一种抗菌聚乳酸薄膜的制备方法及应用与流程

1.本发明涉及一种新型的高效的抗菌聚乳酸薄膜，属于抗菌薄膜领域。因为聚乳酸的抗菌性能不佳，使用时间较长后表面会生长霉菌，研究抗菌聚乳酸复合材料对人们的健康具有重要的意义。所以我们将聚乳酸薄膜与聚六亚甲基胍盐酸盐(phmg)通过离子交联的方法结合，运用简单的制备方法来增加聚乳酸薄膜表面的抗菌性能。


背景技术：

2.抗菌涂层在医疗设备、儿童玩具、家具等领域得到了广泛的应用，以防止产生微生物，使人们免于感染。现在已经使用了许多杀菌剂来制备抗菌涂层，例如季铵盐、抗菌肽、银、酶、一氧化氮和抗生素。由于银纳米粒子对人体有害，不能被降解，所以发明可被降解的新型涂层成为急需解决的问题。聚酯具有出色的生物相容性和生物降解性，聚丙交酯(pla)、聚乙交酯(pga)或高分子聚合物(plga)等聚酯一直是研究的焦点。因此，开发高效的、可降解的、对人体无害的抗菌涂层具有广泛的应用前景。
3.聚乳酸
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羟基乙酸共聚物(plga)是一种可降解的功能高分子有机化合物，具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜的性能，被广泛应用于制药、医用工程材料和现代化工业领域。plga的降解产物是乳酸和羟基乙酸，同时也是人代谢途径的副产物，所当它应用在医药和生物材料中时不会有副作用。
4.含胍基的聚合物作为抗菌阳离子聚合物之一，具有广谱的抗菌性。而聚六亚甲基胍盐酸盐(phmg)是主链含胍基的抗菌聚合物的一种，具有优良的抗菌性能、良好的生物相容性等优点，且可以与细菌进行非特异性作用，从而使细菌不会产生耐药性。phmg的抗菌机理：由于胍基具有很高的活性，使聚合物呈正电性，易被各类细菌、病毒吸附。phmg通过细胞膜扩散并与细胞质膜结合，与磷脂双分子层形成复合物，破坏渗透平衡和细胞质膜，并且其与核酸反应强烈，从而抑制了细菌病毒的分裂，使细菌、病毒丧失生殖能力。同时，由于phmg是聚合物，聚合物形成的薄膜堵塞了微生物的呼吸通道，使微生物迅速窒息而死。
5.在这里，我们提供了一种聚乳酸薄膜，并采用离子交联的方式将其与聚六亚甲基胍盐酸盐(phmg)相结合来制备高效的抗菌聚乳酸薄膜。


技术实现要素：

6.本发明的内容包括两部分。一是合成一种新型的乳酸苹果酸的聚合物plma；二是聚乳酸薄膜与聚六亚甲基胍盐酸盐(phmg)通过离子交联的方法合成一种新的抗菌薄膜。
7.本发明的目的是提供一种新型抗菌聚乳酸薄膜的合成方法。该抗菌薄膜具有较高的抗菌活性，为研制新的高效抗菌涂层开辟新的途径。
8.本发明的技术方案：
9.所述plma的制备方法，步骤如下：
10.1)低聚乳酸的制备：将乳酸作为原料，然后通过减压蒸馏装置反应得到淡黄色粘稠状产物低聚乳酸(pla)。
11.2)plma的制备：向低聚乳酸中加入苹果酸，持续搅拌，反应24h，反应结束之后，用乙醚和四氢呋喃洗涤三次，倒出上层溶剂，下层白色粘稠产物为plma。
12.抗菌聚乳酸薄膜的制备方法，步骤如下：
13.1)聚乳酸薄膜的制备：首先，将plga用氯仿完全溶解，采用流延法制得plga薄膜，然后再将plma用丙酮溶解，涂层在已经制备的plga薄膜的表面，真空干燥得到聚乳酸薄膜。
14.2)抗菌聚乳酸薄膜的制备：先将所制备的聚乳酸薄膜浸泡在氢氧化钠溶液中，然后取出放入phmg水溶液中浸泡一段时间，取出反应后的薄膜先在室温下自然晾干，然后放入真空干燥箱干燥，即得到抗菌聚乳酸薄膜。
15.所得到的抗菌聚乳酸薄膜用于杀菌涂层。
16.本发明的技术分析：
17.plma是通过乳酸和苹果酸的共缩聚反应合成的，而且还有分子内脱水。聚六亚甲基胍盐酸盐(phmg)作为聚阳离子抗菌剂与聚乳酸薄膜交联得到抗菌聚乳酸薄膜，由于胍基的活性很高，并且聚合物带正电，易与细菌、病毒结合。此外phmg还通过与磷脂双分子层结合，从而破坏渗透平衡，以此抑制了细菌的分裂使其丧失生殖能力。同时，由于phmg是聚合物，聚合物形成的薄膜堵塞了微生物的呼吸通道，使微生物迅速窒息而死。
18.综上所述，本发明提供了一种新型的抗菌聚乳酸薄膜的制备方法，胍基抗菌薄膜是一种很有前景的抗菌材料。该涂层化学稳定性好，抗菌性强，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌性。
19.本发明的优点和有益效果：
20.1)合成plma部分所涉及的反应机理较为简单成熟，即乳酸和苹果酸的共缩聚反应，且反应后处理过程比较简单。
21.2)制备的抗菌聚乳酸薄膜具有高抗菌活性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌性，且对大肠杆菌的抗菌性更好。
22.3)聚乳酸与phmg交联时不需使用有机溶剂，制备方法简单。
附图说明
23.图1为低聚乳酸(pla)的合成路线图。
24.图2为乳酸苹果酸聚合物(plma)的合成路线图。
25.图3为抗菌聚乳酸薄膜的制备方法图。
26.图4为合成产物plma与乳酸和苹果酸的傅里叶红外光谱图。
27.图5为抗菌聚乳酸薄膜对不同菌液浓度的抗大肠杆菌对比图。
28.图6为抗菌聚乳酸薄膜对不同浓度金黄色葡萄球菌的对比图。
29.图7为抗菌聚乳酸薄膜对大肠杆菌的不同时间的对比图。
30.图8为抗菌聚乳酸薄膜对金黄色葡萄球菌的不同时间的对比图
具体实施方式
31.实施例1
32.低聚乳酸(pla)的制备：
33.低聚乳酸(pla)的制备方法：
34.将10ml乳酸加入到100ml圆底瓶中，并加入一个合适的转子，然后在油浴中加热回流逐渐加热至150℃，反应12h后得到淡黄色粘稠状产物低聚乳酸(pla)。
35.低聚乳酸(pla)的合成路线见附图1。
36.实施例2
37.乳酸苹果酸聚合物(plma)的制备：
38.乳酸苹果酸聚合物(plma)的制备方法：
39.取制备好的低聚乳酸pla(10g)，放入到100ml的单口瓶中，用天平称取5g的苹果酸，加热至150℃继续在减压蒸馏条件下持续搅拌，反应24h。反应过程中低聚乳酸缓慢的变为液体，颜色由淡黄色变为乳白色。反应结束后，使反应冷却至室温，先将所得到的产物用四氢呋喃溶解，再加入无水乙醚，用无水乙醚和四氢呋喃处理三次之后，将上层溶剂倒出，然后将下层白色粘稠产物放入真空干燥箱，在45℃真空干燥箱中干燥48h，即得产物plma。
40.乳酸苹果酸聚合物(plma)的合成路线见附图2。
41.实施例3
42.聚乳酸薄膜的制备：
43.聚乳酸薄膜的制备方法：
44.将plma用丙酮溶解配成4％的溶液，用流延法铺在plga膜的表面，成膜后先室温自然晾干24h，再放入真空干燥箱中40℃干燥48h，得到聚乳酸薄膜。
45.实施例4
46.抗菌聚乳酸薄膜的制备：
47.抗菌聚乳酸薄膜的制备方法：
48.将所制备的的聚乳酸薄膜浸泡在0.1mol/l的氢氧化钠溶液中1min，然后取出放入浓度为1mol/l的phmg水溶液中浸泡30min，取出反应后的薄膜先在室温下自然晾干24h，然后放入真空干燥箱40℃干燥48h，即得到抗菌聚乳酸薄膜。
49.抗菌聚乳酸薄膜的合成路线见附图3。乳酸苹果酸聚合物(plma)、乳酸和苹果酸的傅里叶红外光谱图见附图4。
50.实施例5
51.抗菌聚乳酸薄膜的抗菌活性测试：
52.将已制备的抗菌聚乳酸薄膜在中心区域滴加菌液，为了研究薄膜的抗菌性能与时间和浓度的关系，探究了对大肠杆菌(e.coli)与金黄色葡萄球菌(s.aureus)的抗菌性能。其抗菌活性通过菌落计数法进行了菌落计数，再来计算抑菌率。在其中心区域滴加浓度分别为109cfu/ml、108cfu/ml、107cfu/ml与106cfu/ml的e.coli或s.aureus菌液，然后在37℃恒温培养箱中培养30min，然后放入装有2ml无菌生理盐水的小烧杯中超声2min，用超声后的菌液在固体培养基上均匀的涂布，最后放置在37℃恒温培养箱中培养。对其抗菌活性通过菌落计数法进行了菌落计数，再来计算抑菌率可以得到结果如附图5，图6。根据上述结果选择菌液浓度为108cfu/ml的e.coli或s.aureus作为后续抗菌和时间作用关系的研究对象。
53.在抗菌聚乳酸薄膜的中心区域滴加浓度为108cfu/ml的e.coli或s.aureus菌液，在37℃恒温培养箱中分别培养1min、3min、5min、7min、9min，然后在固体培养基上涂布，放置在37℃恒温培养箱中培养，通过数菌落法可以得到结果如附图7，图8。
54.抗菌结果显示：
55.1)对于不同浓度的e.coli和s.aureus，在图5和图6中可以看出在作用时间为30min时，抗菌聚乳酸薄膜对106cfu/ml、107cfu/ml、108cfu/ml、109cfu/ml的e.coli和s.aureus的抗菌活性均达到99.9％以上。
56.2)对于金黄色葡萄球菌：在金黄色葡萄球菌菌液浓度为108cfu/ml时，作用时间分别为1min、3min、5min、7min、9min时，结果显示1min时对于金黄色葡萄球菌的抑菌率为69.8％，3min时的抑菌率为81.3％(如图7)。随着时间的增长，抗菌聚乳酸薄膜对于金黄色葡萄球菌的抗菌活性逐渐增强，在作用时间为7min时，抗菌活性达到99.9％以上(如图7)。
57.3)对于大肠杆菌：在大肠杆菌菌液浓度为108cfu/ml时，在37℃恒温培养箱中作用时间分别为1min、3min、5min、7min、9min，结果显示在1min时抑菌率仅为78.6％，7min及其以上抑菌率均在99.9％以上(如图8)。
58.4)根据抗菌聚乳酸薄膜对e.coli和s.aureus抗菌性能的测试(图7，图8)，结果显示抗菌聚乳酸薄膜对108cfu/ml的e.coli的抗菌活性比对s.aureus的抗菌活性强。