一种抗菌性聚(ε‑己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种抗菌性聚(ε‑己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜及其制备方法，属于生物高分子材料领域。本发明的步骤：首先将聚(ε‑己内酯)与模拟抗菌肽按质量比24:1～3:1混合，溶于三氟乙醇中，搅拌36～48h，配置混合均匀的质量浓度为100～160mg/mL的电纺溶液。然后通过溶液静电纺丝的方法制备出聚(ε‑己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜。该方法的优点是过程简单、易于操作、成本较低。本发明的电纺纤维膜材料亲疏水性可调、具有良好的细胞相容性，同时在表面上存在一定量的模拟抗菌肽，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出较为明显的抗菌活性，适用于生物医用领域。

说明书

技术领域

本发明属于生物高分子材料的制备领域，涉及一种抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜及其制备方法。

背景技术

在医疗过程中，伤口愈合、移植物和医用器械存在细菌感染，给病人的康复带来巨大威胁。此外，在药物、保健产品和卫生设备、纺织品、食品包装和食品储存、以及家用电器等领域，细菌感染也越来越普遍。因此，新型抗菌材料的开发对于应对该类问题具有十分重要的作用。

静电纺丝是一种可制备纳米至微米级超细纤维膜的方法。电纺纤维膜具有很高的比表面积和孔隙率，易于实现不同目的的功能化(Sánchez L D,Brack N,Postma A,etal.Surface modification of electrospun fibres for biomedical applications:afocus on radical polymerization methods.Biomaterials,2016,106:24-45)。聚(ε-己内酯)是一种脂肪族线性半结晶性聚酯，是最主要的电纺原料之一。聚(ε-己内酯)的玻璃化转变温度和熔融温度均较低，具有生物可降解性、生物可吸收性和生物相容性，同时也具有较适宜的力学性能(Cipitria A,Skelton A,Dargaville T R,et al.Design,fabricationand characterization of PCL electrospun scaffolds-a review.Journal ofMaterials Chemistry,2011,21:9419-9453)。因此，聚(ε-己内酯)被广泛用作生物材料。模拟抗菌肽是为了克服天然抗菌肽的局限性，在模仿天然抗菌肽特性和结构的基础上，人工设计和合成的一种聚合物，具有显著的正电性和两亲性。正是由于这两种性质，模拟抗菌肽表现出优良的广谱抗菌性和细胞选择性，并且在实现抗菌效果的同时不易引发细菌的耐药性，是一种优良的新型抗菌剂(Henderson JM,Lee KYC.Promising antimicrobial agentsdesigned from natural peptide templates.Current Opinion in Solid State andMaterials Science,2013,17:175-192)。

抗菌膜材料在伤口愈合等创伤医疗领域具有十分重要的应用价值(Yang XL,YangJC,Wang L,et al.Pharmaceutical intermediate-modified gold nanoparticles:against multidrug-resistant bacteria and wound-healing application via anelectrospun scaffold.ACS Nano,2017,11:5737-5745)。目前，采用模拟抗菌肽与聚(ε-己内酯)为原料，通过静电纺丝制备抗菌性电纺纤维膜的报道甚少。本发明将聚(ε-己内酯)与模拟抗菌肽以一定比例混合，利用溶液电纺方法制备聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜，获得综合性能优良的抗菌性电纺纤维膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜及其制备方法，该方法制备抗菌性电纺纤维膜材料过程简单、易于操作。该抗菌电纺膜材料亲疏水性可调、细胞相容性好；材料表面存在的模拟抗菌肽赋予材料较明显的抗菌活性，可作生物表面抗菌膜材料应用。

本发明的技术方案如下：

一种抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜及其制备方法，包括以下步骤：

(1)电纺溶液的制备：将聚(ε-己内酯)与模拟抗菌肽以质量比24:1～3:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌36～48h，得到混合均匀的质量浓度为100～160mg/mL的电纺溶液；

(2)将步骤(1)制得的电纺溶液注入注射器中，通过静电纺丝的方法，接收纺丝制得含模拟抗菌肽的电纺纤维膜。

(3)将步骤(2)制得的电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥。

所述步骤(1)中聚(ε-己内酯)的数均分子量为8万，模拟抗菌肽为多面体低聚倍半硅氧烷-多肽、异丁基-多肽或聚乙二醇-多肽；其数均分子量皆为5000～9000，多肽由赖氨酸和缬氨酸残基组成。

其中，模拟抗菌肽为多面体低聚倍半硅氧烷-多肽、异丁基-多肽或聚乙二醇-多肽可以使用所有方法制备的产品；当然也可以选用如下方法制备：

模拟抗菌肽原料多面体低聚倍半硅氧烷-多肽的制备方法参考专利“一种模拟抗菌肽共聚物及其制备方法”，主要步骤为：将单体赖氨酸N-羧基-环内酸酐和缬氨酸N-羧基-环内酸酐溶于无水N,N-二甲基甲酰胺并加入到容器中；将氨基多面体聚倍半硅氧烷四氢呋喃溶液加入体系中；氩气保护室温聚合反应48-72h；反应终止后，使用乙醚沉淀，并真空烘箱干燥，得到苄初产物；将初产物溶于三氟乙酸，随后加入溴化氢-醋酸溶液对初产物进行脱保护，反应完后透析冻干得到多面体低聚倍半硅氧烷-多肽。氨基多面体聚倍半硅氧烷，苄氧羰基保护的赖氨酸N-羧基-环内酸酐和缬氨酸N-羧基-环内酸酐的摩尔比为1:(20～40):(10～20)。

异丁基-多肽的制备方法参考文献(Heller P,Brike A,Huesmann D,etal.Introducing peptoplexes:polylysine-Block-polysarcosine based polyplexesfor transfection of HEK 293T cells.Macromolecular Bioscience,2014,14:1380-1395)进行实施。

聚乙二醇-多肽的制备方法参考文献(Shen JY,Chen CY,Fu WX,etal.Conformation-specific self-assembly of thermo-responsive poly(ethyleneglycol)-b-polypeptide diblock copolymer.Langmuir,2013,29:6271-6278)进行实施。

所述步骤(2)中静电纺丝的条件：电压为12～15kV、电纺溶液流速为0.4～0.8mL/h、接收距离为15～16cm，空气湿度低于30％。

本发明的优点：

(1)本发明制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的纤维直径分布均匀，纤维光滑连续，亲疏水性可调。

(2)本发明制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜具有良好的细胞相容性，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出较明显的抗菌活性，有利于伤口的灭菌和愈合。

(3)本发明的制备过程简单、易于操作，成本较低。

附图说明

图1是本发明按实施例3制备所得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的扫描电镜照片。

具体实施方式

结合具体实施例，对本发明的技术方案进行进一步的描述,以下实施案例是对本发明的进一步说明，并不限制本发明的适用范围。

实施例1

(1)抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的制备

电纺溶液的配置：将数均分子量为8万的聚(ε-己内酯)与模拟抗菌肽数均分子量为8750的多面体低聚倍半硅氧烷-多肽以质量比12:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌48h，得到混合均匀的质量浓度为130mg/mL的电纺溶液；

将混合均匀的电纺溶液注入5mL注射器中，设定电纺电压为12kV、电纺溶液流量为0.4mL/h、接收距离为15cm，空气湿度为21％。启动装置进行静电纺丝，在接收装置上获得PCL/模拟抗菌肽电纺纤维膜。将制得的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥48h，充分除去溶剂。

(2)性能测试

制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜采用平板计数法进行抗菌性能实验，对大肠杆菌杀菌率为70.5％，对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为98.3％；采用MTT法检测聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜细胞毒性，人脐静脉血管内皮细胞存活率为81.4％。

实施例2

(1)抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的制备

将数均分子量为8万的聚(ε-己内酯)与数均分子量为8080的模拟抗菌肽异丁基-多肽以质量比12:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌54h，得到混合均匀的质量浓度为130mg/mL的电纺溶液；

将混合均匀的电纺溶液注入5mL注射器中，设定电纺电压为13kV、电纺溶液流量为0.4mL/h、接收距离为15cm，空气湿度为25％。启动装置进行静电纺丝，在接收装置上获得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜。将制得的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥48h，充分除去溶剂。

(2)性能测试

制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜采用平板计数法进行抗菌性能实验，对大肠杆菌杀菌率为87.4％，对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为98.6％；采用MTT法检测聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜细胞毒性，人脐静脉血管内皮细胞存活率为62.3％。

实施例3

(1)抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的制备

将数均分子量为8万的聚(ε-己内酯)分别与模拟抗菌肽数均分子量为5320的聚乙二醇-多肽以质量比12:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌42h，得到混合均匀的质量浓度为130mg/mL的电纺溶液；

将混合均匀的电纺溶液注入5mL注射器中，设定电纺电压为12kV、电纺溶液流量为0.4mL/h、接收距离为15cm，空气湿度为18％。启动装置进行静电纺丝，在接收装置上获得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜。将制得的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥48h，充分除去溶剂。制备所得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的扫描电镜照片如图1所示。

(2)性能测试

制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜采用平板计数法进行抗菌性能实验，对大肠杆菌杀菌率为83.3％，对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为69.7％；采用MTT法检测聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜细胞毒性，人脐静脉血管内皮细胞存活率为82.9％。

实施例4

(1)抗菌性聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜的制备

将数均分子量为8万的聚(ε-己内酯)分别与模拟抗菌肽数均分子量为数均分子量为8750的多面体低聚倍半硅氧烷-多肽以质量比3:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌56h，得到混合均匀的质量浓度为160mg/mL的电纺溶液。

将混合均匀的电纺溶液注入5mL注射器中，设定电纺电压为15kV、电纺溶液流量为0.6mL/h、接收距离为16cm，空气湿度为20％。启动装置进行静电纺丝，在接收装置上获得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜。将制得的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥56h，充分除去溶剂。

(2)性能测试

制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜采用平板计数法进行抗菌性能实验，对大肠杆菌杀菌率为95.2％，对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为99.1％；采用MTT法检测聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜细胞毒性，人脐静脉血管内皮细胞存活率为19.3％。

实施例5

将数均分子量为8万的聚(ε-己内酯)分别与模拟抗菌肽数均分子量为5320的聚乙二醇-多肽以质量比16:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌48h，得到混合均匀的质量浓度为127.5mg/mL的电纺溶液；

将混合均匀的电纺溶液注入5mL注射器中，设定电纺电压为13kV、电纺溶液流量为0.6mL/h、接收距离为17cm，空气湿度为18％。启动装置进行静电纺丝，在接收装置上获得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜。将制得的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥48h，充分除去溶剂。

(2)性能测试

制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜采用平板计数法进行抗菌性能实验，对大肠杆菌杀菌率为79.5％，对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为76.5％；采用MTT法检测聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜细胞毒性，人脐静脉血管内皮细胞存活率为86.0％。

实施例6

将数均分子量为8万的聚(ε-己内酯)分别与模拟抗菌肽数均分子量为数均分子量为8900的多面体低聚倍半硅氧烷-多肽以质量比24:1进行混合，溶解于溶剂三氟乙醇中，搅拌56h，得到混合均匀的质量浓度为160mg/mL的电纺溶液。

将混合均匀的电纺溶液注入5mL注射器中，设定电纺电压为12kV、电纺溶液流量为0.6mL/h、接收距离为15cm，空气湿度为17％。启动装置进行静电纺丝，在接收装置上获得聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜。将制得的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜置于真空烘箱中干燥48h，充分除去溶剂。

(2)性能测试

制备的聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽电纺纤维膜采用平板计数法进行抗菌性能实验，对大肠杆菌杀菌率为19.6％，对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度为40.7％；采用MTT法检测聚(ε-己内酯)/模拟抗菌肽纺纤维膜细胞毒性，人脐静脉血管内皮细胞存活率为91.7％。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换，均落入本发明的保护范围。