[发明专利]一种季铵盐改性壳聚糖抗菌剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种季铵盐改性壳聚糖及其制备方法和应用，属于生物材料技术领域，采用的技术方案是：一种季铵盐改性壳聚糖抗菌剂，所述季铵盐改性壳聚糖抗菌剂由具有季铵盐修饰的聚乙二醇和壳聚糖通过接枝反应而得。所述季铵盐修饰的聚乙二醇结构中季铵盐基团位于聚乙二醇的端部。本发明的有益效果在于：（1）本发明提供的季铵盐改性壳聚糖抗菌性能好、渗透性能优良；（2）原料来源广泛、成本低、生产方法简单，易于实现工业化生产，在服装、纺织等领域有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种季铵盐改性壳聚糖及其制备方法和应用。

背景技术

壳聚糖由于具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒副作用以及抗菌、抗病毒特性，在生物材料、医药保健、药物载体、医用及农业杀菌剂、化妆品、食品保鲜、环保、兽药及饲料添加剂、等领域有广阔的研究和应用前景。壳聚糖化学名称为 (1-4)-2- 氨基 -2- 脱氢 -β-D- 葡聚糖，由甲壳素经脱乙酰基化反应而来，是甲壳素（化学名为(1,4)—2—乙酰胺—2—脱氧—β—D—葡聚糖）最基本、最重要的衍生物。甲壳素主要存在于虾、蟹、蛹及昆虫等动物外壳以及菌类、藻类植物的细胞壁中，节肢类动物的干外壳约含20~50%重量的甲壳素，壳聚糖是一种取之不尽、用之不竭的天然可再生资源。地球上每年甲壳素的生物合成量为数十亿吨，是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物，目前我国甲壳素和壳聚糖年产量约 2500 吨。

学术界对壳聚糖的抗菌作用进行了广泛的研究，然而由于壳聚糖分子链刚性强，水溶性低，导致了抗菌能力较弱，该问题成为制约其应用的重要因素之一，据报道，平均分子量＜5000Da的壳聚糖对葡萄球菌和大肠杆菌不仅没有抗菌作用，反而促进细菌生长。进一步研究发现，壳聚糖溶于酸性溶液中形成聚阳离子，具有一定的保湿、抑菌作用，但壳聚糖在 pH值大于 6.5的中性及碱性水溶液中不溶解，而采用季铵盐将其进行改性，则可大大提高其抗菌性，因此，在壳聚糖分子中引入季铵盐成为壳聚糖衍生物研究的热点领域之一。前人将壳聚糖的季铵盐化一般是在壳聚糖主链上进行，如，以三乙醇胺与环氧氯丙烷制备季胺盐中间体进而改性壳聚糖。Guo Zhanyong壳聚糖分子结构中的—NH2先与羰基化合物形成希夫碱，并将希夫碱中的C=N 还原为—NH—CH—，再与活性卤代烃作用，转化为季铵盐。Lim等先合成N-取代的壳聚糖季铵盐，然后在C6 的—OH 上引入功能基团丙烯酰胺基，生成O-丙烯酰胺-N-壳聚糖季铵盐。通过其中丙烯酰胺上的双键在碱性条件下与纤维素结合，得到一种抗菌性能优良、且耐久和耐洗性能优良的纺织涂敷材料。但是由于前述方法所得的结果都不对壳聚糖的柔性太多改善，因此所得抗菌剂分子刚性大，渗透性不佳，脆性大。而本申请，引入柔性聚乙二醇链段，改善了渗透性能和脆性，同时提高产品的抗菌效果。

另一方面，目前壳聚糖作为抗菌剂主要的应用集中于生物制剂或壳聚糖与重金属形成的复合抗菌剂，但是这些抗菌剂制备过程复杂、成本高，或制备过程或产物对人类的安全性差，对于环境污染大，其生物毒性不能满足当前发展绿色无毒抗菌剂的要求。

因此，研究制备方法简单、生物安全性好、抗菌性能优良的改性壳聚糖是促进其应用急需解决的重点和难点之一。

发明内容

为解决壳聚糖及现有改性壳聚糖抗菌效果差、生物安全性低、纤维渗透性低的技术问题，本发明提供一种季铵盐改性壳聚糖及其制备方法和应用，采用将季铵盐封端柔性的聚乙二醇，并接枝到壳聚糖的胺基上的技术方案，提高了壳聚糖结构的柔性，增强了壳聚糖的抗菌性能，且能深入地渗透到生物材料如织物纤维、敷料的内部，为壳聚糖的广泛应用提供了可能。

本发明采用的技术方案是：一种季铵盐改性壳聚糖抗菌剂，所述季铵盐改性壳聚糖抗菌剂由具有季铵盐修饰的聚乙二醇和壳聚糖通过接枝反应而得。

优选的，所述季铵盐修饰的聚乙二醇中季铵盐基团位于聚乙二醇的端部。

更优选的，所述季铵盐改性壳聚糖抗菌剂中季铵盐对壳聚糖氨基的取代度为5%-15%。