[发明专利]基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物，结构如下所示：本发明制备的基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物，制备过程简单可控，易于得到特定分子量和预定组成结构的聚合物，具有良好的抗菌活性和抗蛋白粘附性能，适用于生物医用抗菌材料改性。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一系列的基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物及其制备方法与应用。

背景技术

季铵盐类化合物作为一种典型的有机抗菌整理剂，已投入使用超过50年，它是一种阳离子表面活性剂，常被用作消毒剂、防腐剂，广泛应用于表面清理、医院消毒等各个领域。季铵盐类化合物的抗菌性能受分子中阳离子季铵盐数量、烷基长度影响很大。季铵盐类物质的抗菌机理是：季铵盐基团带正电荷，细菌细胞膜本身带负电荷，二者产生静电吸引而结合，扰乱了细胞膜的正常活动，进而影响到细胞内蛋白质的合成；此外，季铵盐类化合物亦能影响细菌等微生物的DNA转录，破坏其正常繁殖。若季铵盐分子中有长链羟基，季铵盐则对细菌产生两种作用：(1)季铵盐类化合物的中心氮原子带正电，与带负电荷的细菌细胞膜产生静电作用；(2)疏水长链羟基与微生物的非极性中心产生分子间作用力，季铵盐因静电吸引力吸附在微生物细胞表面后，由于分子定向排列空间位阻的存在，长链羟基刺入细胞内部进而破坏其代谢过程，在微生物细胞失活后，季铵盐仍能继续发挥其抗菌性能。

两性离子聚合物作为一种新兴的抗蛋白以及微生物粘附的功能性材料受到极大的关注，该类聚合物通过离子基团的溶剂化作用与水分子结合能形成防生物污染的水化层。两性离子聚合物表面均匀分布着等量的阳离子基团和阴离子基团，由于阳离子基团与阴离子基团种类繁多，故该类聚合物有着更大的分子设计空间，且有望取代PEG成为新的抗菌材料。但是，两性离子聚合物极易吸水溶胀，使该类聚合物材料的力学性能很差，故通常将其化学接枝到特定基材表面，从而达到赋予基材特殊抗菌的目的，材料的力学性能则由基材本身决定。Jiang等将羧酸盐甜菜碱型两性离子单体(CBAA)通过原子转移自由基聚合(ATRP)接枝到硅片表面，将其置于模拟人体血液中，该功能性硅片表面对非特异性蛋白的吸附量小于5ng/cm²。Liu等将磺酸盐甜菜碱型两性离子单体(SBMA)通过ATRP接枝到纤维素膜表面，改性后的纤维膜具有一定的防污特性。但是，将侧链含有酯键或者酰胺键的两性离子聚合物接枝到基材表面存在着三个问题：(1)基材表面的疏水性得不到较好的改善，在一些低表面能基材表面接枝两性离子聚合物后，接触角大大减小，表面能增大；(2)基材的选择因用途而异，大大增加了生产成本和材料的损耗；(3)基材表面接枝的两性离子聚合物会发生水解，使功能性基团诸如阴离子基团和阳离子基团剥落，导致基材表面的抗菌性能失效。上述问题严重限制了该类两性离子聚合物在抗菌薄膜领域的应用。因此，设计出一种化学结构稳定、具有较好力学性能、表面亲水性适中的两性离子聚合物薄膜材料就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物。

本发明的另一个目的是提供一种所述基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物的制备方法。

本发明的再一个目的是提供一种所述基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物的用途。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物，结构如下所示：

R选自以下结构中的一种：

x:y:z为(50～75):(10～20):(15～30)，优选为50:20:30、60:20:20、65:10:25、75:10:15。

本发明的第二个方面提供了一种所述基于两性离子化的聚乙烯基咪唑三元共聚物的制备方法，包括以下步骤：