聚（L-赖氨酸）及其阳离子水凝胶的制备和性能研究

作     者：廖日鑫 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：瞿雄伟;胡秀丽;贾艳华

授予年度：2022年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：α-氨基酸-N-羧酸酐 聚氨基酸 聚(L-赖氨酸) 聚乙烯醇 抗菌水凝胶 

摘      要：聚赖氨酸作为一种富含正电荷的阳离子聚合物,具有优异的生物可降解性、低生物毒性、抗菌活性、易于多功能化等优点,在生物医药领域,尤其是抗菌领域有着潜在的应用前景。然而,聚氨基酸在合成过程中,对合成环境的严格要求以及耗时长等缺点,限制了其应用。本文设计了一种合成环境要求低、制备时间短的聚氨基酸制备路线,并得到了不同分子量的聚（L-赖氨酸）(PLys);随后对合成的聚（L-赖氨酸）进行物理共混和化学改性,制备了两种水凝胶,并对其性能进行测试。水凝胶在抑制细菌滋生、促进伤口愈合方面具有潜在的应用前景。本论文的主要研究工作如下:（1）合成了三种α-氨基酸-N-羧酸酐（NCA）单体,包括:γ-叔丁氧羰基-L-赖氨酸-N-羧酸酐（Boc-L-Lys NCA）、L-谷氨酸-γ-苄酯-N-羧酸酐（Cbz-L-Glu NCA）和L-酪氨酸-N-羧酸酐（L-Tyr NCA）。以六甲基二硅基叠氮化锂（Li HMDS）为Boc-L-Lys NCA开环聚合的引发剂,制备了分子量可控的聚（γ-叔丁氧羰基-L-赖氨酸）(P（Boc-L-Lys）);通过三氟乙酸脱保护的方法,得到了重复单元为200的聚（L-赖氨酸）(PLys)。该合成路线缩短了聚氨基酸的制备周期,简化了制备过程。（2）以上述合成的PLys为原料,与聚乙烯醇水溶液混合,制备了一系列具有良好抗菌能力和机械性能的聚（L-赖氨酸）-聚乙烯醇水凝胶(PL_n-PVA)。结果表明,PL_n-PVA水凝胶在具有良好抗菌性能的同时,其在KPa级的拉伸强度下,断裂伸长率能达到200%,并在水和PBS中都具有优异的结构稳定性。（3）以上述合成的PLys为原料,通过在侧链氨基上修饰月桂酸、苯硼酸和季铵盐基团的方法,制备了两种聚（L-赖氨酸）衍生物（PLys-LA-B和PLGT-LA-B）,并以不同浓度的两种聚合物水溶液为原料,与PVA水溶液混合,制备了一系列具有生物组织粘附性、可自愈合性和抗菌性能的聚（L-赖氨酸）衍生物水凝胶(（PLB-PVA）_n和（PLGTLB-PVA）_n)。细菌实验结果表明,当两种聚（L-赖氨酸）衍生物水溶液的浓度为1.875 mg/m L时,其对大肠杆菌的抑菌率都达到95%以上,并且由其所制备的聚（L-赖氨酸）衍生物水凝胶在与大肠杆菌接触0.5 h后,杀菌率也都达到了90%以上;相比于以氨基为阳离子基团的PLys-LA-B,以季铵盐为阳离子基团的PLGT-LA-B具有更好的抑菌性能。