（材料科学与工程专业论文）抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的制备与表征.pdf

q 幽 抗菌性核壳结构聚合物纳米锾球的制各和表征 抗茵性核壳结构聚合物纳米微球的制备与表征 摘要 近年来，具有某一特定功能的聚合物纳米微球，如单分散聚 合物微球、荧光微球、磁性微球、环境响应( 温度、p h ) 微球 等的制备技术日趋成熟。而随着医疗和医药领域、生物化学领域、 电子信息领域及建筑装潢领域的飞速发展，制备具有生物相容 性、可降解性、抗菌性等特殊功能的核壳结构纳米微球已经成为 核壳聚合物微球的重要研究方向之一。本论文在沿用课题组已成 功发展的水相体系中制备高浓度核壳结构纳米微球的新方法一 一模板聚合法的基础上，通过选用具有抗菌性能的大分子和p h 敏感的功能单体为原料，在水相中，成功制备了具有抗菌性能的 水可分散的核壳型纳米微球，并通过添加少量稳定剂的方法来实 现稳定的抗菌性纳米微球的高浓度制备。对制备得到的两种微球 进行了动态激光光散射( d l s ) 、透射电镜( t e m ) 、傅立叶红外 ( f t i r ) 以及热重分析( t g a ) 等表征，具体开展了以下几方 面工作： ( 1 ) 以聚己二胺盐酸胍( p h g m ) 为模板，p h 敏感的a a 为单体，利用模板聚合方法，制备了以p h g m 和p a a 不溶络合 物为核、p h g m 为壳的聚合物纳米微球，并通过加入交联剂n ，n 亚甲基双丙烯酰胺( m b a ) 的方法制备了结构更为稳定的核交 o 差撼 抗薅经核壳结构聚合物纳米徽球鳇铡冬秘表缝 联聚合物纳米微球。通过f t i r 分析了微球组成，证明分子间的 相互作用力主要为正负电荷作用和氢键作用；采用t e m 观察到 微球呈现规整的球形为核壳结构，但核层和壳层的分晃不清晰； 通过t g a 证明微球的热稳定性与纯p h g m 相比稍有下降但依旧 良好，且随着p h g m 含量的增加稳定性增强；制得的p h g m p a a 纳米微球的粒径较小、分散性好、温敏性小，健储存稳定性、耐 盐性、耐碱性较差。 ( 2 ) 通过加入一定量的h e c ，可以制备得到更为稳定的 h e c p h g m p a a 纳米微球。采用t e m 观察到微球呈现规整的 球形，核壳结构不明显；f t i r 分析表明，h e c 与p a a 之间通过 氢键络合，从而起到稳定微球的作用；d l s 结果表明加入h e c 后微球的粒径与p h g m p a a 微球相比稍有增大，分散性与温敏 性变化不大，但储存稳定性、耐酸碱性、耐盐性大幅提高；t g a 结果表明h e c p h g m p a a 微球的热稳定性与纯p h g m 相比稍 有下降，但起始热分解温度较高( 大约2 0 0 ) ，熟稳定性良好。 ( 3 ) 采用平皿法测定了核交联p h g m p a a 纳米微球对大肠 杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能：5m g m l 的纳米微球溶液即 可达9 9 的杀菌率；采用营养肉汤法测定了h e c 7 p h g m ，p a a 纳 米微球溶液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最小抑菌浓度为 3 0 0 m g l 。表明纳米微球具有高效抗茵性。 关键词：抗菌活性，核壳型纳米微球，模板聚合，稳定性 q 抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的锚备和表征 p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o n o f a n t i m i c r o b i a lc o r e s h e l lp o l y m e r i c n a n o s p h e r e s a b s t r a c t t h es y n t h e s i st e c h n i q u e so fv a r i o u sf u n c t i o n a ln a n o s p h e r e s ， s u c ha s m o n o d i s p e r s e dn a n o s p h e r e s ，f l u o r e s c e n tn a n o s p h e r e s ， m a g n e t i cn a n o s p h e r e s ， a n d s t i m u l i r e s p o n s i v en a n o s p h e r e s ( p h - s e n s i t i v ea n dt h e r m o s e n s i t i v e ) ，e t c 。，h a v eb e e nd e v e l o p e dv e r y w e l lo v e rt h ep a s td e c a d e s d u et ot h er a p i dd e v e l o p m e n to fm a n y f i e l d s ，i n c l u d i n gm e d i c i n e ，b i o c h e m i s t r y , e l e c t r o nc o m m u n i c a t i o n a n da r c h i t e c t u r ed e c o r a t i o ne t a 1 ，t h ep r e p a r a t i o no fc o r e s h e l l p o l y m e r i cn a n o s p h e r e s w i t h s p e c i a lp e r f o r m a n c e s ，s u c h a s b i o c o m p a t i b i l i t y , d e g r a d a b i l i t ya n da n t i m i c r o b i a lp r o p e r t y ，h a sb e e n o l l eo fi m p o r t a n tr e s e a r c ha s p e c t so fc o r e s h e l ln a n o s p h e r e s o u r g r o u ph a sd e v e l o p e da ne a s ym e t h o do f “i n s i t u ”p o l y m e r i z a t i o n ， t h a t i s ，t e m p l a t e p o l y m e r i z a t i o n ，t o f a b r i c a t ec o r e s h e l l n a n o s p h e r e s a t h i g h c o n c e n t r a t i o ni nw a t e r i nt h i s t h e s i s ， w a t e r - d i s p e r s i b l e a n t i m i c r o b i a lc o r e - s h e l l n a n o s p h e r e s w e r e p r e p a r e dv i a i ns i t up o l y m e r i z a t i o no fa c r y l i ca c i d ( a a ) i na n a q u e o u ss o l u t i o n o fa n t i b a c t e r i a l a g e n t b e s i d e s ，w eu s e d a - i t l 0 妻i g 抗菌性核壳结构聚合物纳米徽球的露镀稠表征 s t a b i l i z e rt oi m p r o v et h e s t a b i l i t yo f t h en a n o s p h e r e sa g a i n s ts t o r a g e ， a c i d ，b a s ea n ds a l t t w ok i n d so fn a n o s p h e r e sw e r es y n t h e s i z e da n d c h a r a c t e r i z e db yd y n a m i c l i g h ts c a t t e r i n g ( d l s ) ，t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y( t e m ) ， f o u r i e rt r a n s f o r m i n f r a r e d s p e c t r o m e t r y ( f t i r ) ，a n dt h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y s i s ( t g a ) ，e t c s p e c i f i c a l l y , t h ef o l l o w i n gw o r kw a sc a r r i e do u t ： ( 1 ) w h e np o l y m e r i z i n ga c r y l i ca c i d ( a a ) o na n t i m i c r o b i a l p o l y ( h e x a m e t h y l e n e d i a m i n eg u a n i d i n eh y d r o c h l o r i d e ) ( p h g m ) t e m p l a t ei na na q u e o u ss o l u t i o n ，d r i v e nb ye l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o n s a n d h y d r o g e nb o n d i n gi n t e r a c t i o n s ，p h g m a n d p o l y ( a c r y l i c a c i d ) ( p a a ) p r o d u c e d “i n - s i t u ”s e l f - a s s e m b l e di n t oa n t i m i c r o b i a l p h g m p a an a n o s p h e r e sw i t hi n n e rc o r eo fi n s o l u b l ec o m p l e x e so f p h g ma n dp a aa n do u t e rs h e l lo fp h g m b yi n t r o d u c i n g c r o s s l i n k e rn ，n - m e t h y l e n eb i s a c r y l a m i d ei n t ot h ei n i t i a lr e a c t i o n s o l u t i o n ，c o r e c r o s s l i n k e dn a n o s p h e r e sw i t ham o r es t a b l es t r u c t u r e c o u l db eo b t a i n e d t h e c o m p o s i t i o n a n di n t e r a c t i o n so ft h e n a n o s p h e r e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yf t i r t e mp r e s e n t e dt h a t p h g m p a an a n o s p h e r e sw e r eg l o b a la n dt h ec o r e s h e l ls t r u c t u r e w a si n d i s t i n c t t g ar e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en a n o s p h e r e se x h i b i t e d al i t t l ew o r s et h e r m a ls t a b i l i t yc o m p a r e dt op u r ep h g ma n dt h e t h e r m a ls t a b i l i t yw a si m p r o v e da st h ec o n t e n to fp h g m i n c r e a s e d p h g m p a an a n o s p h e r e sw ep r e p a r e dh a ds m a l l s i z e ，n a r r o w o 抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的制备和表征 d i s t r i b u t i o na n dl i t t l et h e r m o r e s p o n s e ，b u tl o ws t o r a g es t a b i l i t y , w e a ks a l t r e s i s t a n c ea n da l k a l i r e s i s t a n c e ( 2 ) b yi n t r o d u c i n gs t a b i l i z e rh e ci n t ot h ei n i t i a lr e a c t i o n s o l u t i o n ，m o r es t a b l en a n o s p h e r e sc o u l db eo b t a i n e d t e mr e s u l t s s h o w e dt h a tp h g m h e c p a an a n o s p h e r e sw e r eg l o b a la n dt h e c o r e s h e l ls t r u c t u r ec o u l dn o tb es e e n c l e a r l y f t i r r e s u l t s i n d i c a t e dt h a t n a n o s p h e r e s w e r ec o - s t a b i l i z e d b yh y d r o g e n b o n d i n gi n t e r a c t i o n sb e t w e e nh e ca n dp a a d l sr e s u l t ss h o w e d t h a tt h es i z e so fp h g m h e c p a an a n o s p h e r e sw e r el a r g e rt h a n t h o s eo fp h g m p a a n a n o s p h e r e s a n dt h ed i s t r i b u t i o na n d t h e r m o r e s p o n s ec h a n g e dal i t t l e ，w h e r e a s ，t h e r ew e r eag r e a t i m p r o v e m e n t i n s t o r a g es t a b i l i t y , a l k a l i - r e s i s t a n c ea n d s a l t r e s i s t a n c e t g ar e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h o u g ht h en a n o s p h e r e s e x h i b i t e dl o w e rt h e r m a ls t a b i l i t yt h a np u r ep h g m ，i t ss t a r t i n g d e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r ew a sf a i r l yh i g h ( a b o u t2 0 0 。c ) ( 3 ) t h ea n t i b a c t e r i a la c t i v i t ya s s e s s m e n tr e s u l ts h o w e da9 9 r e d u c t i o no fb a c t e r i a ( e s c h e r i c h i ac o l ia n ds t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ) c o u l db er e a c h e df o rap h g m p a an a n o s p h e r e ss o l u t i o no f5 m g m lb yu s i n gp l a t em e t h o d ；a n dt h e m i n i m u mi n h i b i t o r y c o n c e n t r a t i o n ( m i c ) o fp h g m h e c p a an a n o s p h e r e sw a s3 0 0 m g lb yu s i n gn u t r i e n tb r o t hd i l u t i o nm e t h o d t h er e s u l t ss u g g e s t e d t h a tt h e s en a n o s p h e r e se x h i b i t e de f f i c i e n tb i o c i d a la c t i v i t y v q 凇 挽鏊性孩壳络 鸯聚合物纳米镦球的铡蠢秘表征 c h e r ty a n ( m a t e r i a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y ：z 纛数羔i 坌鹜g 墨i 銎丕套叠瑟g ) 纽3 j i 翌金i k e yw o r d s ：a n t i m i c r o b i a l a c t i v i t y ，c o r e - s h e l ln a n o s p h e r e s ， t e m p l a t ep o l y m e r i z a t i o n ，s t a b l e v l 附件1 ： 东华大学学位论文原创一l 生声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所里交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：嚣扣触 日期： 2 1 唧年f 2 月弓l h 附件2 ： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密函 学位论文作者签名：卞扣眇 日期：2 川年c 明弓旧 指导教师签名：o 日期：2 力8 年月51 7 1 0 缝登 抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的制备和表征 1 1 引言 第一章绪论 聚合物纳米微球的制备技术是随着乳液聚合的发展而逐步发展起来 的。到目前为止，具有某一特定功能的聚合物纳米微球已经得到深入广泛 的研究，比如单分散聚合物微球、荧光微球、磁性微球、环境响应( 温度、 p h ) 微球等。这些微球的制备方法已经趋于成熟，报道较多的主要是在乳 液聚合基础上发展起来的一些聚合方法，包括有聚合材料分散法【l 】，种子 溶胀法【2 1 ，微乳液聚合法【3 1 ，细乳液聚合法【4 】等等。近年来医疗和医药领 域、生物化学领域、电子信息领域及建筑装潢领域的飞速发展又促进聚合 物纳米微球的制备和应用进入了一个新的发展阶段。生物相容、可降解、 抗菌等特性已成为当前各领域所追求的目标。制备具有更多特殊性能并且 能适应飞速发展的高新领域的微球已成为目前纳米微球研究的重要方向。 除了前面已经提到的方法以外，目前已报道的还有微球表面改性【5 】和自组 装【6 】等。用上述方法，可以得到具有不同结构、形态和功能的聚合物纳米 微球。 从聚合物纳米微球的结构来看，构筑具有核壳结构的聚合物纳米微球 是得到功能性微球的方法之一。分别对聚合物纳米微球的壳层或核层进行 功能化，有利于壳层和核层各自功能的充分发挥，以达到相应的应用领域 对功能性的要求。而当前，随着全球环保意识的不断加强，人们对改善生 活环境的期盼不断增加，具有抗菌性能的产品在这种越来越强烈的社会需 要下便应运而生。尤其是作为近些年来新崛起的一门高新技术产品的纳米 结构抗菌材料的出现，为抗菌材料在日常的纤维服装、家用电器、卫生陶 瓷制品、食品包装以及建筑用的钢板、涂料等领域的应用打开了更为广泛 的市场前景，成为当前国内外的研究热点【7 8 】。 o 戳 挽壤性棱壳结孝驽聚合耪纳涨微球的割备和表征 1 2 核壳型聚合物纳米微球 核壳型聚合物纳米微球是一种构造新颖的、由一种材料通过化学键接 或其他相互作用将另一种材料包覆起来形成的、纳米尺度的、有序组装结 构，是更高层次的复合纳米结构。它的内层和外部分别富集不同的高聚物 成分，显示窭特殊的双层或多层结构特性。由于核壳聚合物微球的核壳之 间可能存在接枝、互穿或者离子键合，故而它不同于一般的共聚物或共混 高聚物，在相同原料组成的情况下可以产生单一纳米微球无法褥到的许多 新性能；由于其具有结构稳定、尺寸小、比表面积大等特点，因此在生物 医学、优学、材料、环境等领域毙单一纳米微球更广泛麴疲用蘸景，因而 备受各因学者的关注c 9 郴】。 1 2 1 核壳型聚合物纳米微球的制备 核壳型高分子纳米微球可以通过诸多途径获得。例如：乳液聚合法、 自组装的方法、原位聚合法、模板法等。 i 2 i i 乳液聚合法 乳液聚合法是指在表面活性剂存在的情况下，利用机械搅拌或剧烈振 荡的方法把不溶予溶剂的单体分散到溶剂中形成乳状液，然后利用引发剂 引发聚合反应。乳液聚合法制备核壳型高分子纳米微球是一种较为传统的 方法【h 以6 1 。核壳乳液聚合提出了“粒子设计的新概念，即在不改变乳液 单体组成的前提下改变乳液粒子结构，从而提高乳液性能。采用常规乳液 聚合褥到的乳胶粒子是均相的，核壳乳液聚合得到的乳胶粒子是非均相的 ( 采用特殊工艺可以设计乳胶粒子的核结构和壳结构的组成) 。用核壳乳液 聚合和常规乳液聚合褥到的乳滚的最大差异在于：核壳乳液聚合得到的乳 液通常都具有常规乳液聚合得到的乳液所缺乏的抗回黏性好，成膜温度 低，成膜性、稳定性以及力学性麓姆等优点，因此核壳乳滚技术极有实用 价值。 到霖前为盘，用这种方法合成聚合物纳米粒予的单体主要有丙烯酰 2 o 缝缬 抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的制备和表征 胺、丙烯酸酯和氰基丙烯酸烷基酯类。前两种聚合物不具备可生物降解性， 因此用于载体材料不具有明显的优势，而聚氰基丙烯酸烷基酯( p a c a ) 在 人体内极易生物降解，且对许多组织具有生物相容性。自从c o u v r e u r 等【1 7 】 人7 0 年代末首次报道聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子的合成以来，有关它 用于药物载体的研究一直方兴未艾。s t e i m g e r 等【1 8 】报道用t w e e n 8 0 做乳 化剂合成聚氰基丙烯酸丁酯纳米粒子，用于脑部靶向给药，可以透过人体 血脑屏障，进入大脑中枢神经系统，对治疗老年性痴呆、脑肿瘤等脑部疾 病有明显疗效。 1 2 1 2 自组装法 自组装就是在平衡条件下，分子间通过非共价相互作用自发组合形成 的一类结构明确、稳定、具有某种特定功能或性能的分子聚集体或超分子 结构。高分子液晶及胶束的形成等都属于自组装的范畴。具有可逆性和选 择性的氢键、静电作用、疏水作用、范德华力、金属配位键接作用及能够 可逆形成和破坏的共价键都可成为驱动自组装过程的作用力f 协2 。高分子 自组装的研究对象主要是液晶高分子、嵌段共聚物、能形成氢键或兀键的 聚合物及带有相反电荷的体系。 经典的高分子胶束化途径是嵌段共聚物在选择性溶剂中的胶束化，其 形成过程受两种完全相同的作用力控制。一种是导致聚集的相互吸引力； 另一种是防止胶束无限增长而成为沉淀物的排斥力。当两种力达到平衡 时，胶束可以稳定存在，制备得到的胶束粒子的结构中含有一个不溶性嵌 段组成的核和一个可溶性嵌段组成的外壳。 通过自组装形成高分子胶束的方法有很多，主要由以下几个方法：传 统方法，即基于选择性溶剂的透析法和直接溶解法；环境诱导胶束化；化 学反应诱导胶束化；络合诱导胶束化( 正负电荷络合和氢键络合) 。 1 2 1 3 原位聚合法 原位聚合方法通常是指利用非共价作用，在一种作为基体的聚合物存 在下，使另一种聚合物单体原位聚合并分散于基体聚合物中的方法。一般 0 鲢缱 抗苗性核亮结构台钎纳米钳球的制# 自表缸 是在两种聚合物的共同溶剂中进行，聚合终了后将溶剂蒸发或用非溶剂萃 取，即可制得所设计的聚合物粒子。在原位聚合法制备微胶囊工艺中，并 不是把反应性单体分别加到芯材液滴和悬j 擘介质中，而是单体或引发剂全 部加入连续相中，即单体成分及催化剂是全部位于芯材液滴的内部或外 部。在整个体系中，单体在魄一相中足可溶的，而聚合物是不溶的，所以 聚合反应在芯材液滴的表面e 发生。在液滴表面上，聚合单体产生相对低 分子量的预聚体当这个预聚体尺寸诬渐增大后，沉淀在芯材的表面，由 于交联及聚合的不断进行，最终在芯材液滴表面形成固体的胶囊外壳 2 2 j 。 214 模板法 所谓模扳法c 2 4 2 “，即是先通过其他方法制备得到纳米微粒，再以这些 纳米粒子为模板，在其表面进行包覆，从而得到核壳型复合结构纳米粒子 的方法。材料的性质几何参数将受到模板的限制，所以利用这种方法制各 一定形状核尺寸的材料，关键在于选择相应的结构模板。模板法中较为典 型的是l b l ( 1 a y e r b y l a y e r ) 沉积技术。这种方法中，在带电荷的乳胶粒 子表面通过静电吸引作用变替吸附相反电荷的聚电解质( 圈1 1 ) 。通过 逐层沉积而产， ：的聚电解质多层膜可以通过沉积的步数束控制其厚度。然 而为了避免絮凝作用的产7 l - ，要在特别低的浓度下制备，同时需要小心的 除去每一步多余的聚电解质。 敏+ 繇+ 黪+ 簿 酗l ll b l 沉袄技术制备核壳型高分r 纳水微球示意图【”1 f i g u r el - ls c h t i ci l i u s t r a t i f m 。p 。l y e l e c t r o l y t ed e p o s i t i o n l 除l b l 方法外，还可以采用在模板粒子表面化学键台上可聚合或可引 发反应或可交联的单分子层，然后引发聚合或交联，彤成交鞋的聚合物壳。 o 缝缱 抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的制备和表征 1 2 1 5 自组装一原位聚合同步法一一模板聚合法 早在1 9 5 3 年s z w a r c 2 7 】就提出了以大分子作为模板的聚合反应思想， 认为单体分子沿着高分子链的定向排列有利于提高聚合反应的速度，并称 这种反应叫做“复制聚合反应( r o p l i c ap o l y m e r i z a t i o n ) 。 b a r n f o r d 和s h i i k i 2 8 】在聚乙亚胺参与下进行丙烯酸的自由基聚合，与 等量的乙亚胺存在下的聚合反应相比，聚合反应速度大幅度提高，说明反 应速度的提高是由于单体与聚合物相互作用的结果。在聚合反应过程中， 系统始终保持均相。到目前陆续发表了很多文章和综述等从不同角度对模 板聚合进行了阐述【2 9 啦】。以简单的模板进行聚合物的合成和诸如d n a 、 r n a 或者酶进行生物高分子合成的反应具有类似性，这是对模板聚合的最 大兴趣所在。模板聚合是模拟这类生物反应的一个简单的模式。通常通过 模板聚合，由于模板与聚合物的不可控相互作用，往往得不到纳米亚微米 尺度的有序聚集体，而是宏观沉淀物。 大分子自组装方法虽然是一种获得聚合物纳米微球的有效方法，但 其制备效率很低，通常只能在低浓度下( 制 备纳米微球而展开的，以抗菌涂料用抗菌剂为发展目标，期望制得的抗菌 性纳米微球可以应用到承性涂料之中。 在本课题组的前期工作中，结合自组装和原位自由基聚合，我们成功 发展了一种可在全水环境下制备较高浓度酶、具有核一壳结构纳米微球的 简单易行的方法一一模板聚合法。在模板高分子水溶液中，原位聚合与模 叛高分子发生氢键作用岛正受电荷作莠l 鲶单体，利用聚合一自组装同步进 1 2 o 黝 抗菌性核壳结构聚合物纳米徽球的制备和袭征 行的聚合过程，实现核壳结构纳米微球的高浓度制备。采用这种方法，我 们已经由明胶模板和丙烯酸( a a ) 以及羟乙基纤维素( h e c ) 和甲基丙 烯酸( m a a ) 为原料，制备得到具有生物褶容的棱壳型明胶p a a 纳米微 球f 5 7 1 和h e c p m a a 纳米微球【5 引。 胍类抗菌剂是一种低分子有机抗菌荆，其价格低廉，高效，具有广谱 抗菌性，对于霉菌、细菌都有着很好的抗菌抑菌性，且对人体无毒、无刺 激。目前，由予聚合结构的胍盐和双胍盐的高抗菌性和低毒性而被用作食 品、化妆品和纺织品的杀菌剂或者抗菌性添加剂【5 9 棚l 。其中，聚己二胺盐 酸胍( p h g m ) 是控制微生物滋生最有效的种类之一【6 2 】：同时，p h g m 也 呈现出优良的热稳定性，起始分解温度离达2 5 0 c 1 6 3 1 。这一突出优点使 | 譬 p h g m 可作为理想的添加荆应用于塑料、薄膜和涂料方面。然而，由于 p h g m 具有很好的水溶性，通过将其简单地混于涂料中制备成抗菌涂料， 经水洗或者雨淋后很容易逐渐丧失其抗菌性能，因此，为了提高抗菌涂料 的水洗牢度，必须采取一定方法来降低p h g m 的水溶性。 本文运用我们发展的模板聚合法，以p h g m 抗菌剂和a a 单体为原料， 在水相中制备了以一p h g m 和原位生成的p a a 闻生成的不溶络合物淹核、 多余p h g m 为壳的聚合物纳米微球。该纳米微球仍具有很好的抗菌活性， 并能在水介质中稳定存在。通过将水溶性的抗菌荆分子转变成可水分教的 纳米微球添加到水性涂料中，可以实现抗蘅涂料的抗菌性能高效、持续、 长久的蹬的。 1 5 研究内容 具体开展了以下几方面的研究工作： ( 董) 以聚己二胺盐酸瓢( p h g m ) 为模扳，p h 敏感的a a 为荦体，利用模 板聚合方法，制备了以p h g m 和p a a 不溶络合物为核、p h g m 为壳 的聚合物纳米微球，并通过加入交联剂n ，n 亚擎基双丙烯酰胺 ( m b a ) 的方法制备了结构更为稳定的核交联聚合物纳米微球；采用 红矫光谱法( f t i r ) 研究了徽球的组成及分子闻穗互作用；采用动态光 散射法( d l s ) 研究了微球的稳定性、温敏性、p h 敏感性和耐盐性； 1 3 o 缝缝 抗穗性核壳结构聚合物纳米擞球的制备翻表征 利用t e m 观察了p h g m p a a 纳米微球的形貌。 ( 2 ) 为了增加p h g m p a a 微球的稳定性及耐盐性，在p h g m 的水溶液中 加入了少量的羟乙基纤维索( h e c ) 参与模板聚合，并通过加入交联剂 m b a 制餐结梅更为稳定的核交联的纳米微球：采用动态光散射法 ( d l s ) 研究了微球的形成机理、稳定性、温敏性、p h 敏感性和耐盐 性，并用荧光光谱法进一步研究了不露p h 值下微球酶疏水7 亲水性； 采用红外光谱法( f t i r ) 研究了微球的组成及分子间相互作用；利用 t e m 蕊察了徽球的形貌；研究了聚合条件对微球尺寸及分散性的影 响。 ( 3 ) 采用平题法_ ；露营养肉汤法测定了纳米微球对大弱轷蘧和金黄色葡萄 球菌的抗菌性能。 1 4 o 缝缝 抗荫栋核壳结构聚合物纳米微球的制备和装征 第二章抗菌性p h g m p a a 纳米微球的制备及表征 2 1 引言 核壳型聚合物纳米微球，近年来在学术和应用领域都引起了人们的广 泛兴趣。由于尺寸小、表面积大、结构稳定豹特性，核壳结构纳米微球越 来越多的应用到其他诸多领域f 6 4 制】。例如，可用作药物载体，以降低药物 的毒副终鼹或提高药物的靶向输送，从而提高药物的吸收翻生物利用度； 也可用来负载生物大分子、具有光电活性的物质及催化剂，以提高其稳定 性；还可以富集水中所含的微量寄害疏水物质，以洁净环境等。 胍基化合物微量存在于微生物、植物和动物体内。胍作为最强的有机 碱之一，在许多及应中被用作碱性催化裁载辘助剂。瓤基聚合物是具有生 物活性的聚合物之一。它能有效的控制农作物和动物的致病菌和发癣菌。 当前，出于聚合结构的瓤盐和双胍盐的高抗菌性和低毒性霜被大量用作工 业生产、食品、化妆品和纺织品的杀菌剂或者抗菌性添加剂。胍类抗菌剂 的抗菌梳理主要是与细菌帮霉菌的细胞膜表面的戮离子楣结合，或与琉基 反应，破坏蛋白质细胞膜的合成系统，从而抑制细菌和霉菌的繁殖【67 1 。聚 己二胺盐酸瓤( p h g m ) 是其中控制微生物滋生最有效豹种类之一；同时， p h g m 也呈现出优良的热稳定性；开始分解的温度高达2 5 0 。这一突出 侥点使得p h g m 可作为壤想的添热裁应爝于塑料、薄膜和涂料方藤 6 8 , 6 9 l 。 聚已二胺盐酸胍( p h g m ) 是性能优良的抗菌荆，由己二胺与盐酸胍 缩聚制备，反瘟式如下： n h * h c i 广l i- n h 2 n - ( - c h 2 竞n i - 1 2 + nh n c ( n 净h a 一心眯c h 2 卜n 长n 时h + n n h 3 1 一 一l l 然而，由于p h g m 具有很好的水溶性，通过将其简单的混于涂料中制 备成抗蘸涂料，经东洗或者甭淋薏很容易逐渐散失其抗菌性能，因此，为 了提高抗菌涂料的水洗牢度，必须采取一定方法来降低p h g m 的水溶性。 褥逶过络合作用，将p h g m 盈定麴盈塞豺料表面就是_ 一个缀好的方法。 本文拟采用模板聚合方法：在模板分子p h g m 的水溶液中，原位聚合 1 5 o 幽 抗菌性核壳结构聚合物纳米微球的制备和表征 能与模板分子发生特殊相互作用的单体丙烯酸a a ，利用聚合自组装同步 进行的聚合过程，实现核壳结构抗菌p h g m p a a 纳米微球的高浓度制备， 并研究了其各方面性能。 我们还利用交联剂n ，n 亚甲基双( 丙烯酰胺) ( m b a ) ，制备了结构更加 稳定的核交联p h g m p a a 抗菌微球，并对其进行了性能表征。 2 2 实验部分 2 2 1 原料 l 聚己二胺盐酸胍( p o l y ( h e x a m e t h y l e n e d i a m i n eg u a n i d i n eh y d r o c h l o r i d e ) ， ( p h g m ) ，m n , = 7 0 0 ，由己二胺与盐酸胍缩聚制得； 2 丙烯酸( a c r y l i ca c i d ，m a a ) ，c 3 h , 1 0 2 ，化学纯，上海凌峰化学试剂有限 公司，减压蒸馏除去阻聚剂后使用； 3 n ，n 一亚甲基双( 丙烯酰胺) ( n ，n - m e t h y l e n eb i s a c r y l a m i d e , ，m b a ) ， c 5 h 6 n 2 0 2 ，化学纯，上海百灵威化学技术有限公司，在甲醇中重结晶 提纯后使用： 4 过硫酸铵( a m m o n i u mp e r s u l f a t e ，a p s ) ，( n h 4 ) 2 s 2 0 s ，化学纯，上海爱试 化工有限公司，在温水中重结晶提纯后使用； 5 n ，n n ，n 一四甲基乙二胺( n ，n ，n n - t e t r a m e t h y l e t h y l e n e d i a m i n e ， t e m e d ) ，c 6 h l o n 2 ，化学纯，上海百灵威化学技术有限公司： 6 氢氧化钠( s o d i u mh y d r o x i d e ) ，n a o h ，分析纯，上海菲达工贸有限公 司； 7 盐酸( h y d r o c h l o r i ca c i d ) ，h c l ，分析纯，中国浙江平湖化工试剂厂。 2 2 2 制备 2 2 2 1p h g m p a a 纳米微球的制备 典型的制备过程如下： o 4 9p h g m 用4 0 m lp h 值3 0 的盐酸溶解。 搅拌均匀并通氮除氧3 0 m i n 后，加入0 4 m l ( 0 4 9 ) a a 。1 0 r a i n 后依次加入 1 6 o 馘 抗璃性核壳结构聚合物纳米微球的制各和表征 用同等p h 值的盐酸溶解的a p s ( 1 5 8 r a g ) 翻t e m e d ( 6 8 1 x l ) ，升温至3 5 1 2 ， 反应2 h 。反应结束后，将反应液装入透析袋( 截流分子量为1 4 0 0 0 ) 中对 p h = 3 0 的h c i 水溶液透析，以除去未反应的单体等小分子杂质。 2 2 。2 。2 核交联p h g m p a a 纳米徽球的裁备 采明原位聚合割备褥到的p h g m p a a 纳米微球的形成驱动力主要是 正负电荷络合作用而非化学共价键接，这种特殊的相互作用受环境影响很 大。为了使微球结构更加稳定，我们通过化学交联作用来鼹微球进符“核黟 的固定。 核交联酶p h g m p a a 纳米微球的制备与p 珏g m 臌a 微球的制备过程 基本相似，只在加入从单体约1 0 m i n 后，加入一定量具有双官能团的交 联裁m b a 。 2 2 2 3p h g m p a a 纳米微球溶液p h 值的调节 p h g m p a a 纳米微球的形成受到了多种条件的制约，因此当环境发生 变化时，特鄹是p h 值发生改变时，其粒子尺寸和分布将受到影响。本实 验中，我们通过向微球溶液中滴加n a o h ( 或h c i ) 溶液来改变溶液p h 值， 通过d t s 来测试不同p h 值下微球的粒径。因为滚加的n a o h ( 或h c l ) 溶 液会引起微球溶液浓度的变化，造成实验误差，我们在操作时控制调节p h 值所引起微球溶液浓度的改变在l 以内。本文使髑的p h 计型号：p h s 3 c 型精密p h 计( 测量范围o 1 4 ) 。 2 2 3 表征 2 2 3 1 动态激光光散射( d t s ) 测试【7 0 , 7 1 1 动态光散射主要是测量散射光强随时间的涨落。 当单一频率( o 1 0 1 5 h z ) 的入射光通过高分子或者粒子的溶液时，一部 分光沿着原来的方向继续传播，称为透过光，同时由于高分子链或粒子中 的电子受到入射光电磁场的作用产生强迫振动而发射光波，称为散射光， 1 7 o 缝缝 抗蘩矬援麦结构聚合携纳米皴球酶涮冬翔表征 敞射光方向与入射光方向闻的夹角称为散射角，用。表示。如果高分子链 或粒子处予静止状态，那么散射光频率将会秘入射光的频率相同，即弹性 散射。实际上，e l j 于粒子无规则的布朗运动，散射光的频率分布要比入射 光稍宽，加宽的频率( 1 0 5 1 0 7h z ) l g a 射光的频率1 0 强辍苟穗比要夺得 多，所以动态光散射称为准弹性光散射。平动扩散系数d 可以用 s t o k e s ，e i n s t e i n 公式嚣粒予薛流体力学半径砥联系起来： r 。：堑 。6 m d 式f 2 1 ) 式( 2 1 ) 中，鳓是b o l t z m a n 常数，t 绝对温度，1 是溶剂的粘度。根据 此式，我 羹可由微球的扩散系数德到微球粒径。动态激光光散射( d l s ) 是表征微球粒径和粒径分布最有力的手段【7 2 , 7 3 】。 在本章中，我们震动态光散射法黯p h g m p a a 纳米徽球进行了表征。 微球流体力学直径( d h ) 粒径和尺寸分布( p o l y d i s p e r s i t yi n d e x ，p d i = r z ) 粥】测试在m a l v e r nd t s l 0 6 0 粒度仪上进行。1 5 0 w 氖离子激光光 源，波长5 3 2 n m ，敖射角9 0 。，温度2 5 。每个样品至少重复测定3 次。 2 2 3 2 透射电子显微镜( t e m ) 观察 将铜网放在覆有滤纸的表面皿中，然厩将p h g m p a a 纳米微球溶液 约5 箨至，壹接漓在铜网上，当铜露上的溶剂基本挥发着，转入干燥器中继续 干燥3 6 h 以上，用于透射电镜观察。由于胶束的壳堆积密度较低，在透射 电镜孛往往溪察不到徽球的核一壳结构，为此，我们穗用磷钨酸对透射样 品进行了染色。染色方法是：将上述滴有样品的已经干燥的铜网覆在浓度 隽5 麴磷钨酸承溶液液瀛主，停餐1 0 r a i n 左右取下锅网，并焉滤纸小心 地吸去铜网上的磷钨酸水溶液，然后，将其转入干燥器干燥2 4 h 。测试在 p h i l i p sc m l 2 0 透射电子显徽镜上进行，电流加速邀压为8 0 k v 。 2 2 。3 。3 傅立时变换红外光谱( f t i r ) 测试 当红外光通过聚合物的试样时，某些频率被吸收，而另一些频率被红 外