技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物的制备方法及其应用。
技术背景
近年，由于聚缩水甘油醚在生物医药技术等方面具有许多突出的优点，因此受到越来越多研究者们的关注。这类聚合物原料简单易得、价格低廉，聚合物无生物毒性，在生物医药方面有很广阔的应用前景。另外，聚缩水甘油醚类材料也因为在水中较低的表面吸附性能，能起到减少污染积累的作用，很好的降低表面污染，延长材料使用寿命。
超支化聚缩水甘油醚共聚物具有树枝状的超支化结构，作为修饰涂层，更有利于保护物体表面，增加亲水性，表现出良好的抗污染增强作用。Li等于2014年首次报道了超支化聚缩水甘油醚修饰的聚酰胺复合膜，并将其应用于压力延滞渗透发电(Li X.et al.Environ.Sci.Technol.2014,48,9898-9907.)。Li等还对表面带电超支化聚缩水甘油醚修饰的压力延滞渗透膜进行了水处理清洗研究，增强其在污水中应用性(Li X.et al.J.Membr.Sci.2017,522,116-123.)。
含硫化合物可耦合银离子，可以提高化合物的抗菌能力，已广泛应用于化工和医药等领域。目前关于含硫超支化聚缩水甘油醚修饰膜的报道仅限于单一缩水甘油聚合物在压力延滞渗透应用研究(Zhang Y.et al.J.Membr.Sci.2018,563,521-530.)，其聚合结构单一，制备方法步骤复杂，需要消耗较多的能源，不宜于应用于生物医药领域。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物的制备方法及其应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物的制备方法，包括如下步骤：
(1)缩水甘油和缩水甘油烯丙基醚或缩水甘油炔丙基醚，在强碱(催化剂)和1,1,1-三羟甲基乙烷单体(引发剂)的作用下，通过阴离子开环聚合进行无规共聚，得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯/炔丙基醚)。其中，所述缩水甘油与缩水甘油烯丙基醚或缩水甘油炔丙基醚的摩尔比优选为1:99～99:1；所述强碱优选为甲醇钠、叔丁醇钾、氢氧化铯或氢化钠的一种。
(2)在光引发剂和紫外光作用下，将硫醇化合物和超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯/炔丙基醚)进行点击反应，得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯/炔丙基醚-点击-氨基乙硫醇)，即本发明的含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物。其中，所述光引发剂优选为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)，其与超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯/炔丙基醚)中烯/炔丙基的摩尔比优选为1:2～1:10；所述硫醇化合物优选为2-氨基乙硫醇或SH-R1-NH2，R1为(CH2)n，n>2，其与超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯/炔丙基醚)的摩尔比优选为2:1～5:1。
上述步骤(1)的化学反应式为：
上述步骤(2)的化学反应式为：
一种含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物，通过上述方法制备得到。
上述含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物在修饰渗透膜中的应用。
上述含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物修饰渗透膜的方法，包括如下步骤：
(1)将含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物接枝修饰于渗透膜上。
(2)将含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物修饰的渗透膜浸泡到银离子溶液中，使银离子耦合到修饰层中。所述的银离子溶液优选为硝酸银溶液或乙酸银溶液。
优选的，上述修饰渗透膜的方法的步骤(1)包括如下步骤：
1)将盐酸多巴胺溶于0.01mol L-1、8.0<pH<8.6的Tris缓冲液中配成溶液A，将渗透膜浸入溶液A中使盐酸多巴胺充分涂覆到渗透膜上(8～12h)。其中，溶液A中盐酸多巴胺的浓度优选为100～500mg/L。
2)往含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物的水溶液中加入三乙胺配成溶液B，再将盐酸多巴胺涂覆的渗透膜浸入到溶液B中0.5～6h。其中，溶液B中含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物的浓度优选为10～100g/L，溶液B中三乙胺的体积分数优选为0.2～0.7％。
上述渗透膜优选为聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯或醋酸纤维素酯为原材料的渗透膜。
一种含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物修饰的渗透膜，通过上述方法制备得到。
上述含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物修饰的渗透膜可以用于不同领域，如生物医药等。
本发明方法制备的含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物可以在常温下、水溶液中进行反应获得，反应步骤简单，产率在75％以上；所制备的含硫超支化聚缩水甘油醚共聚物修饰的渗透膜表面亲水，具有大量羟基功能端基，易于后续功能化，且无生物毒性，具有很好的生物相容性，非常适合应用于生物医药领域。
本发明方法的有益效果是：
(1)本发明所用的共聚单体简单易得，无规共聚物合成方便，条件温和，易于实现；
(2)本发明使用的原料价格低，共聚反应便于引入其他可做后续反应的官能团，容易放大。
(3)本发明使用紫外光引发巯基-烯基和巯基-炔基点击反应，选择性好，反应时间短(<1h)，点击效率高(>99％)，得到的氨基端基易于保存，不易被氧化，硫元素的引入可用于后续耦合银离子，进一步提高修饰层的抗菌能力，容易赋予修饰层自修复的功能。
附图说明
图1是未修饰膜(a)、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜(b)牛血清白蛋白荧光吸附测试图；
图2是未修饰膜(a)、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜(b)革兰氏阴性大肠杆菌吸附测试图；
图3是未修饰膜(a)、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜(b)革兰氏阳性金黄色葡萄球菌吸附测试图。
具体实施方式：
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
往2.0mL甲醇中加入24.3mg甲醇钠和181mg 1,1,1-三羟甲基乙烷，60℃反应2h，置于80℃真空烘箱中干燥过夜除去所有的溶剂，将固体分散在40mL1,4-二氧六环中。将8.0mL缩水甘油、3.6mL缩水甘油烯丙基醚和10mL1,4-二氧六环混合，通入氩气除去混合液中的氧气，在100℃反应温度下，于12h内将混合液缓慢滴加到前面的分散液中，滴加完成后，反应继续进行6h，聚合得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚)。反应完成后，混合物沉淀在正己烷中，通过反复溶解在甲醇和沉淀在正己烷中对聚合物进行纯化，即得到白色粘稠状的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚)，分子量6300g/mol。
将1.26g分子量6300g/mol的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚)溶于10mL N,N-二甲基甲酰胺中，加入0.46g 2-氨基乙硫醇、77mg 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，混合均匀，在365nm紫外光下反应1h，得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)溶液。反应完成后，混合物沉淀在正己烷中，通过反复溶解在甲醇和沉淀在正己烷中对聚合物进行纯化，即得到白色粘稠状的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)，分子量7500g/mol。
实施例2
往2.0mL甲醇中加入24.3mg甲醇钠和181mg 1,1,1-三羟甲基乙烷，60℃反应2h，置于80℃真空烘箱中干燥过夜除去所有的溶剂，将固体分散在40mL1,4-二氧六环中。将2.0mL缩水甘油、14.4mL缩水甘油烯丙基醚和10mL 1,4-二氧六环混合，通入氩气除去混合液中的氧气，在100℃反应温度下，于12h内将混合液缓慢滴加到前面的分散液中，滴加完成后，反应继续进行6h，聚合得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚)。反应完成后，混合物沉淀在正己烷中，通过反复溶解在甲醇和沉淀在正己烷中对聚合物进行纯化，即得到白色粘稠状的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚)，分子量8100g/mol。
将1.62g分子量8100g/mol的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚)溶于10mL N,N-二甲基甲酰胺中，加入1.85g 2-氨基乙硫醇、307mg 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，混合均匀，在365nm紫外光下反应1h，得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)溶液。反应完成后，混合物沉淀在正己烷中，通过反复溶解在甲醇和沉淀在正己烷中对聚合物进行纯化，即得到白色粘稠状的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)，分子量12700g/mol。
实施例3
往2.0mL甲醇中加入24.3mg甲醇钠和181mg 1,1,1-三羟甲基乙烷，60℃反应2h，置于80℃真空烘箱中干燥过夜除去所有的溶剂，将固体分散在40mL1,4-二氧六环中。将6.0mL缩水甘油、6.50mL缩水甘油炔丙基醚和10mL 1,4-二氧六环混合，通入氩气除去混合液中的氧气，在100℃反应温度下，于12h内将混合液缓慢滴加到前面的分散液中，滴加完成后，反应继续进行6h，聚合得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油炔丙基醚)。反应完成后，混合物沉淀在正己烷中，通过反复溶解在甲醇和沉淀在正己烷中对聚合物进行纯化，即得到白色粘稠状的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油炔丙基醚)，分子量6800g/mol。
将1.36g分子量6800g/mol的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油炔丙基醚)溶于10mL N,N-二甲基甲酰胺中，加入1.83g 2-氨基乙硫醇、153mg 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，混合均匀，在365nm紫外光下反应1h，得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油炔丙基醚-点击-氨基乙硫醇)溶液。反应完成后，混合物沉淀在正己烷中，通过反复溶解在甲醇和沉淀在正己烷中对聚合物进行纯化，即得到白色粘稠状的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油炔丙基醚-点击-氨基乙硫醇)，分子量11500g/mol。
实施例4
将100mg盐酸多巴胺溶于1L0.01mol/L、pH＝8.0的Tris缓冲液中，配成多巴胺溶液。将渗透膜浸入多巴胺溶液中12h，再用去离子水洗涤已浸润的渗透膜3次，制得多巴胺涂覆的渗透膜。渗透膜为聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯或醋酸纤维素酯为原材料的渗透膜。
将实施例1制备的分子量7500g/mol的超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)配制成50g/L的水溶液，同时加入终浓度为0.7％(体积分数)的三乙胺，搅拌均匀。将多巴胺涂覆的渗透膜浸入超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)溶液中6小时。再将渗透膜浸入0.1g/L的硝酸银水溶液中6小时，得到超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜。
实施例5
该实施例中，未修饰膜是未做任何处理的聚醚砜膜，修饰膜是聚醚砜膜按照实施例4的方法进行处理得到的修饰膜。
如图1a、1b所示，分别是未修饰膜、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜牛血清白蛋白荧光吸附测试图，将未修饰膜、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜分别用10mmol/L磷酸盐缓冲液润洗2次，在室温条件下将之浸渍在荧光标记牛血清白蛋白的磷酸盐缓冲盐水溶液中(0.5mg/L)1小时。用Leica DMLM荧光光谱仪进行荧光测定。图1a、1b分别为荧光测定结果。未修饰膜表面被蛋白完全覆盖，即未修饰膜受到严重的蛋白粘附，见图1a。共聚物修饰后的膜表面只有微弱荧光，表明只有少量粘附。从粘附强度可以看出，超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜粘附强度从92％减少为8％，见图1b。
实施例6
该实施例中，未修饰膜是未做任何处理的聚醚砜膜，修饰膜是聚醚砜膜按照实施例4的方法进行处理得到的修饰膜。
如图2a、2b所示，分别是未修饰膜、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜革兰氏阴性大肠杆菌吸附测试图；将未修饰膜、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜分别用10mmol/L磷酸盐缓冲液润洗2次，在室温条件下将之浸渍在含大肠杆菌的磷酸盐缓冲液中(1×108细菌群落总数每毫升)4小时，用扫描电镜进行测定，图2a、2b为扫描电镜测定结果。未修饰膜表面被大肠杆菌密集覆盖，甚至有细菌团簇，见图2a，共聚物修饰后的膜表面只有零星大肠杆菌粘附。从粘附强度定量测定可以看出，超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)粘附强度从100％减少为8.1％，见图2b。
实施例7
该实施例中，未修饰膜是未做任何处理的聚醚砜膜，修饰膜是聚醚砜膜按照实施例4的方法进行处理得到的修饰膜。
如图3a、3b所示，分别是未修饰膜、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜革兰氏阳性金黄色葡萄球菌吸附测试图，分别将未修饰膜、超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜用10mmol/L磷酸盐缓冲液润洗2次，在室温条件下将之浸渍在含金黄色葡萄球菌的磷酸盐缓冲液中(1×108细菌群落总数每毫升)4小时，用扫描电镜进行测定，图3a、3b为扫描电镜测定结果。未修饰膜表面被细菌密集覆盖，有大量细菌团簇，见图3a，共聚物修饰后的膜表面只有少量细菌粘附。从粘附强度定量测定可以看出，超支化聚(缩水甘油-无规-缩水甘油烯丙基醚-点击-氨基乙硫醇)修饰膜粘附强度从100％减少为9.2％，见图3b。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，所做出的替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。