基于聚多巴胺的抗微生物功能化材料及其制备方法和用途技术

本申请提供了一种聚多巴胺功能化材料、聚多巴胺功能化材料及其制备方法。本申请还提供了上述材料和方法在制备抗细菌、真菌及病毒防护用品方面的应用。本申请原料及制备方法简单、经济、环保且容易规模扩大化，对细菌、真菌及病毒的抑制活性高，在生物、医药和卫生等领域具有极大应用潜力。域具有极大应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
基于聚多巴胺的抗微生物功能化材料及其制备方法和用途


[0001]本申请涉及材料领域，特别是涉及一种基于聚多巴胺的功能化材料，其相关的抗微生物功能化材料及其用途。

技术介绍

[0002]近年来已经出现了多种具有超强感染力和大流行潜力的病毒，例如2002年出现的严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS
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CoV)、2009年大流行的H1N1流感、H5N1和H5N7流感病毒株的持续传播、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS
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CoV)以及最近出现的新型冠状病毒(SARS
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CoV
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2)等。
[0003]尽管它们的结构存在差异，但这些大流行病毒威胁具有几个重要特性。它们是人畜共患的包膜RNA呼吸道病毒，很少以其天然形式在人与人之间传播，但可以变异以实现更有效的人际传播。2002
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2003年SARS大流行、2009年H1N1流感大流行和当前的COVID
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19大流行都说明了这一点。
[0004]除病毒之外，还有多种细菌和真菌也因其易于在人群中传播而对健康造成了威胁，例如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素的肠球菌(VRE)、皮癣菌、曲霉、念珠菌等。
[0005]包括上述多种细菌、真菌及病毒在内的致病微生物易于传播，例如通过空气传播、接触传播、飞沫传播等方式，对人体健康造成巨大威胁，甚至形成大范围流行疾病。常见且公认的传播途径是“飞沫传播”，其中含有活病毒的飞沫(直径>5毫米，传播<1米)接触鼻子、嘴巴、眼睛或上呼吸道，以及“空气传播”，其中飞沫核(≥5毫米直径，可以传播>1m)被易感个体吸入。阻断致病微生物传播是保护公众健康的关键途径。但是，病毒颗粒是所描述的最小的生物气溶胶剂之一，其粒径范围为20至300nm(T4D噬菌体为200nm，流感病毒为80
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120nm)。在大多数情况下，常规的防护方法(例如医用口罩)作用有限，比如因为大的过滤孔径导致对粒径较小的微生物尤其是病毒无效。可有效抵挡病毒的防护用品(例如欧洲FFP2或FFP3及美国N95口罩)一般都配备有小孔径过滤器，有的还携带电荷，以起到过滤和静电排斥的作用(“含驻极体口罩”)。然而，这些面罩在过滤过程中表现出较大的压力损失(气流阻力增加)，面部附着力低，使呼吸不舒服。而且，在大流行的情况下，许多第三世界国家将无法负担昂贵的FFP2或FFP3呼吸器，甚至发达国家可能会严重短缺。另一个严重的问题是口罩的污染，这可能是病毒传播的重要来源，被致病微生物污染的口罩必须经过特殊处理，否则也会成为传染源，而同时处理大量的遏制聚合物材料，给环境带来了相当大的负担。
[0006]大多数抗病毒、抗细菌和抗真菌材料的制造都需要使用复杂的程序和昂贵的化学品，难以得到大规模应用。有些常用的抗微生物剂(如银或其他纳米颗粒浸渍剂)因本身毒性不能用于医疗目的，而制备功能化材料使用的某些有机溶剂也对环境造成负担。某些抗病毒、抗菌和抗真菌化学品，例如煅烧和水合白云石、羟基磷灰石晶须、氧化钨、碘化物颗粒(钯(II)、银(I)、铜(I))和金属离子衍生物，例如氧化铜(II)或钴(II)酞菁由于其非环保特性或对人体有害特性而未被FDA批准用于生产PPE。
[0007]另一方面，经济又环保的抗微生物材料的抑制活性却往往较低。常见的抗微生物材料对微生物的抑制范围较窄，例如大多数抗菌涂层技术只对特定种类的革兰氏阳性菌有效，无法对革兰氏阴性菌、真菌及病毒等广谱微生物，特别是抵抗力不断增强的微生物进行有效抑制。另一些报道的抗病毒涂层技术既经济又环保，但它们的抗病毒活性很低，无法有效防护SARS
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CoV、H5N1、H5N7、MERS
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CoV、SARS
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CoV
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2等具有低病毒滴度的致命病毒。此外，大多数抗菌技术仅限于细菌、病毒或真菌，且某些抗菌和抗病毒材料涂层仅与有限种类的聚合物相容，而这些聚合物本身的特性可能限制其应用。

技术实现思路

[0008]基于此，本申请的一个方面中提供一种基于聚多巴胺(Polydopamine,PDA)的功能化材料，该材料经由基础材料结合聚多巴胺涂层实现功能化。
[0009]在其中一些实施例中，基础材料选自聚丙烯、纤维素、再生纤维素、玻璃、聚醚砜(Poly(ether sulfones),PES)、棉、聚氯乙烯(Poly Vinyl Chloride，PVC)、铝、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)、玻璃和聚醚砜聚合物、聚苯乙烯、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺或其任意组合。
[0010]在其中一些实施例中，该材料的聚多巴胺分子量范围为10000
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80000道尔顿。在其中一些优选的实施例中，聚多巴胺分子量范围优选为40000
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60000道尔顿。
[0011]在其中一些实施例中，该材料的聚多巴胺与所述基础材料的质量比例为1:200～1:10。
[0012]在其中一些实施例中，聚多巴胺涂层通过培养、浸渍或喷涂结合于基础材料。
[0013]在其中一些实施例中，该基于聚多巴胺的功能化材料为选自以下材料或其任意组合的片材、膜或无纺纤维：聚丙烯
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聚多巴胺、纤维素
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聚多巴胺、玻璃
‑
聚多巴胺、聚醚砜
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聚多巴胺、聚酰胺
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聚多巴胺、聚偏二氟乙烯
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聚多巴胺、聚氯乙烯
‑
聚多巴胺、聚碳酸酯
‑
聚多巴胺、玻璃和聚醚砜聚合物
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聚多巴胺。
[0014]本申请的另一个方面中，还提供一种基于聚多巴胺的抗微生物功能化材料，该材料由上述基于聚多巴胺的功能化材料结合抗微生物材料而成。
[0015]在其中一些实施例中，抗微生物材料与所述聚多巴胺的质量比例为1:50～5:1。
[0016]在其中一些实施例中，抗微生物材料为抗细菌材料、抗真菌材料和/或抗病毒材料。
[0017]在其中一些实施例中，抗微生物材料选自氨基酸、季铵化合物、氯己定化合物、双胍类化合物或其任意组合。
[0018]在其中一些实施例中，氨基酸选自半胱氨酸、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸或其任意组合；季铵化合物选自烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二癸基二甲基氯化铵、二烷基二甲基氯化铵和二烷基季铵盐或其任意组合；氯己定化合物是氯己定二葡糖酸盐和/或氯己定二盐酸盐；所述双胍类化合物是1
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(3
‑
氯苯基)双胍盐酸盐。
[0019]在其中一些实施例中，所述抗微生物材料是苯扎氯铵、氯己定或苯基双胍。
[0020]在其中一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于聚多巴胺的功能化材料，该材料经由基础材料结合聚多巴胺涂层实现功能化,其中，所述基础材料选自聚丙烯、纤维素、再生纤维素、玻璃、聚醚砜、棉、聚氯乙烯、铝、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、玻璃
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聚醚砜聚合物、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺或其任意组合；所述聚多巴胺的分子量范围为10000
‑
80000道尔顿；所述聚多巴胺与所述基础材料的质量比例为1:200～1:10；和所述聚多巴胺涂层通过培养、浸渍或喷涂结合于基础材料。2.根据权利要求1所述的功能化材料，其特征在于，所述功能化材料为选自以下材料或其任意组合的片材、膜或无纺纤维：聚丙烯
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聚多巴胺、纤维素
‑
聚多巴胺、玻璃
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聚多巴胺、聚醚砜
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聚多巴胺、聚酰胺
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聚多巴胺、聚偏二氟乙烯
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聚多巴胺、聚氯乙烯
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聚多巴胺、聚碳酸酯
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聚多巴胺、玻璃和聚醚砜聚合物
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聚多巴胺。3.根据权利要求1或2所述的功能化材料，所述聚多巴胺的分子量为40000
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60000道尔顿。4.基于聚多巴胺的抗微生物功能化材料，该材料根据权利要求1
‑
3中任一项所述的基于聚多巴胺的功能化材料结合抗微生物材料而成。5.根据权利要求4所述的抗微生物功能化材料，其特征在于：所述抗微生物材料与所述基于聚多巴胺的功能化材料的质量比为1:50～5:1。6.根据权利要求4所述的抗微生物功能化材料，其特征在于，所述抗微生物材料选自氨基酸、季铵化合物、氯己定化合物、双胍类化合物或其任意组合。7.根据权利要求6所述的抗微生物功能化材料，其特征在于，所述氨基酸选自半胱氨酸、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸或其任意组合；所述季铵化合物选自烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二癸基二甲基氯化铵、二烷基二甲基氯化铵和二烷基季铵盐或其任意组合；所述氯己定化合物是氯己定二葡糖酸盐和/或氯己定二盐酸盐；所述双胍类化合物是1
‑
(3
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氯苯基)双胍盐酸盐。8.根据权利要求6所述的抗微生物功能化材料，其特征在于，所述抗微生物功能化材料是选自以下材料或其任意组合的片材、膜或无纺纤维：聚丙烯
‑
聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、纤维素
‑
聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、尼龙
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聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、聚偏二氟乙烯
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聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、玻璃
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聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、聚醚砜
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聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、聚碳酸酯
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聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸、玻璃
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聚多巴胺
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苯扎氯铵/氯己定/苯基双胍/氨基酸。9.根据权利要求6所述的抗微生物功能化材料，其特征在于，所述抗微生物材料是苯扎氯铵、氯己定或苯基双胍，且其占所述抗微生物功能化材料总质量百分比的范围为0.05％～1％。10.用于制备如权利要求1
‑
3中任一项所述的基于聚多巴胺的功能化材料的方法，其包括：将适量的所述基础材料与含盐酸多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲液混合，其中多巴胺与基础材料的质量比例为1:50～1:5，调节pH值至6～8；和
在10
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60℃下以60
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200rpm震荡培养1分钟至10小时，即得所述聚多巴胺功能化材料。11.用于制备如权利要求1
‑
3中任一项所述的基于聚多巴胺的功能化材料的方法，其包括：提供含盐酸多巴胺的pH值为6
‑
8的三羟甲基氨基...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德，
申请(专利权)人：牛津大学苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：