[发明专利]一种季铵盐类两亲性阳离子聚合物及其应用

说明书

本发明一种季铵盐类两亲性阳离子聚合物及应用，疏水性甲基丙烯酸酯类单体(B)与季铵盐阳离子单体(T)的无规共聚物P(B/T)；或者是聚乙二醇(PEG)与所述的无规共聚物P(B/T)的嵌段共聚物(PEG‑P(B/T))；疏水单体单元/季铵盐单体单元的摩尔比(B/T)为0.4‑0.8，P(B/T)的聚合度为19‑150；B为3‑8个碳的正烷基酯；T为N,N,N‑三甲铵基甲基丙烯酸乙酯；本发明的两亲性阳离子聚合物具有较高的抗菌性，通过溶液、涂层、凝胶或共混到其它材料中发挥抗菌作用。本发明中的两亲性阳离子聚合物聚合物浓度为8μg/mL时的抑菌率在50％以上，效果好达到90％以上。

技术领域

本发明涉及一种季铵盐类两亲性阳离子聚合物及其应用，具体是将疏水单体和季铵盐阳离子进行无规共聚制备的季铵盐类两亲性阳离子无规共聚物，具有较高的抗菌性能，可作为抗菌材料，用于溶液、涂层、织物等多种领域的抗菌。

背景技术

细菌是一种典型的有害微生物，由病原细菌引发感染的临床病例日渐增多，成为全球关注的公共卫生问题。真菌和细菌等病原菌感染的发生，会造成极其严重的后果，包括致命的疾病、患者死亡率增加以及昂贵的医疗费用等。尽管抗生素的使用在医学领域起着重要的作用，能够在一定程度抑制细菌的生长，但越来越多的抗生素耐药细菌的出现却令人十分担忧。因此，高效抗菌剂的研究与开发非常必要。两亲性阳离子聚合物中带有正电荷的阳离子能通过静电作用吸附表面带有负电荷的细菌，同时，聚合物的疏水部分嵌入到细菌中，使细菌膜破裂，细菌内物质泄漏，最终导致细菌死亡。

聚乙二醇(mPEG)被广泛应用于两亲性聚合物的结构设计中，由于其良好的生物相容性，可用作基因/药物载体。mPEG作为聚合物的亲水层不仅可以起到稳定聚合物的作用，而且可以有效抑制血液蛋白等物质的非特异性吸附，同时也会增加聚合物的水溶性。然而，聚合物中mPEG的存在对其聚合物抗菌性能的影响却鲜有研究。

亲疏水平衡是制备两亲性阳离子聚合物抗菌剂最重要的设计参数。它是与聚合物的抗菌活性和选择性直接相关的基本因素。例如，高度亲水或致密的阳离子聚合物可能具有结合聚阴离子细胞表面的能力。如果没有足够的疏水基团，则对细菌膜的损害减弱，导致聚合物抗菌性能降低。然而，聚合物的疏水性过强则会导致聚合物链在水中坍塌或与细菌培养介质组分发生不可逆聚集，从而使聚合物失去抗菌性。有报道称，抗菌肽的聚集降低了它们的抗菌活性。

聚合物的分子量亦是影响抗菌活性的另一重要因素。聚阳离子的接触-活性机制表明，高分子量的聚合物可以增加静电吸引力，对细菌有更强的吸附性，同时也增加了渗透到脂质双层中的疏水活性位点，从而提高抗菌活性。然而，随着分子量的增加，聚合物在生物介质中的溶解度降低、扩散困难和易于聚集等问题都会影响聚合物的抗菌性，因此，控制聚合物的分子量对于提高聚合物的抗菌性能是至关重要的。

作为抗生素治疗的宿主防御抗菌肽(AMPs)可以通过直接杀伤机制从宿主细胞中清除细菌，但却因为其体内稳定性低，制造成本高和选择性低而使应用受到限制。受到AMPs的两亲性和阳离子等化学结构的启发，已研发出一些两亲性阳离子聚合物(新的合成聚合物和现有聚合物的改性)，这些抗菌聚合物不仅能够靶向细菌细胞膜而且可以降低细菌获得耐药性的概率，可以为全球致病菌感染的临床问题提供有希望的解决方案。两亲性阳离子聚合物由于具备较强的细菌膜破坏能力，已被用于制备多种抗菌剂以应用于各种领域。聚合物的两亲结构作用于细菌膜，导致跨膜电位崩溃，细菌内物质泄漏，最终导致细菌死亡。与小分子相比，两亲性阳离子聚合物结构中固有的协同作用增强了这种破坏机制。但关于两亲性阳离子聚合物的结构与抗菌性的关系尚不清楚，抗菌活性有待加强，以便开发出更高效的大分子抗菌材料。本发明则是基于这一目的，通过研究两亲性聚合物的结构与抗菌性的关系，获得具有高效抗菌活性、结构相对简单和成本低的两亲性阳离子抗菌材料。

发明内容

本发明旨在通过探究聚乙二醇、疏水单体/季铵盐阳离子单体摩尔比、聚合物分子量对抗菌性的影响，开发一种具有良好生物相容性、抗菌效率优异的两亲性阳离子聚合物，在较低剂量下即可实现高效抑菌。