基于胍盐改性环糊精超分子体系的抗菌纸及其抗菌协同作用和机理

Cellulose fiber has an important application in papermaking and textile, its antimicrobial modification is of great significance to protect people's health and good application prospects. Due to the current antimicrobial agents are not suitable to modify the cellulose fiber and apply to the antimicrobial paper, the antimicrobial cyclodextrin inclusion complex with synergistic effects is proposed in this project. Meanwhile, its supramolecular structure is important to understand the nature of non-covalent bond between host-guest molecules, the antimicrobial modification of cyclodextrin and its immobilization onto the natural macromolecules also have significant applications in biomedical and related fields. In this project, antimicrobial cyclodextrin is prepared by grafting guanidine group to the cyclodextrin and the synthesis conditions are optimized by understanding the reaction kinetics, at the same time, its host-guest supramolecular structure has to be clarified. The synergistic antimicrobial effect of the guanidine modified cyclodextrin inclusion complex and its structure-activity relationship are also studied. A comprehensive method to investigate the antimicrobial mechanism is to be established in the process of specifying the antimicrobial mechanism of the guanidine modified cyclodextrin inclusion complex. Antimicrobial cellulose fiber is prepared by immobilizing the guanidine modified cyclodextrin inclusion complex onto cellulose fiber surface with grafting or adsorption, the research on the influence of immobilizing conditions on the supramolecular structure and antimicrobial property will provide theoretical and technical supports for the antimicrobial modification of cellulose fiber and relevant antimicrobial paper.

纤维素纤维在制浆造纸和纺织等领域具有重要用途，它的抗菌功能化对于保护人们的健康具有重要的意义和应用前景。针对目前的抗菌剂并不适用于纤维素纤维的抗菌功能化和抗菌纸的应用问题，本项目提出研究具有抗菌协同作用的抗菌环糊精包合物，同时它的超分子结构研究对于理解主－客体之间非共价键本质具有重要作用，环糊精的抗菌改性及其在天然高分子材料上的固载在生物医药等领域也具有重要的应用。本项目利用胍盐改性环糊精制备抗菌环糊精，通过研究反应动力学对其合成条件进行优化，明确抗菌环糊精与小分子抗菌剂包合物的主－客体超分子结构；研究抗菌环糊精包合物的抗菌协同作用，明确超分子结构和抗菌性能之间的构效关系；通过对抗菌环糊精包合物的抗菌机理进行研究，建立综合研究抗菌机理的方法；将抗菌环糊精包合物固载在纤维素纤维表面制备抗菌纤维素纤维，明确固载过程条件对超分子结构和抗菌性能的影响，为纤维素材料的抗菌功能化提供理论和技术支持。

近年来多种疾病的爆发和流行，使人们越来越重视由有害病菌引起的各种传染病和疾病对人类健康造成的严重危害。各种抗菌产品的发展和应用，可有效地切断病菌的传播途径，保护人体的健康，因此有关抗菌材料的研究愈显重要。但是，基于制浆造纸工业的植物纤维抗菌功能化及抗菌纸的研究却仅处于初级阶段，目前只利用现有的抗菌剂开发了数目有限的几种特殊产品用于医疗卫生行业，这与制浆造纸行业在国计民生中的作用和社会发展的需要是极不相适应的。基于此，本项目合成和表征了抗菌环糊精，并将其与小分子抗菌剂进行包合形成抗菌环糊精包合物，对包合过程和包合物的超分子结构以及其抗菌性能和机理进行了研究；将环糊精固载在纤维素纤维上，并将其与抗菌小分子包合制备了抗菌纤维素纤维；同时将环糊精接枝在淀粉分子，并将其与小分子抗菌剂包合制备了抗菌淀粉，将抗菌淀粉作为造纸湿部化学品加入造纸过程中制备了抗菌性能和强度性能均较好的抗菌纸。通过研究可知，抗菌环糊精与对羟基苯甲酸丁酯的包合率比环丙沙星高，一个抗菌环糊精分子中最多可以包合1.5环丙沙星分子，而最多可以包合1个对羟基苯甲酸丁酯；通过柠檬酸将环糊精固载在纤维素纤维上，β-CD的固载率为9.7%。环丙沙星在未固载纤维上的饱和吸附量为3.6 mg/g 绝干纤维，而在固载β-CD纤维上的负载量显著提高，负载量为13.6 mg/g绝干纤维；未固载纤维上的环丙沙星在30min时的累积释放率超过了90%，而固载β-CD纤维上的环丙沙星l在240min以后累积释放率才达到90%；以环氧氯丙烷为交联剂将β-CD固载到阳离子淀粉上，β-CD的固载量为14.3%，阳离子取代度为0.027。采用研磨法对环丙沙星进行包合，包合量为25.1 mg/g β-CD-CS。通过添加两种包合物可以制备具有抗菌效果的纸张。当抗菌纤维素纤维和抗菌淀粉的添加量分别为50%和10%，纸页对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率都达到了99%以上。当环丙沙星添加量相同时，添加抗菌淀粉制备的纸页的抗菌效果比添加抗菌纤维素制得的纸页的抗菌效果好。本项目根据分子结构设计的原理，通过将胍盐抗菌基团接枝到β-环糊精上并与小分子抗菌剂包合制备抗菌环糊精包合物，这在β-环糊精衍生物合成及其形成功能性包合物的研究方面具有重要的价值。同时通过研究适用于制浆造纸工业的抗菌剂，并利用其制备抗菌纸，这在实现纸页抗菌功能化方面具有良好的应用前景。