[发明专利]具有G-四链体结构的水凝胶制备方法及其在杀灭金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的应用

说明书

具有G‑四链体结构的水凝胶制备方法及其在杀灭金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的应用，以鸟嘌呤核苷为主体形成G‑四链体结构，引入具有抗菌性能的聚乙二醇‑b‑聚赖氨酸，形成G‑四链体抗菌水凝胶。鸟嘌呤核苷在钾离子的稳定下形成G‑四分体，鸟嘌呤核苷的邻二醇与2‑甲酰基苯硼酸形成动态硼酯键，再通过具有广谱杀菌性能的聚乙二醇‑b‑聚赖氨酸中的伯胺与2‑甲酰基苯硼酸的醛基形成动态亚胺键，硼酯键与亚胺键的形成使得G‑四分体连接形成G‑四链体，从而形成抗菌水凝胶。本发明具有：原料简单易得；合成步骤简单且收率高，易批量生产；水凝胶稳定，生物毒性低，有广谱杀菌性，高效杀灭革兰氏阳/阴性细菌，易于推广应用。

技术领域

本发明属于生物医药材料领域，涉及一种具有G-四链体结构的水凝胶用于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭。

背景技术

细菌感染是与人类健康息息相关的重要问题，也是生物医学领域面临的一个重大挑战，新型抗菌材料的设计有望解决这一问题。具有抗菌性能的水凝胶是一类有巨大应用价值的抗菌材料，在植入医疗器械涂层、伤口敷料等方面有重要应用。

现有技术中，水凝胶抗菌性能的构筑可以通过以下两种方法实现：(1)抗菌剂的物理包埋，将抗菌剂(如有机抗生素、无机金属离子等)通过物理吸附等作用负载到水凝胶中，该方法的缺陷在于水凝胶的抗菌性依赖于抗菌剂的释放，故抗菌时效一般较短，并且当抗菌剂释放完全后，水凝胶将失去抗菌性能；(2)抗菌材料的化学交联，将有抗菌性能的材料(如季铵化的聚合物、赖氨酸、精氨酸、壳聚糖等)通过化学交联形成水凝胶，该水凝胶在杀菌过程中不依赖扩散作用释放抗菌剂，有抗菌时间长的特点。氨基酸类、壳聚糖类等材料因具有很强的广谱杀菌性能，并有良好的生物相容性和生物可降解性，在抗菌材料中有广泛的应用，但化学交联的方法难点在于如何简易、快捷地实现抗菌材料的交联以形成水凝胶。

优质的抗菌水凝胶要求兼具高抗菌性、高生物相容性、生物可降解性，并且原料便宜易得，制备简易，上述要求较难同时达到，很大程度上限制了抗菌水凝胶的临床应用。因此，开发具有优良性能的抗菌水凝胶具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种具有广谱杀菌性能的水凝胶及其制备方法和应用，该方法制备过程简单、成胶快速、原料合成容易，制备的水凝胶稳定、强度较高，能够高效杀灭革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性细菌大肠杆菌，具有广谱杀菌性。

本发明的技术方案：

一种具有G-四链体结构的抗菌水凝胶，采用G-四链体结构作为交联中心，鸟嘌呤核苷在钾离子的稳定下形成G-四分体平面结构，鸟嘌呤核苷的邻二醇结构与2-甲酰基苯硼酸形成动态硼酯键，再通过具有杀菌性能的聚合物聚乙二醇-b-聚赖氨酸中的伯胺与2-甲酰基苯硼酸的醛基形成动态亚胺键，硼酯键与亚胺键的形成使得G-四分体连接形成G-四链体，从而形成水凝胶。其中，形成水凝胶的组分聚乙二醇-b-聚赖氨酸含有多个氨基，带正电荷，能够与细菌表面的负电荷吸引，细胞膜发生变形，使内部的DNA、蛋白等泄露，引起细菌的凋亡，从而使得水凝胶具有广谱抗菌能力，并能够杀灭革兰氏阳性和阴性细菌。

一种所述具有G-四链体结构的抗菌水凝胶的制备方法，步骤如下：

1)室温下将鸟嘌呤核苷，2-甲酰基苯硼酸，氯化钾，聚乙二醇-b-聚赖氨酸(PEG₄₅-b-PLL₂₅₀)，加入水中混合得到悬浊液。各组分摩尔比为：鸟嘌呤核苷：2-甲酰基苯硼酸：氯化钾：聚乙二醇-b-聚赖氨酸＝1:1:1/4:1/125，确保鸟嘌呤核苷的浓度为35mmol/L。

2)将上述悬浊液加热至沸腾(约90到100℃)，使悬浊液变成澄清液；

3)将上述澄清液静置，待冷却至室温，得到半透明的具有G-四链体结构的抗菌水凝胶。

进一步的，所述的聚乙二醇-b-聚赖氨酸(PEG₄₅-b-PLL₂₅₀)的制备步骤如下：