一种环境友好的非释放型CS-b-PEG抑菌胶束及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环境友好的非释放防污剂型抗菌胶束及其制备方法，属于海洋抑菌及纳米复合材料技术领域。

背景技术

生物污损是海洋环境中不受欢迎的过程，可能危及船舶和海洋设施，包括加速金属腐蚀，影响海洋设施的正常使用以及影响水产养殖业的产量和质量。细菌产生的生物膜可以为菌落的其他生物体提供充足的条件，抑制细菌的生长应被视为一个关键问题。因此，抗菌剂可以有效地防止防污过程。到目前为止，重金属离子（例如Ag

合成聚合物系统可通过选择和搭配不同的性能因此应用于广泛领域，聚合物可以满足不同应用场景的需求，例如受控的药物输送和释放系统；能够与环境相互作用并对其环境做出反应的涂层；通过检测非常小的浓度来分析性能。其中，链段共聚物尤其是两亲性嵌段共聚物，这已成为研究人员越来越重视的领域。作为纳米胶束的前体，选择具有抗菌性能且对环境具有响应能力的聚合物来合成两亲性嵌段共聚物，可以拓宽药物输送和释放领域，抗菌领域的设计思想，甚至可以探索用于海洋防污领域。

目前，pH响应材料如纳米胶束和纳米胶囊等广泛应用在药物释放，抗菌和防污领域。杨等人开发了厚朴酚负载的pH敏感聚合物阿霉素缀合物纳米胶束，具有协同增强的抗转移作用。郝等人发现pH响应的辣椒素@壳聚糖纳米胶囊添加到涂层后，可有效降低辣椒素的释放并延长其在海洋环境中的使用寿命。尽管具有“容器”功能的聚合物可以控制特定pH下的药剂的有效释放。在这种条件下，减少的药剂数量限制了抗菌性能并缩短了材料的使用寿命。 在大多数情况下，聚合物的电荷会在不同的pH值下发生变化，这导致壳的结构发生变化，从而实现了药剂或药物释放行为。受此现象和两亲性嵌段共聚物的适应性启发，我们提出了一种通过功能聚合物的电荷变化在不同pH条件下具有结构变化特性的纳米胶束，该过程不会导致抗菌剂的释放。

发明内容

针对目前智能控制释放防污剂后，涂层使用寿命依然受到限制的问题，本发明的目的是提供一种环境友好的非释放防污剂型CS-

纳米胶束由于引入PEG后的分散性增加而具有比纯CS更好的抗菌性能。同时，PEG可以在碱性环境中包覆CS核心，但是在细菌繁殖导致溶液变成酸性后，CS暴露于环境中。在此过程中，纳米胶束的尺寸急剧增加，这是由CS上氨基的质子化引起的。纳米胶束的尺寸急剧增加，这是由CS上氨基的质子化引起的。循环稳定性结果表明，由于网络纳米胶束的连续质子化和去质子化，在3个循环的交替pH（pH 8.5和pH 5）过程中实现了纳米胶束的膨胀和收缩的可逆变化。可逆结构纳米胶束不仅保护有效部分，而且延长了CS-

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

（1）通过

（2）通过自由基聚合方法，合成嵌段共聚物壳聚糖-

（3）CS-

步骤（1）所述的

步骤（2）所述的自由基聚合方法是CS分散在乙酸水溶液（0.1 vt％），引发剂为过硫酸钾（KPS）。

步骤（3）所述的搅拌时间是3 天，滤膜直径为0.45 μm。

本发明方法制备的CS-b-PEG纳米胶束，大致呈球形，粒径约30 nm。该制备的胶束无任何杀菌剂的释放行为，而且胶束在由酸变碱的状态下，zeta电位由+15.87±0.64 mV变到-1.96±1.09 mV，同时胶束粒径30 nm增大到51 nm，耗时约90分钟，与碱性环境相比，该胶束在酸性溶液中具有出色的抗菌性能。

本发明通过

附图说明

图1是CS-

其中，第一步是在聚乙二醇末端引入烯丙基。第二步是制备CS-

图2是CS-

图3是分别由pH 5（a

图4是在连续变化6次的过程中，CS-

图5是在交替pH值（pH 8.5和pH 5）下6次CS-

其中，初始代表制备的悬浮在pH 8.5溶液中的纳米胶束。1、2、3、4、5代表分别按照pH 8.5溶液在pH 5的不同时间交替处理。所有测试至少重复3次。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

以下实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

实施案例1：

（1）整个过程是在氮气气氛下进行的，首先将20 g 聚乙二醇完全溶解在100 mL四氢呋喃中，并将氢化钠（0.28 g）缓慢加入上述冰水浴溶液中搅拌，然后将干燥的四氢呋喃（50mL）和烯丙基溴（1.48 g）滴入反应混合物中。将混合物在室温下进一步搅拌48小时。反应后，将混合物离心除去溶液，并将残余物用氯仿溶解。再次进行离心分离，通过真空-旋转蒸发仪蒸发溶剂，获得白色粉末allyl-PEG。

（2）在氮气气氛下，壳聚糖（2 g）完全分散在乙酸水溶液（10 mL，0.1 vt％）中。然后，将0.05 g引发剂过硫酸钾溶解在溶液中，并在室温下缓慢搅拌30分钟。将allyl-PEG缓慢倒入上述溶液中，并在50℃下反应4小时。反应后加入适量的丙酮以洗涤溶液。离心一次获得沉淀物，并用丙酮和去离子水1：1混合溶液洗涤沉淀物，再洗涤3次以除去未反应的均聚物。最后，将获得的产物CS-

（3）CS-

实施案例2（效果实施例）：

CS-

（1）纳米胶束的合成示意图：

从图1可以看出，CS-

（2）杀菌效果测试：

分别将用生理盐水（对照组）处理过的金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌细菌悬浮液分散在液体培养基中，及pH 5和pH 8.5的纳米胶束处理过的两种细菌悬浮液一起放入震荡培养箱中并培养20小时，再用乙醇进行脱水处理，使用扫描显微镜察看活/死细菌的状态，以确定CS-

图3是分别由pH 5（a

（3）循环性能和循环抑菌性能测试

将CS-

将20 μL细菌悬浮液分别放入含LB（体积比1：1）的无菌PBS溶液中。在不同pH的PBS溶液中混合后，用1 mL CS-

随着细菌的代谢，细菌材料界面处的pH值可能会从碱性或中性变为酸性。在细菌被释放的杀生物剂杀死并从结构表面去除后，环境的pH逐渐恢复为中性或碱性。为了保持纳米胶束的抗菌特性，CS-

图5的菌落计数法结果表明，随着交替pH值次数的增加，样品的抑菌作用略有降低，这些结果与图3相对应。可逆结构（交替pH）5次后对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的抑菌作用仍分别高达83.62 ％和78.23 ％。显示出纳米胶束的出色循环稳定性。这表明改变pH后，CS-

以上是通过