环境友好材料松香基季铵盐涂层对硅橡胶抗菌性能的影响机制研究开题报告

1. 研究目的与意义

硅橡胶作为一种常用高分子材料，具备耐高温、耐老化、良好的生物相容性及对人体组织无毒等优点，被广泛应用于生物医用材料等领域。由于硅橡胶中单体分子呈螺旋状，导致主链上硅氧键极性降低，同时非极性的侧链基团处于螺旋结构外侧，使整个分子处于低极性态，因此表现出极强的疏水性。而生物医用硅橡胶材料在使用过程中通常与人体组织直接接触，极强的疏水性易导致细菌在材料表面附着引发感染。所以提高生物医用硅橡胶材料的抗菌性，降低医疗过程中的细菌感染成为当前研究的热点。

提高硅橡胶抗菌性能的方法主要有本体改性和表面涂层改性两种。本体改性是在硅橡胶制备过程中添加抗菌剂，但是该法使用杀菌剂量较大，生产成本较高，同时由于杀菌剂直接加入本体中，可能导致硅橡胶材料的物理性能产生变化，如力学性能下降、透明性变差等，限制了材料的应用。表面涂层改性则是采用物理涂覆或化学接枝将抗菌涂层修饰于硅橡胶材料表面，可有效提高材料表面的抗菌性能，相较于本体改性，此法使用的抗菌剂量大大减少，并且不影响材料的使用性能。而化学接枝得到的抗菌涂层比物理涂覆稳定性更高，可有效延长材料的使用寿命。硅橡胶表面抗菌涂层的化学接枝改性包括两种方式，一种是通过引入亲水化合物改善硅橡胶表面的亲水性，使细菌及致病微生物不易在其表面附着从而提高抗菌性能；另一种是在硅橡胶材料表面引入杀菌剂，致使细菌死亡从而赋予其抗菌性能。

硅橡胶材料表面固有的强疏水性易引起致病细菌和蛋白质等生物大分子物质在材料表面的附着，经表面亲水改性后，在材料表面会形成水合层，当细菌和蛋白质等生物大分子物质接触材料表面时，不仅对亲水涂层的压缩产生排斥力，同时水分子也会产生渗透应力从而排斥它们的吸附。因此亲水化合物在材料表面的接枝密度、链长以及亲水化合物的结构都会影响改性后硅橡胶材料表面的抗粘附性能。

2. 国内外研究现状分析

硅橡胶材料表面亲水改性研究进展;

细菌及致病微生物在材料表面的粘附是非常复杂的现象，受材料表面的物理化学性质（疏水性和表面电荷等）以及粘附的环境（ph，蛋白质和电解质的存在）影响。通过对材料表面进行亲水性改造，可以有效的提高其抗粘附性能，降低细菌在材料表面的粘附；除此之外，对于能促进细菌生长繁殖的蛋白质等生物大分子物质也有抗粘附作用。硅橡胶材料经表面亲水性改造后，在材料表面会形成水合层，当致病细菌及生物大分子物质接触材料表面时，不仅对亲水涂层的压缩会产生排斥力，同时水分子也会产生渗透应力从而排斥细菌及生物大分子物质的吸附。硅橡胶表面亲水性改造通常采用的化合物有亲水聚合物、两性离子聚合物以及天然多糖基聚合物等

季铵盐抗菌涂层改性硅橡胶材料研究进展

3. 研究的基本内容与计划

松香基季铵盐抗菌化合物的制备

以松香或者改性松香为原料，精制提纯枞酸、脱氢枞酸、丙烯海松酸、马来海松酸等松香树脂酸及其衍生物，再经酯化、酰胺化、季铵化等反应制备松香基季铵盐化合物，对化合物的结构进行分析鉴定，同时也对化合物的合成工艺进行优化。对化合物的体外抗菌活性和生物相容性进行筛查，深入探讨松香基季铵盐结构与抗菌活性的构效关系，获得高抗菌活性和良好生物相容性的松香基季铵盐化合物。

可聚合松香基季铵盐抗菌涂层单体化合物的制备

4. 研究创新点

以我国丰富的生物质资源松香为原料，结合松香树脂酸特有的氢化菲环结构，合成具有高抗菌活性和良好生物相容性的松香基季铵盐化合物，丰富了抗菌化合物的种类。同时利用活性基团引入技术将具有聚合活性的基团及亲水结构单元引入松香基季铵盐化合物中，制备出高效的松香季铵盐抗菌涂层单体化合物。采用高效的接枝技术将单体化合物接枝于硅橡胶材料表面，形成高效稳定的双功能抗菌涂层，不仅可以有效的解决硅橡胶材料抗菌性能差的缺陷，同时也为松香资源的高值化利用提供新思路。