二乙烯三胺改性羧甲基壳聚糖的制备及抗菌性能研究

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O-羧甲基壳聚糖为水溶性高分子,含有游离氨基,能结合酸分子,因而具有许多特殊的物理化学性质和生理功能。目前研究表明,O-羧甲基壳聚糖及其衍生物能够有效地抑制细菌和真菌的生长和繁殖,与一般抗菌剂相比,它具有无毒、稳定、广谱、良好的生物相溶性和可生物降解等优点。虽然有很多O-羧甲基壳聚糖制备成抗菌剂和制成抗感染材料的报道,但是由于其抗菌性能有限难以在实际生活中推广。本课题用二乙烯三胺改性O-羧甲基壳聚糖,制备不同氨基含量、氨基链长度、氨基链数量的O-羧甲基壳聚糖,得到三种二乙烯三胺改性的羧甲基壳聚糖,分别是G1.0、G2.0和G3.0。本课题对每个反应的合成工艺进行探索和优化,对三种产品的抗菌性能进行系统的检测,确定O-羧甲基壳聚糖的二乙烯三胺型酰胺化改性的最优合成路线和抗菌性能指标。本课题制备的G1.0,以期在保证产品水溶性的同时,提高产品的抗菌性能,使G1.0能为新型环保安全有效的食品防腐剂的研究提供理论基础,同时为新型果蔬保鲜剂的研究提供技术支持;制备的G2.0,以期得到抗菌效果好,附着能力强的新型抗菌敷料,为新型生物活性抗菌敷料的研究提供理论基础;制备的G3.0,以期得到抗菌效果优良,生物兼容性好的组织工程材料,为新型组织工程材料的研究提供理论基础。主要研究内容和结论如下:(1)G1.0的制备及抗菌性能研究。以O-羧甲基壳聚糖、丙烯酸甲酯和二乙烯三胺为原料,合成G1.0,反应分两步完成,第一步为O-羧甲基壳聚糖与丙烯酸甲酯进行迈克尔加成反应,得到中间产物G0.5,第二步为二乙烯三胺伯胺上的氢与G0.5上的甲氧基置换,得到产物G1.O。通过控制不同的反应时间和不同的反应投料比,得到五组产品,用电位滴定法将五组产品进行氨基含量测定,然后做FTIR和1H NMR表征进行结构确定,接着测试了五组不同氨基含量产品的溶解性能情况。结果表明:G1.0的最佳合成条件为两步反应温度均为30℃,时间均为3天,投料比均为2:1;五组不同条件合成的产物氨基含量分别为7.14%、8.05%、8.95%、9.79%、11.52%;FTIR表征和1H NMR表征证明二乙烯三胺成功接枝到G1.0上;水溶性测试表明G1.0的溶解性能比O-羧甲基壳聚糖有所改善,随着取代度的增加,G1.O的溶解性能变好,但是当取代度进一步增加,溶解性能反而略有降低。G1.O对金黄色葡萄球菌的抗菌效果优于大肠杆菌,当氨基含量越高,G1.0的抗菌效果越好,但是当G1.0的氨基含量进一步增加,抗菌效果略有降低;pH值越降低,G1.0的抗菌效果越强;G1.0的浓度越大,G1.0的抗菌效果越强,但是抗菌圈的增大幅度不是和浓度呈正比,当产品浓度增加,抗菌圈增大幅度越来越小。(2)G2.0的制备及抗菌性能研究。以G1.0、丙烯酸甲酯和二乙烯三胺为原料,合成G2.0,反应分两步完成,第一步为G1.0与丙烯酸甲酯进行迈克尔加成反应,得到中间产物G1.5,第二步为二乙烯三胺伯胺上的氢与G1.5上的甲氧基置换,得到产物G2.0。通过控制不同的反应时间和不同的反应投料比,得到五组产品,用点位滴定法将五组产品进行氨基含量测定,然后做FTIR和1H NMR表征进行结构确定。结果表明:G2.0的最佳合成条件为两步反应温度均为30℃,时间均为3天,投料比均为2:1;五组不同条件合成的产物氨基含量分别为0.132、0.146、0.158、0.173、0.187;FTIR表征和1H NMR表征证明二乙烯三胺成功接枝到G2.0上;水溶性测试表明G2.0部分溶于水,随着取代度的增加,G2.0的溶解性能变差。G2.0对金黄色葡萄球菌的抗菌效果优于大肠杆菌,当氨基含量越高,G2.0的抗菌效果越好,当氨基含量进一步增加,从0.158增加到0.187,抗菌效果略有下降。当G2.0的浓度越高,G2.0的抗菌效果越好。(3)G3.0的制备及抗菌性能研究。以G2.0、丙烯酸甲酯和二乙烯三胺为原料,合成G1.0,反应分两步完成,第一步为G2.0与丙烯酸甲酯进行迈克尔加成反应,得到中间产物G2.5,第二步为二乙烯三胺伯胺上的氢与G2.5上的甲氧基置换,得到产物G3.0。通过控制不同的反应时间和不同的反应投料比,得到五组产品,用点位滴定法将五组产品进行氨基含量测定,然后做FTIR和1H NMR表征进行结构确定。结果表明:G3.0的最佳合成条件为两步反应温度均为30℃,时间均为3天,投料比均为3:1;五组不同条件合成的产物氨基含量分别为0.199、0.211、0.225、0.238、0.251;FTIR表征和1H NMR表征证明二乙烯三胺成功接枝到G3.0上;水溶性测试表明G3.0完全不溶于水。G3.0对金黄色葡萄球菌比大肠杆菌表现出更好的抗菌效果,随着G3.0的氨基含量增加,G3.0对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果均增加,当氨基含量进一步增加,G3.0对金黄色葡萄球菌的抗菌效果增加不明显,而对大肠杆菌的抗菌效果一直增加。随着G3.0的浓度增加,G3.0对金黄色葡萄球菌的抗菌效果先明显增加,后来增加不明显;而对大肠杆菌的抗菌效果一直明显增加。
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