一种光交联pH响应抗菌水凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及高分子材料，尤其涉及一种光交联ph响应抗菌水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水凝胶由高分子组成的三维网络结构，在药物递送方面具有独特优势。众所周知，疾病部位微环境非常复杂和多样化且不同于健康组织。因此，智能响应性水凝胶因其能根据环境如ph、活性氧(ros)、温度、酶、光和超声等的变化而改变形状，使得水凝胶中的药物缓释发生变化，提高药物的利用率而引起了广泛关注。

2、目前已有多种关于ph智能响应性水凝胶的研究，比如中国专利cn202110090020.2一种ph响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶，该载药水凝胶具有双重ph响应机制，在慢性感染伤口可快速响应并释放出药物，但是该载药水凝胶抑菌效果有待提升，且该载药水凝胶ph响应速度较慢，且只能在酸性条件下具有响应，应用范围较窄。

3、因此，亟需提供一种抗菌效果好、ph响应速度快、且在较宽ph范围内具有响应的光交联ph响应抗菌水凝胶的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗菌效果好、ph响应速度快、且在较宽ph范围内具有响应的光交联ph响应抗菌水凝胶及其制备方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种光交联ph响应抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将丁二酸酐、壳聚糖和非质子溶剂混合，进行酰胺化反应，得到琥珀酰壳聚糖；

5、(2)将所述步骤(1)得到的琥珀酰壳聚糖与甲基丙烯酸缩水甘油酯和去离子水混合，进行开环反应，得到改性琥珀酰壳聚糖；

6、(3)将氨基保护的壳聚糖与缚酸剂和季铵盐混合，进行环氧开环反应，对所述环氧开环反应得到的固体进行脱保护，得到水溶性抗菌壳聚糖衍生物；

7、(4)将所述步骤(2)得到的改性琥珀酰壳聚糖、所述步骤(3)得到的水溶性抗菌壳聚糖衍生物与去离子水和光引发剂混合，进行光照交联反应，得到光交联ph响应抗菌水凝胶；

8、所述步骤(1)和(3)没有先后顺序。

9、优选地，所述步骤(1)中丁二酸酐和壳聚糖的质量之比为(4～8):1。

10、优选地，所述步骤(1)中酰胺化反应的温度为50～80℃，酰胺化反应的时间为4～12h。

11、优选地，所述步骤(2)中琥珀酰壳聚糖与甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量之比为1:(2～8)。

12、优选地，所述步骤(2)中开环反应的温度为50～80℃，开环反应的时间为12～24h。

13、优选地，所述步骤(3)中氨基保护的壳聚糖的制备方法包括：将醛、壳聚糖和有机溶剂混合，进行缩合反应，得到氨基保护的壳聚糖。

14、优选地，所述步骤(3)中氨基保护的壳聚糖与缚酸剂和季铵盐的质量之比为1:(0.5～1):(2～10)。

15、优选地，所述步骤(3)中环氧开环反应的温度为50～80℃，环氧开环反应的时间为4～12h。

16、优选地，所述步骤(4)中脱保护的方法包括：将所述环氧开环反应得到的固体与盐酸-乙醇溶液混合24～48h。

17、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的光交联ph响应抗菌水凝胶，包括改性琥珀酰壳聚糖和水溶性抗菌壳聚糖衍生物经光照交联反应形成的交联网络和填充于所述交联网络中的去离子水。

18、本发明提供了一种光交联ph响应抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将丁二酸酐、壳聚糖和非质子溶剂混合，进行酰胺化反应，得到琥珀酰壳聚糖；将所述琥珀酰壳聚糖与甲基丙烯酸缩水甘油酯和去离子水混合，进行开环反应，得到改性琥珀酰壳聚糖；将氨基保护的壳聚糖与缚酸剂和季铵盐混合，进行环氧开环反应，对所述环氧开环反应得到的固体进行脱保护，得到水溶性抗菌壳聚糖衍生物；将所述改性琥珀酰壳聚糖、所述水溶性抗菌壳聚糖衍生物、去离子水和光引发剂混合，进行光照交联反应，得到光交联ph响应抗菌水凝胶。本发明利用丁二酸酐对壳聚糖改性，得到水溶性的琥珀酰壳聚糖；然后利用甲基丙烯酸缩水甘油酯对琥珀酰壳聚糖进一步改性，使得到的改性琥珀酰壳聚糖能够作为光交联的基体材料；本发明通过利用氨基保护的壳聚糖与缚酸剂和季铵盐混合，进行开环反应，一方面能够使季铵盐被接枝到壳聚糖上，使壳聚糖具有抗菌性；另一方面在开环反应时利用季铵盐对壳聚糖羟基位进行改性，防止副反应的发生，同时对所述环氧开环反应得到的固体进行脱保护后，能够使改性后得到的抗菌壳聚糖衍生物具有优异的水溶性，进而使其能够与改性琥珀酰壳聚糖在光引发剂的作用下进行光照交联反应，得到光交联ph响应抗菌水凝胶。实施例结果显示，采用本发明提供的方法制备的光交联ph响应抗菌水凝胶对s.aureus和e.coli两种细菌的抑菌率均达到99％以上，具有优异的抗菌性；并且，在磷酸缓冲溶液中37℃下浸泡24h即可达到溶胀平衡，ph响应速度快；在ph为2时的溶胀率为50％，在ph为5时的溶胀率为60％，ph为7.4时的溶胀率为120％，ph为9时的溶胀率为320％；本发明制备的光交联ph响应抗菌水凝胶在较宽的ph值范围内具有明显差异的溶胀率，在较宽ph范围内具有响应。

技术特征：

1.一种光交联ph响应抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中丁二酸酐和壳聚糖的质量之比为(4～8):1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中酰胺化反应的温度为50～80℃，酰胺化反应的时间为4～12h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中琥珀酰壳聚糖与甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量之比为1:(2～8)。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中开环反应的温度为50～80℃，开环反应的时间为12～24h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中氨基保护的壳聚糖的制备方法包括：将醛、壳聚糖和有机溶剂混合，进行缩合反应，得到氨基保护的壳聚糖。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中氨基保护的壳聚糖与缚酸剂和季铵盐的质量之比为1:(0.5～1):(2～10)。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中环氧开环反应的温度为50～80℃，环氧开环反应的时间为4～12h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中脱保护的方法包括：将所述环氧开环反应得到的固体与盐酸-乙醇溶液混合24～48h。

10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的光交联ph响应抗菌水凝胶，包括改性琥珀酰壳聚糖和水溶性抗菌壳聚糖衍生物经光照交联反应形成的交联网络和填充于所述交联网络中的去离子水。

技术总结
本发明提供了一种光交联pH响应抗菌水凝胶及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。本发明利用丁二酸酐对壳聚糖改性，得到水溶性的琥珀酰壳聚糖；利用甲基丙烯酸缩水甘油酯对琥珀酰壳聚糖进一步改性，使得到的改性琥珀酰壳聚糖能够作为光交联的基体材料；本发明通过利用氨基保护的壳聚糖与缚酸剂和季铵盐混合，进行开环反应，一方面能够使壳聚糖具有抗菌性；另一方面在开环反应时防止副反应的发生，同时对所述环氧开环反应得到的固体进行脱保护后，能够使改性后得到的抗菌壳聚糖衍生物具有优异的水溶性，进而使其能够与改性琥珀酰壳聚糖在光引发剂的作用下进行光照交联反应，得到光交联pH响应抗菌水凝胶。

技术研发人员：李明春,张涛,辛梅华,王林
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17