涂在所述多孔材料或无孔材料表面上并在10-100℃温度下干燥10分钟至24小时，即得到所述海藻酸二醛功能化材料。
19.在其中一个实施例中，所述海藻酸二醛水溶液所含的海藻酸二醛与所述多孔材料或无孔材料的质量比例为1：100～1:10。
20.本发明的又一个方面中，提供了一种用于制备前述海藻酸二醛改性材料的方法，包含以下步骤：
21.将前述海藻酸二醛功能化材料或根据前述方法制备的海藻酸二醛功能化材料，加入到功能材料水溶液中，在10-100℃温度和ph为1.5-8下以60-200rpm摇动反应10分钟至24小时；或者，将所述功能材料水溶液在ph为1.5-8下直接涂覆在所述海藻酸二醛功能化材料上并在10-100℃温度下干燥10分钟到24小时，即得到所述改性材料；
22.其中，所述功能材料能够通过共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合。
23.在其中一个实施例中，所述功能材料水溶液所含的所述功能材料与所述海藻酸二醛功能化材料的质量比例为1:1000～1:10。
24.本发明的又一个方面中，提供了一种用于制备前述海藻酸二醛改性材料的方法，包含以下步骤：
25.将功能材料与海藻酸二醛水溶液混合，得到海藻酸二醛-功能材料水溶液；
26.将如上所得的水溶液与多孔材料或无孔材料在10-100℃温度和ph为1.5-8下以60-200rpm摇动反应10分钟至24小时，或将如上所得的水溶液在ph为1.5-8下直接涂覆或喷涂到多孔材料或无孔材料的表面并在10-100℃温度下干燥10分钟至24小时，即得所述改性材料；
27.其中，所述功能材料能够共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合。
28.在其中一个实施例中，所述功能材料、海藻酸二醛与所述多孔材料或无孔材料的质量比例为1～10:10～100:1000。
29.在其中一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：将所得产物用水洗涤后，湿润储藏或者进行空气干燥或烘箱干燥。
30.在前述各方面的若干实施例中，所述多孔材料或无孔材料为一种或多种聚合物、复合材料或其任意组合。
31.在前述各方面的若干实施例中，所述聚合物或复合材料选自聚丙烯、纤维素、再生
ftir检测结果。
43.图3是本发明其中一个实施例中的尼龙基海藻酸二醛抗微生物改性材料的atr-ftir检测结果。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
46.本技术的发明人发现，海藻酸二醛(alginate dialdehyde，ada)是一种粘性聚合物，可以通过至少以下几种原理中的任一种牢固连接到不同材料的表面：(1)物理粘附到所述表面；(2)通过每个单体中的两个醛基，与表面的胺或酰胺基团形成共价键；(3)通过因羟基和羧基的存在而带有的负电荷，与带正电荷的表面静电结合；(4)形成氢键与表面的结合。
47.本技术的发明人还发现，经ada涂覆的表面，可以通过共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合等方式来结合功能材料。例如，所述功能材料可以是抗微生物(例如抗病毒、抗细菌和/或抗真菌)化学物质，从而形成高效耐用的抗微生物改性材料。本技术中的“抗微生物”是指对微生物的杀灭或抑制作用，例如对细菌、真菌、病毒或其组合，但不限于此。
48.因此，本发明的一些实施例中，提供了一种海藻酸二醛功能化材料，其包括由多孔材料或无孔材料组成的支持层和由海藻酸二醛组成的连接层。本发明的一些实施例中，还提供了包含前述海藻酸二醛功能化材料和功能层的海藻酸二醛改性材料，所述功能层可以是功能材料。在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料。本发明的一些实施例中，还提供了前述海藻酸二醛功能化材料和海藻酸二醛改性材料的各种制备方法。此外，本发明还提供了上述材料和制备方法在制备抗微生物用品中的用途。本发明中的海藻酸二醛(ada)可以由各种方法从海藻例如褐藻或其衍生物中获得。在其中一些实施例中，本发明中的海藻酸二醛的分子量约为10,000-150000g/mol。
49.在其中一些实施例中，海藻酸二醛(ada)的制备方法如下。取适量海藻酸或海藻酸钠(1
–
40％w/v)溶于去离子水或超纯(mill q)水(200-4000ml)中，加入50-800ml乙醇(90-98％(v/v))和(偏)高碘酸钠(naio4，2-100g)，将该溶液持续搅拌或摇动并避光于15-80℃温度下反应12-34小时。加入乙二醇(20-100ml)，并将反应继续在15-80℃温度下搅拌或摇动1-5小时以减少过量高碘酸盐。为了沉淀ada，添加5-20g钠盐(如氯化钠)和800-2000ml 70-98％的乙醇，将溶液搅拌1-2小时，并静置1-6小时。产生ada沉淀后，将其过滤并用20-60％的乙醇洗涤3次。使用透析膜或透析管(mwco 1000-3500da)或脱盐柱和去离子水或超纯水对ada溶液进行透析，以除去钠盐并得到ada溶液。所得ada可以直接使用或在-4-25℃下储存备用，也可以用冻干机冷冻干燥，除去水分以获得ada粉末。
50.本发明的其中一些实施例中，所述多孔材料或无孔材料可以选自一种或多种聚合物、复合材料或其任意组合制成。在其中一些实施例中，所述多孔材料或无孔材料可以是聚合物、复合材料、膜材、片材、滤材、非织造纤维或其任意组合。所述多孔材料或无孔材料的孔径可以是任意孔径。在其中一些实施例中，所述多孔材料的孔径可以在0.001-10μm之间。
51.本发明的其中一些实施例中，所述聚合物或复合材料可以选自聚丙烯、纤维素、再生纤维素、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，pvdf)、聚醚砜(polyether sulfone，pes)、聚苯乙烯、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,ptfe)、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺(如聚己二酰己二胺，俗称尼龙66)或其任意组合。
52.本发明的其中一些实施例中，所述抗微生物材料可以选自氨基酸、季铵化合物、氯己定化合物、阿来西定化合物、双胍类化合物或其任意组合。
53.本发明的其中一些实施例中，所述氨基酸可以选自半胱氨酸、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸或其任意组合。pka较低的氨基酸赋予所述表面酸性特征，且氨基酸也是两性离子，从而具有抗微生物作用，也可能是通过类似方式破坏病毒包膜。
54.本发明的其中一些实施例中，所述季铵化合物可以选自烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二癸基二甲基氯化铵、二烷基二甲基氯化铵和二烷基季铵盐或其任意组合。在其中一些实施例中，所述季铵化合物选自苯扎氯铵、十六烷基三甲基氯化铵(htma-cl)、硬脂基二甲基苄基氯化铵(smba-cl)、二癸基二甲基溴化铵、二辛基二甲基溴化铵或其任意组合。季铵化合物可以溶液形式用作抗病毒、抗细菌和抗真菌剂。季铵化合物通过使产生能量的酶失活、使必要细胞蛋白变性、破坏细胞材料来起到杀菌作用和杀微生物作用，其原理在于破坏分子间相互作用。
55.本发明的其中一些实施例中，所述氯己定化合物可以是氯己定二葡糖酸盐和/或氯己定二盐酸盐。
56.本发明的其中一些实施例中，所述阿来西定化合物是阿来西定二盐酸盐。
57.本发明的其中一些实施例中，所述双胍类化合物是1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐。
58.氯己定化合物、阿来西定化合物或双胍类化合物作为抗病毒、抗细菌和抗真菌剂，对于细菌，根据一般理解，这些化合物的分子与细菌的细胞壁结合，破坏细胞壁的稳定性它们在低浓度下就会影响细胞壁的完整性，并在细胞壁损坏后进入细胞本身，攻击细胞质材料(内材料)。损坏细胞质的半透材料会导致内部成分泄漏，从而导致细胞死亡。类似地，对于真菌，所述化合物损害细胞壁和质材料的完整性，进入细胞质，导致细胞内含物泄漏和细胞死亡。同样地，对于病毒，所述化合物可以通过破坏病毒结构来杀死病毒。
59.本发明的第一个方面中，提供了一种海藻酸二醛功能化材料，包括支持层和连接层；所述支持层由一种或多种多孔材料或无孔材料组成，所述连接层由海藻酸二醛组成，且所述海藻酸二醛通过选自共价键合、静电吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述支持层结合；其中，所述连接层能够通过选自共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式结合功能材料。
60.在其中一些实施例中，所述连接层与所述支持层的质量比例约为1：100～1:10。在其中一些实施例中，所述连接层与所述支持层的质量比例约为1：50～1:20。
61.本发明的第二个方面中，提供了一种海藻酸二醛改性材料，其包括上述海藻酸二醛功能化材料和功能层，所述功能层由能够通过选自共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水
吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合的功能材料组成。在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料，由此得到海藻酸二醛改性功能材料或海藻酸二醛改性抗微生物材料。
62.其中一些实施例中，所述海藻酸二醛改性材料的功能层的抗微生物材料占所述改性材料总质量百分比为0.01-10％。在其中一些实施例中，所述功能层的抗微生物材料占所述改性材料总质量百分比为0.1-5％。
63.本发明的第三个方面中，提供一种用于制备前述海藻酸二醛功能化材料的方法，包含以下步骤：将多孔材料或无孔材料与海藻酸二醛水溶液混合后，在10-100℃温度和ph为1.5-8下以60-200rpm摇动反应10分钟至24小时。
64.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液所含的海藻酸二醛与所述多孔材料或无孔材料的质量比例为1：100～1:10。在其中一些实施例中，所述质量比例为1：50～1:20。
65.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液的ph为3-6。在其中一些实施例中，所述温度为40-80℃。在其中一些实施例中，所述摇动速度为120-200rpm。在其中一些实施例中，所述反应时间为8-16小时。
66.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液浓度为10-1000mg/ml且以酸(例如硫酸、盐酸、乙酸、磷酸、硝酸)调节到适当ph；在其中一些实施例中，所述浓度为50-500mg/ml；在其中一些实施例中，所述浓度为20-100mg/ml。
67.本发明的第三个方面中，替代性地，所述的方法包含以下步骤：将海藻酸二醛水溶液在ph为1.5-8下直接涂覆或喷涂在所述多孔材料或无孔材料表面上，并在10-100℃温度下干燥10分钟到24小时，即得到所述海藻酸二醛功能化材料。
68.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液所含的海藻酸二醛与所述多孔材料或无孔材料的质量比例为1：100～1:10。在其中一些实施例中，所述质量比例为1：50～1:20。
69.在其中一些实施例中，所述温度为10-40℃。在其中一些实施例中，所述干燥时间为10分钟到1小时。在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液的ph为3-6。
70.在其中一些实施例中，所述ada水溶液浓度为10-1000mg/ml且以酸(例如硫酸、盐酸、乙酸、磷酸、硝酸)调节到适当ph。在其中一些实施例中，所述浓度为50-500mg/ml。
71.本发明的第四个方面中，提供一种用于制备前述海藻酸二醛改性材料的方法，包含以下步骤：将前述海藻酸二醛功能化材料或根据前述方法制备的海藻酸二醛功能化材料，加入到功能材料水溶液中，在10-100℃温度和ph为1.5-8下以60-200rpm摇动反应10分钟至24小时，即得到所述改性材料；其中，所述功能材料能够通过共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合。
72.在其中一些实施例中，所述功能材料水溶液的所含的所述功能材料与所述海藻酸二醛功能化材料的质量比例为1:100～1:10。在其中一些实施例中，所述质量比例为1:50～1:20。
73.在其中一些实施例中，所述功能材料水溶液的ph为3-6。在其中一些实施例中，所述温度为40-60℃。在其中一些实施例中，所述摇动速度为120-200rpm。在其中一些实施例中，所述反应时间为8-16小时。
74.在其中一些实施例中，所述功能材料水溶液的浓度为10-100mg/ml并以酸(例如硫酸、盐酸、乙酸、磷酸、硝酸)调节到适当ph。在其中一些实施例中，所述浓度为5-60mg/ml。在其中一些实施例中，上述浓度为2-20mg/ml。
75.在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料。
76.本发明的第四个方面中，替代性地，所述方法包含以下步骤：将所述功能材料水溶液直接涂覆或喷涂在所述海藻酸二醛功能化材料上，并在10-100℃温度下干燥10分钟到24小时，即得到所述改性材料；其中，所述功能材料能够通过共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合，所述功能材料水溶液的ph为1.5-8。在其中一些实施例中，所述功能材料水溶液的所含的所述功能材料与所述海藻酸二醛功能化材料的质量比例为1:100～1:10。在其中一些实施例中，所述质量比例为1:50～1:20。
77.在其中一些实施例中，所述功能材料水溶液的ph为3-6。在其中一些实施例中，所述温度为30-50℃。在其中一些实施例中，所述干燥时间为10分钟至1小时。
78.在其中一些实施例中，所述功能材料水溶液的浓度为10-100mg/ml并以酸(例如硫酸、盐酸、乙酸、磷酸、硝酸)调节到适当ph。在其中一些实施例中，所述浓度为5-60mg/ml。在其中一些实施例中，所述浓度为2-20mg/ml。
79.在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料。
80.本发明的第五个方面中，提供一种用于制备前述海藻酸二醛改性材料的方法，包含以下步骤：将功能材料与海藻酸二醛水溶液混合，得到海藻酸二醛-功能材料水溶液；将如上所得的水溶液与多孔材料或无孔材料在10-100℃温度和ph为1.5-8下以60-200rpm摇动反应10分钟至24小时，即得所述改性材料；其中，所述功能材料能够共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合。在其中一些实施例中，所述功能材料、海藻酸二醛与所述多孔材料或无孔材料的质量比例为1～10:10～100:1000。
81.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液的ph为3-6。在其中一些实施例中，所述温度为40-70℃。在其中一些实施例中，所述摇动速度为120-200rpm。在其中一些实施例中，所述反应时间为8-16小时。
82.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液的浓度为100-1000mg/ml并以酸(例如硫酸、盐酸、乙酸、磷酸、硝酸)调节到适当ph。在其中一些实施例中，所述浓度为50-500mg/ml。在其中一些实施例中，所述浓度为20-100mg/ml。
83.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛-功能材料水溶液中，功能材料的终浓度为10-100mg/ml。在其中一些实施例中，所述终浓度为5-60mg/ml。在其中一些实施例中，所述终浓度为2-20mg/ml。
84.在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料。
85.本发明的第五个方面所述的方法中，可替代地，所述方法包含以下步骤：将功能材料与海藻酸二醛水溶液混合，得到海藻酸二醛-功能材料水溶液；将如上所得的水溶液在ph为1.5-8下直接涂覆或喷涂到多孔材料或无孔材料的表面并在10-100℃温度下干燥10分钟至24小时，即得所述改性材料；其中，所述功能材料能够共价键合、静电吸附、亲水吸附、疏水吸附、氢键键合或其任意组合的方式与所述连接层结合。在其中一些实施例中，上述所述
功能材料、海藻酸二醛与所述多孔材料或无孔材料的质量比例为1～10:10～100:1000。
86.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液的ph为3-6。在其中一些实施例中，所述温度为30-60℃。在其中一些实施例中，所述干燥时间为10分钟-1小时。
87.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛水溶液的浓度为100-1000mg/ml并以酸(例如硫酸、盐酸、乙酸、磷酸、硝酸)调节到适当ph。在其中一些实施例中，所述浓度为50-500mg/ml。在其中一些实施例中，所述浓度为20-100mg/ml。
88.在其中一些实施例中，所述海藻酸二醛-功能材料水溶液中，功能材料的终浓度为10-100mg/ml。在其中一些实施例中，所述终浓度为5-50mg/ml。在其中一些实施例中，所述终浓度为2-10mg/ml。
89.在其中一个实施例中，所述功能材料为抗微生物材料。
90.在其中一些实施例中，本发明的第三、第四、第五个方面中所述的方法，还包括如下步骤：将所得产物用水洗涤后，湿润储藏或者进行空气干燥或烘箱干燥。
91.本发明的第六个方面中，提供前述各方面中所述的海藻酸二醛功能化材料、海藻酸二醛改性材料或其制备方法在生产医护用品及抗微生物用品中的用途。
92.在其中一些实施例中，所述微生物选自细菌、真菌、病毒等。在其中一些实施例中，所述细菌选自肺炎衣原体(chlamydia pneumoniae)、肺炎链球菌(streptococcus pneumoniae)、结核分枝杆菌(mycobacterium tuberculosis)、a群链球菌(streptococcus group a)、白喉棒杆菌(corynebacterium diphtheriae)、流感嗜血杆菌(haemophilus influenzae)、脑膜炎奈瑟菌(neisseria meningitidis)、难辨梭状芽孢杆菌(clostridium difficile)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant staphylococcus aureus，mrsa))、耐万古霉素肠球菌(vancomycin-resistant enterococci，vre))、鲍曼不动杆菌(acinetobacter baumannii)等。在其中一些实施例中，所述真菌选自肺囊虫属(pneumocystis)、曲霉属(aspergillus)、球霉菌属(coccidioides)、芽酵母属(blastomyces)、念珠菌属(candida)、毛霉菌(mucormycetes)、孢子丝菌属(sporothrix)、皮癣菌(dermatophytosis)等。在其中一些实施例中，所述病毒选自呼吸道合胞(sin-sish-uhl)病毒、肝炎病毒、水痘病毒、脊髓灰质炎病毒、天花病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、沙眼衣原体(chlamydia trachomatis)、流感病毒(如myxovirus influenzae)、sars-cov病毒、sars-cov-2病毒、h1n1病毒、h5n1病毒、h5n7病毒、mers-cov病毒、埃博拉(ebola)病毒等。
93.在其中一些实施例中，所述用途包括生产口罩、隔离衣、手套、个人防护用品、绷带、医用胶带、医用帽、医用床单、医用衣服、空气过滤器、水过滤器、电子产品、家用电器及汽车配件等。
94.以下实施例中的化学品，如无特别说明，均来自商购，不再累述。
95.实施例1：海藻酸二醛(ada)抗微生物改性材料的制备
96.本实施例是海藻酸二醛抗微生物改性材料的制备实施例，其中多孔材料或无孔材料以聚丙烯基、尼龙基(以基于聚己二酰己二胺的尼龙66复合材料为例)、纤维素为例，抗微生物材料以氨基酸(半胱氨酸、赖氨酸)、季铵化合物(苯扎氯铵)、氯己定、双胍类化合物(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)为例。聚丙烯基材料(购自tansole china公司,产品号:mfpp047020)、纤维素材料(购自general electronics(ge)whatman公司.产品号:gb/t1914-2007)、尼龙(聚己二酰己二胺，即尼龙66，购自merck millipore公司，产品号:
gnwp04700)。
97.1.制备ada：
98.取2-10g海藻酸钠溶于20-800ml去离子水中，加入50-200ml乙醇和2-10g高碘酸钠，在搅拌(200rpm)、避光、25℃条件下反应24小时后，加入乙二醇5-50ml并连续搅拌2h以减少过量的高碘酸盐；加入5-20g氯化钠和800ml乙醇以沉淀ada，搅拌溶液30分钟并静置1.5小时；过滤所得沉淀，并用50％的乙醇洗涤3次；使用透析管(mwco，3500da)和蒸馏水透析后，对透析液进行冻干操作以获得最终产物。
99.2.制备ada功能化材料：
100.以如下方法之一制备ada功能化材料：
101.方法一：分别取10g上述多孔材料或无孔材料并清洁后，浸入ph为3-6的含0.1-1gada的ada水溶液中，在60℃和120rpm摇动下反应12小时即得ada功能化材料。反应后，用蒸馏水洗涤所得的ada功能化材料。
102.方法二：分别取10g所述多孔材料或无孔材料并清洁后，将含0.1-1gada、ph为3-6的ada水溶液在60℃下直接涂覆或喷涂到所述材料表面，然后在30℃下干燥8小时，即得ada功能化材料。
103.如上制得的产物为聚丙烯-ada功能化材料、纤维素-ada功能化材料和尼龙-ada功能化材料。
104.3.制备ada抗微生物改性材料：
105.以如下方法之一制备ada抗微生物改性材料：
106.方法一：分别取10g ada功能化材料与10-1000mg、ph3-6的前述抗微生物材料水溶液在40-60℃和120rpm摇动下反应12小时，即得ada改性材料；
107.方法二：将10-1000mg、ph 3-6的前述抗微生物材料水溶液直接涂覆或喷涂到10g ada功能化材料表面，然后在40℃下干燥8小时，即得ada改性材料；
108.方法三：取10-100mg抗微生物材料和0.1-1g ada混合后，与milli q超纯水混合，ph调节为3-6，得到海藻酸二醛-抗微生物材料水溶液；取10g多孔材料或无孔材料与所得海藻酸二醛-抗微生物材料水溶液在40-70℃和120-200rpm摇动下反应8-16小时，即得ada改性抗微生物材料；
109.方法四：取10-100mg抗微生物材料与0.1-1g ada混合后，与milli q超纯水混合，ph调节为3-6，得到海藻酸二醛-抗微生物材料水溶液；将如上所得的水溶液直接涂覆或喷涂到10g多孔材料或无孔材料的表面并在40℃下干燥8小时，即得ada改性材料。
110.如上制得的产物为聚丙烯-ada-半胱氨酸改性材料、聚丙烯-ada-赖氨酸改性材料、聚丙烯-ada-苯扎氯铵改性材料、聚丙烯-ada-氯己定改性材料、聚丙烯-ada-苯基双胍改性材料；纤维素-ada-半胱氨酸改性材料、纤维素-ada-赖氨酸改性材料、纤维素-ada-苯扎氯铵改性材料、纤维素-ada-氯己定改性材料、纤维素-ada-苯基双胍改性材料；尼龙-ada-半胱氨酸改性材料、尼龙-ada-赖氨酸改性材料、尼龙-ada-苯扎氯铵改性材料、尼龙-ada-氯己定改性材料、尼龙-ada-苯基双胍改性材料。
111.将如上获得ada改性材料产物洗涤数次后，4℃下保存在蒸馏水中备用。
112.实施例2：ada抗微生物改性材料的atr-ftir表征
113.通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(atr-ftir，nexus 670,thermo nicolet,
usa)检测实施例1中制备的ada抗微生物改性材料的表面化学结构，本实施例以实施例1中的制备ada功能化材料方法一和制备ada抗微生物改性材料方法一所制得的海藻酸二醛抗微生物改性材料为例，以实施例1中其他方法制备的海藻酸二醛抗微生物改性材料也获得了高度相似的结果。
114.检测结果如图1-图3所示，表明了抗微生物材料与ada功能化材料的成功结合。
115.图1显示了聚丙烯基海藻酸二醛抗微生物改性材料的atr-ftir光谱。1610-1720cm-1
附近的宽峰代表聚丙烯-ada上的醛基和羧基的c＝o。1605-1730cm-1
的宽峰对应于半胱氨酸和赖氨酸中的c＝n(席夫碱)键形成，苯扎氯铵中的c-n键，以及氯己定和1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐结构中的c＝n。1512-1570cm-1
的峰对应于苯扎氯铵、氯己定和1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐中的苯基。
116.图2.显示了纤维素基海藻酸二醛抗微生物改性材料的atr-ftir光谱。1580-1700cm-1
附近的宽峰表示ada-纤维素上的醛基和羧基的c＝o，纤维素上的相似峰则对应于oh。1580-1700cm-1
附近的锐峰对应于半胱氨酸和赖氨酸中c＝n席夫键的形成，以及苯扎氯铵中c-n键。1585-1690cm-1
的强峰表示氯己定和1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐结构中的c＝n键。1508-1560cm-1
的峰对应于苯扎氯铵、氯己定和1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐中的苯基。
117.图3显示了尼龙基海藻酸二醛抗微生物改性材料的atr-ftir光谱。1500-1580cm-1
和1580-1700cm-1
处的两个宽峰对应于尼龙复合材料结构中存在的酰胺基和羧基。由于席夫碱c＝n、醛基和苯基的峰出现在相似的区域，无法与原始尼龙材料区分。但是，3200-3550cm-1
处的oh锐锋展示了尼龙基-ada、半胱氨酸、赖氨酸展示了额外增加的羟基。
118.实施例3：ada抗微生物改性材料的抗细菌活性测定
119.本实施例测试了实施例1中制备的聚丙烯基、纤维素基、尼龙基ada抗微生物改性材料的抗细菌活性。本实施例以实施例1中的制备ada功能化材料方法一和制备ada抗微生物改性材料方法一所制得的海藻酸二醛抗微生物改性材料为例，以实施例1中其他方法制备的海藻酸二醛抗微生物改性材料也获得了高度相似的结果。
120.i.实验方法：
121.以革兰氏阳性菌溶壁微球菌(micrococcus lysodeikticus)和革兰氏阴性菌大肠杆菌(e.coli)为例，分别采用聚丙烯基-ada-抗微生物材料、纤维素基-ada-抗微生物材料和尼龙基-ada-抗微生物材料进行抗细菌活性实验，试样一式三份取平均值。
122.用lb(luria-bertani)培养基将溶壁微球菌和大肠杆菌37℃下搅拌培养过夜，将新鲜细菌培养物稀释成菌落数为10-4
cfu/ml细菌悬浮液；将0.1g聚合物-ada-抗微生物改性材料与10ml细菌悬浮液混合置于烧瓶中，在120rpm摇床和37℃下培养2小时。另取10ml细菌悬浮液不加改性材料单独置于另一烧瓶中作为对照。。反应后，取10-100μl细菌悬浮液接种到lb琼脂板上，并在37℃下培养18-36小时；培养18小时后，通过平板计数法计算活菌落数。
123.细菌抑制活性按照如下公式进行计算：
[0124][0125]
其中i表示细菌抑制活性，n0表示对照组培养后的菌落数，ni表示处理组培养后的菌落数。
[0126]
此外，为了检查抗细菌涂层的稳定性，还将所有聚合物-ada-抗微生物改性材料在
热压处理后的超纯水(milli q)中浸泡48小时后，与新制备材料比较抗细菌活性。
[0127]
ii.实验结果
[0128]
1.聚丙烯-ada-抗微生物改性材料：
[0129]
聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料对溶壁微球菌(micrococcus lysodeikticus)和大肠杆菌(e.coli)的抗细菌活性结果如表1所示。单独聚丙烯材料本身抗菌活性极低。聚丙烯-ada材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌分别显示出30％和31％的抑制作用，且对革兰氏阴性菌分别显示出25％的抑制作用。聚丙烯-ada-半胱氨酸材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌分别显示出97％和96％的抑制活性，且对革兰氏阴性菌分别显示出95％和94％的抑制作用。聚丙烯-ada-赖氨酸材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌分别显示出94％和92％的抑制活性，且对革兰氏阴性菌分别显示出87％和85％的抑制作用。聚丙烯-ada-苯扎氯铵材料、聚丙烯-ada-氯己定材料，聚丙烯-ada-苯基双胍(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌和阴性菌几乎都有100％的抑制作用。可以看出，本发明的所有聚丙烯-ada-抗微生物改性材料在水中浸泡48小时后，都仍保持了与新制备材料几乎一致的细菌抑制活性。
[0130]
表1：聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料的抗细菌活性测试结果。
[0131][0132]
2.纤维素基-ada-抗微生物改性材料：
[0133]
纤维素基-ada-抗微生物改性材料对溶壁微球菌(micrococcus lysodeikticus)和大肠杆菌(e.coli)的抗细菌活性结果如表2所示。单独纤维素材料抗细菌活性极低。纤维素-ada材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌分别显示出35％和33％的抑制作用，且对革兰氏阴性菌分别显示出15％和13％的抑制作用。纤维素-ada-半胱氨酸材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌分别显示出94％的抑制活性，且对革兰氏阴性菌分别显示出90％的抑制作用。纤维素-ada-赖氨酸材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌分别显示出91％和89％的抑制活性，且对革兰氏阴性菌分别显示出85％和83％的抑制作用。纤维素-ada-苯扎氯铵材料、纤维素-ada-氯己定材料，纤维素-ada-苯基双胍(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌和阴性菌几乎都有
100％的抑制作用。可以看出，本发明的所有纤维素-ada-抗微生物改性材料在水中浸泡48小时后，都仍保持了与新制备材料几乎一致的细菌抑制活性。
[0134]
表2：纤维素-ada-抗微生物改性材料的抗细菌活性测试结果。
[0135][0136]
3.尼龙-ada-抗微生物改性材料
[0137]
尼龙-ada-抗微生物改性材料对溶壁微球菌(micrococcus lysodeikticus)和大肠杆菌(e.coli)的抗细菌活性结果如表3所示。单独尼龙材料抗细菌活性极低。尼龙-ada材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌和阴性菌分别显示出37％和36％的抑制作用，且对革兰氏阴性菌分别显示出20％和18％的抑制作用。尼龙-ada-半胱氨酸材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌和阴性菌分别显示出95％的抑制活性，且对革兰氏阴性菌分别显示出95％和94％的抑制作用。尼龙-ada-赖氨酸材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌和阴性菌分别显示出91％和90％的抑制活性，且对革兰氏阴性菌分别显示出88％和87％的抑制作用。尼龙-ada-苯扎氯铵材料、尼龙-ada-氯己定材料的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌和阴性菌都有100％的抑制作用，且对革兰氏阴性菌分别显示出87％和85％的抑制作用。尼龙-ada-苯基双胍(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)的新制备试样和48小时试样对革兰氏阳性菌都有97％的抑制作用，且对革兰氏阴性菌分别显示出97％和96％的抑制作用。此外，还可以看出，本发明的所有尼龙-ada-抗微生物改性材料在水中浸泡48小时后，都仍保持了与新制备材料几乎一致的细菌抑制活性。
[0138]
表3：尼龙基-ada-抗微生物改性材料的抗细菌活性测试结果。
[0139][0140][0141]
实施例4：ada抗微生物改性材料的抗真菌活性测定
[0142]
本实施例测试了如实施例1所制备的聚丙烯基、尼龙基ada抗微生物改性材料的抗真菌活性。本实施例以实施例1中的制备ada功能化材料方法一和制备ada抗微生物改性材料方法一所制得的海藻酸二醛抗微生物改性材料为例，以实施例1中其他方法制备的海藻酸二醛抗微生物改性材料也获得了高度相似的结果。
[0143]
i.实验方法：
[0144]
以酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)作为真菌类的示例，分别采用聚丙烯-ada-抗微生物改性材料、纤维素-ada-抗微生物改性材料和尼龙-ada-抗微生物改性材料进行抗真菌活性实验，试样一式三份取平均值。
[0145]
用酵母蛋白胨右旋糖(ypd)培养基将酿酒酵母在30℃下搅拌培养过夜，将新鲜真菌培养物稀释成菌落数为10-4
cfu/ml悬浮液；将0.1g聚合物-ada-抗微生物改性材料与10ml真菌悬浮液混合置于烧瓶中在摇床120rpm和37℃下培养2小时；另取10ml真菌悬浮液单独置于另一烧瓶中作为对照。反应后，取10-100μl真菌悬浮液接种到ypd琼脂板上，并在30℃下培养18-36小时；培养36小时后，通过平板计数法计算活菌落数。
[0146]
真菌抑制活性按照如下公式进行计算：
[0147][0148]
其中i表示真菌抑制活性，n0表示对照组培养后的菌落数，ni表示处理组培养后的菌落数。
[0149]
此外，为了检查抗真菌涂层的稳定性，还将所有聚合物-ada-抗微生物改性材料在热压处理后的超纯水(milli q)中浸泡48小时后，与新制备材料比较抗真菌活性。
[0150]
ii.实验结果
[0151]
1.聚丙烯-ada-抗微生物改性材料：
[0152]
聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料对酿酒酵母真菌的抗真菌活性结果如表4所示。单独聚丙烯材料本身的抗真菌活性仅为15％，聚丙烯-ada材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出35％和32％的抑制作用。聚丙烯-ada-半胱氨酸材料的新制备试样
和48小时试样对酿酒酵母分别显示出70％和68％的抑制活性。聚丙烯-ada-赖氨酸材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出73％的抑制活性。聚丙烯-ada-苯扎氯铵材料、聚丙烯-ada-氯己定材料、聚丙烯-ada-苯基双胍(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母都有100％的抑制作用。可以看出，本发明的所有聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料在水中浸泡48小时后，都仍保持了与新制备材料几乎一致的真菌抑制活性。
[0153]
表4：聚丙烯-ada-抗微生物改性材料的抗真菌活性测试结果。
[0154][0155][0156]
2.纤维素-ada-抗微生物改性材料
[0157]
纤维素-ada-抗微生物改性材料对酿酒酵母的抗真菌活性结果如表5所示。单独的新制备纤维素材料的抗真菌活性仅为23％。纤维素-ada材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出37％和36％的抑制作用。纤维素-ada-半胱氨酸材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出79％的抑制活性。纤维素-ada-赖氨酸材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出85％和84％的抑制活性。纤维素-ada-苯扎氯铵材料、纤维素-ada-氯己定材料、纤维素-ada-苯基双胍(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母都有100％的抑制作用。可以看出，本发明的所有纤维素-ada-抗微生物改性材料在水中浸泡48小时后，都仍保持了与新制备材料几乎一致的真菌抑制活性。
[0158]
表5：纤维素-ada-抗微生物改性材料的抗真菌活性测试结果。
[0159][0160]
3.尼龙-ada-抗微生物改性材料
[0161]
尼龙-ada-抗微生物改性材料对酿酒酵母的抗真菌活性结果如表6所示。单独尼龙材料的抗真菌活性仅为18％。尼龙-ada材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出40％和39％的抑制作用。尼龙-ada-半胱氨酸材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出75％和70％的抑制活性。尼龙-ada-赖氨酸材料的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母分别显示出82％的抑制活性。尼龙-ada-苯扎氯铵材料、尼龙-ada-氯己定材料、尼龙-ada-苯基双胍(1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐)的新制备试样和48小时试样对酿酒酵母都有100％的抑制作用。可以看出，本发明的所有尼龙-ada-抗微生物改性材料在水中浸泡48小时后，都仍保持了与新制备材料几乎一致的真菌抑制活性。
[0162]
表6：尼龙-ada-抗微生物改性材料的抗真菌活性测试结果。
[0163][0164]
实施例5：ada抗微生物改性材料的抗病毒活性测定
[0165]
本实施例测试了如实施例1所制备的聚丙烯基、尼龙基ada抗微生物改性材料的抗真菌活性。本实施例以实施例1中的制备ada功能化材料方法一和制备ada抗微生物改性材料方法一所制得的海藻酸二醛抗微生物改性材料为例，以实施例1中其他方法制备的海藻
酸二醛抗微生物改性材料也获得了高度相似的结果。
[0166]
i.实验方法：
[0167]
以新型冠状病毒(sars-cov-2)为病毒示例，分别采用聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料和尼龙基-ada-抗微生物改性材料进行抗病毒活性实验，试样一式三份取平均值。
[0168]
将材料在生物安全柜中干燥，然后切成约0.3cm x 0.3cm的大小；取200μl病毒(sars-cov-2)悬浮液与材料在2ml无菌离心管中混合，在室温下培养1h；另取等量病毒悬浮液置于另一无菌离心管中作为对照。对于聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料和尼龙基-ada-抗微生物改性材料，病毒悬浮液的初始log tcid50/ml分别为log 7.2和log 6.9。反应后，用800μl pbs洗脱病毒，从microspin s-400hr色谱柱(ge healthcare)上收集400μl洗脱溶液，以除去洗脱的活性成分并降低细胞毒性；用50％组织培养感染剂量(tcid 50)分别滴定对照病毒洗脱液和处理组的残留病毒洗脱液；用reed-muench法计算病毒滴度。
[0169]
ii.实验结果
[0170]
1.聚丙烯-ada-抗微生物改性材料：
[0171]
聚丙烯基-ada-抗微生物改性材料对新型冠状病毒sars-cov-2的抗病毒活性结果如表7所示。其中，对照病毒、聚丙烯材料、聚丙烯-ada材料、聚丙烯-ada-苯扎氯铵材料和聚丙烯-ada-氯己定材料的log tcid50/ml分别为7.2、6.7、6.73，≤1.3和5.03log。聚丙烯-ada-苯扎氯铵材料相对于对照使病毒滴度降低了≥5.9log，而相对于聚丙烯材料和聚丙烯-ada材料使病毒滴度降低了≥5.4log。聚丙烯-ada-氯己定材料相对于对照将病毒滴度降低了2.7log，且相对于聚丙烯材料和聚丙烯-ada材料降低了1.67log。
[0172]
聚丙烯材料和聚丙烯-ada材料虽然也一定程度上降低了病毒滴度，但其原理是将病毒吸附到材料表面，使其不被洗脱，但并不杀死病毒；而聚丙烯基-ada-苯扎氯铵材料和聚丙烯基-ada-氯己定材料则通过苯扎氯铵和氯已定直接杀灭病毒，达到100％阻挡病毒效果。
[0173]
表7.聚丙烯-ada-抗微生物改性材料的抗病毒活性测试结果。
[0174][0175]
2.尼龙-ada-抗微生物改性材料：
[0176]
尼龙-ada-抗微生物改性材料对新型冠状病毒sars-cov-2的抗病毒活性结果如表8所示。其中，对照病毒、尼龙材料、尼龙-ada材料、尼龙-ada-苯扎氯铵材料、尼龙-ada-氯己定材料的log tcid50/ml分别为6.9,5.47,5.53,≤2.2和5.37。尼龙-ada-苯扎氯铵材料相对于对照、尼龙材料和尼龙-ada材料使病毒滴度分别降低了≥4.7,≥3.27和≥3.33log。尼
龙-ada-氯已定材料相对于对照、尼龙材料和尼龙-ada材料使病毒滴度分别降低了1.53、0.1和0.16log。
[0177]
尼龙材料和尼龙-ada材料虽然能够降低病毒滴度，但其将病毒吸附到材料表面而并不杀死病毒；而尼龙基-ada-苯扎氯铵材料和尼龙基-ada-氯己定材料则通过苯扎氯铵和氯已定直接杀灭病毒来达到效果。
[0178]
表8.尼龙-ada-抗微生物改性材料的抗病毒活性测试结果。
[0179][0180]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。