一种利用超分子包合剂关闭胶原溶液中抗菌剂活性的方法

摘要

本发明公开了一种利用超分子包合剂关闭胶原溶液中抗菌剂活性的方法。该方法将金刚烷胺偶联于环丙沙星哌嗪环上的仲胺基团，利用葫芦[7]脲及其衍生物与金刚烷胺间特异性超分子包合作用，阻止环丙沙星通过革兰氏阴性菌外膜孔蛋白OmpF通道跨外膜转运，实现胶原溶液所含抗菌剂活性按需关闭，以协调胶原溶液的储存稳定性和使用安全性，解决天然胶原抗菌溶液防腐必要性与维持生物相容性完整间由来已久的矛盾，为突破医用胶原溶液的应用限制奠定基础。

权利要求

1.一种利用超分子包合剂关闭胶原溶液中抗菌剂活性的方法，其特征在于该方法的合成步骤和条件如下，以下所用原料的份数均为重量份数：（1.1）将环丙沙星1‑5份分散于30‑80份溶剂中，再将溶有1‑8份催化剂的蒸馏水40‑80份加入其中，搅拌均匀，获得组分1；同时，将连接剂4‑25份溶于10‑50份溶剂，在0‑5℃下，1‑

2小时内缓慢加入组分1中，持续搅拌1‑4小时，再升至常温搅拌12‑14小时；最后，将产物分别用5%‑10%的酸水溶液和蒸馏水依次洗涤，取有机层，真空干燥至恒重后即得第一步合成产物；

（1.2）将第一步合成产物1‑3份溶于10‑40份溶剂，再将金刚烷胺2‑5份加入上述溶液，

40‑60℃下持续搅拌12‑14小时，获得的产物真空干燥至恒重后即得目标产物；

（1.3）将上述目标产物0.1‑0.5份加入100份胶原溶液中，在4‑25℃下持续搅拌30‑60分钟，制成抗菌胶原溶液，可防止胶原在储存过程中发霉长菌；

（1.4）在上述抗菌胶原溶液作为生物医用材料使用前，100份抗菌胶原溶液中加入1‑5份超分子包合剂，在4‑25℃下持续搅拌30‑60分钟，即可关闭胶原溶液中抗菌剂的抗菌活性；

步骤（1.1）中所述催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钙中的一种或多种；

步骤（1.1）中所述连接剂为溴乙酰溴、溴乙酰氯中的一种或多种；

步骤（1.1）和（1.2）中所述溶剂为二氯甲烷、甲苯、正丁醇、氯仿中的一种或多种；

步骤（1.1）中所述酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种；

步骤（1.4）中所述超分子包合剂为葫芦[7]脲、单羟基化葫芦[7]脲、全羟基化葫芦[7]脲中的一种或多种。

说明书

一种利用超分子包合剂关闭胶原溶液中抗菌剂活性的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用超分子包合剂关闭胶原溶液中抗菌剂活性的方法，属于生物质材料领域。

背景技术

[0002] 胶原是一类结构独特、功能多样的可再生资源，与其他人工材料相比生物相容性优良，制成溶液后，在注射除皱、眼科治疗等临床场景中应用广泛。然而，天然胶原营养丰
富，是微生物生长的良好载体，存在易发霉长菌的缺陷。因此，抗菌防腐是胶原溶液在生物
医用领域高值利用的必要前提。

[0003] 为防止胶原溶液发霉长菌，最常用的方法是外添加抗菌防霉剂。然而，传统抗菌防霉剂生物选择性低，不仅能杀灭细菌等有害微生物，对真核细胞也具有毒性，可能造成过
敏、发炎、甚至神经损伤等不良反应，会损坏胶原固有生物相容性。因此，胶原溶液抗菌防霉
必要性与维持生物相容性完整间长期存在矛盾；如何在临床应用前关闭所含抗菌剂的活
性，以规避其毒副作用，是医用胶原溶液固有生物相容性得以充分利用的关键和难点。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种利用超分子包合剂关闭胶原溶液中抗菌剂活性的方法，其特征在于该方法的合成步骤和条件如下，以下所
用物料的份数均为重量份数：

[0005] （1）将环丙沙星1‑5份分散于30‑80份溶剂中，再将溶有1‑8份催化剂的蒸馏水40‑80份加入其中，搅拌均匀，获得组分1；同时，将连接剂4‑25份溶于10‑50份溶剂，在0‑5℃下，
1‑2小时内缓慢加入组分1中，持续搅拌1‑4小时，再升至常温搅拌12‑14小时；最后，将产物
分别用5%‑10%的酸水溶液和蒸馏水依次洗涤，取有机层，真空干燥至恒重后即得第一步合
成产物；

[0006] （2）将第一步合成产物1‑3份溶于10‑40份溶剂，再将金刚烷胺2‑5份加入上述溶液，40‑60℃下持续搅拌12‑14小时，获得的产物真空干燥至恒重后即得目标产物；

[0007] （3）将上述目标产物0.1‑0.5份加入100份胶原溶液中，在4‑25℃下持续搅拌30‑60分钟，制成抗菌胶原溶液，可防止胶原在储存过程中发霉长菌；

[0008] （4）在上述抗菌胶原溶液作为生物医用材料使用前，100份抗菌胶原溶液中加入1‑5份超分子包合剂，在4‑25℃下持续搅拌30‑60分钟，即可关闭胶原溶液中抗菌剂的抗菌活
性；

[0009] 以上方法中步骤（1）所述催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钙中的一种或多种；

[0010] 以上方法中步骤（1）所述连接剂为溴乙酰溴、溴乙酰氯中的一种或多种；

[0011] 以上方法中步骤（1）和（2）所述溶剂为二氯甲烷、甲苯、正丁醇、氯仿中的一种或多种；

[0012] 以上方法中步骤（1）所述酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种；

[0013] 以上方法中步骤（4）所述超分子包合剂为葫芦[7]脲、单羟基化葫芦[7]脲、全羟基化葫芦[7]脲中的一种或多种。

[0014] 本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

[0015] （1）环丙沙星是第三代喹诺酮类抗菌剂，其母核结构域为吡啶酮酸A环，增效基团为1位环丙基、6位氟原子，其抗菌机制是抑制 DNA 回旋酶和拓扑异构酶 IV。为与胞内靶标
接触，环丙沙星一般利用革兰氏阴性菌外膜孔蛋白 OmpF 通道进行跨外膜转运，而OmpF通
道的排阻上限约为 700Da。因此，对环丙沙星哌嗪环上的仲胺基团进行化学修饰并与金刚
烷胺偶联后，并未破坏其母核结构域和各增效基团，其分子量为522Da，未超过700Da，并不
会影响环丙沙星跨外膜孔蛋白OmpF通道转运并与胞内靶标接触，其抗菌活性并不会大幅降
低，仍可作为活性抗菌剂添加至胶原溶液中，避免胶原在存储过程中受到微生物侵蚀。

[0016] （2）葫芦[7]脲是由七个苷脲单元通过亚甲基桥联而成的刚性大环化合物，具有一个疏水空腔和两个由羰基环绕而成的富电子洞口，可依靠疏水作用、离子‑偶极相互作用，
12 ‑1
选择性包合金刚烷胺，结合常数高达10 M 。当葫芦[7]脲及其衍生物将环丙沙星上偶联的
金刚烷胺超分子包合后，分子量最低将达到1684Da，无法顺利通过外膜孔蛋白 OmpF 通道，
其活性将随之关闭。

[0017] （3）在胶原溶液用于注射除皱、眼科治疗前，利用葫芦[7]脲及其衍生物超分子包合环丙沙星分子上共价偶联的金刚烷胺基团，可关闭胶原溶液中环丙沙星抗菌剂的活性，
有效规避其毒副作用，协调胶原溶液抗菌防腐必要性与维持生物相容性完整间长期存在的
矛盾。上述方法简单易操作，所使用的超分子包合剂无毒，并不会影响原胶原的三股螺旋结
构及其生物学功能。

附图说明

[0018] 图1为本发明所涉及的胶原溶液用抗菌剂合成步骤示意图。

[0019] 图2为本发明所涉及的胶原溶液用抗菌剂活性关闭机制示意图。

具体实施方式

[0020] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明
作出一些非本质的改进和调整。

[0021] 实施例1：

[0022] （1）将环丙沙星2份分散于40份二氯甲烷中，再将溶有3份碳酸钾的蒸馏水50份加入其中，搅拌均匀，获得组分1；同时，将溴乙酰溴8份溶于20份二氯甲烷，在0℃下，1.5小时
内缓慢加入组分1中，持续搅拌2小时，再升至常温搅拌13小时；最后，将产物分别用5%的盐
酸水溶液和蒸馏水依次洗涤，取有机层，真空干燥至恒重后即得第一步合成产物；

[0023] （2）将第一步合成产物2份溶于30份二氯甲烷，再将金刚烷胺3份加入上述溶液，50℃下持续搅拌13小时，获得的产物真空干燥至恒重后即得目标产物；

[0024] （3）将上述目标产物0.2份加入100份胶原溶液中，在10℃下持续搅拌40分钟，制成抗菌胶原溶液，可防止胶原在储存过程中发霉长菌；

[0025] （4）在上述抗菌胶原溶液作为生物医用材料使用前，100份抗菌胶原溶液中加入2份葫芦[7]脲，在10℃下持续搅拌40分钟，即可关闭胶原溶液中抗菌剂的抗菌活性；

[0026] 采用GB4789.2‑94 标准中规定的菌落总数测定方法，对实施例1中制备的抗菌胶原溶液的抗菌效果进行测定，其对大肠杆菌的抑菌率≥98%，可有效防止该胶原溶液在储存
过程中发霉长菌；同时，采用ISO10993‑5国际标准对上述胶原的体外细胞毒性进行检测，发
现该溶液对3T3成纤细胞为2级毒性；而加入超分子包合剂葫芦[7]脲后，该胶原溶液对3T3
成纤细胞为0级毒性，所含抗菌剂的活性已被关闭。

[0027] 实施例2：

[0028] （1）将环丙沙星1份分散于30份甲苯中，再将溶有2份碳酸钠的蒸馏水40份加入其中，搅拌均匀，获得组分1；同时，将溴乙酰溴5份溶于10份甲苯，在2℃下，1小时内缓慢加入
组分1中，持续搅拌1小时，再升至常温搅拌12小时；最后，将产物分别用5%的硫酸水溶液和
蒸馏水依次洗涤，取有机层，真空干燥至恒重后即得第一步合成产物；

[0029] （2）将第一步合成产物1份溶于10份甲苯，再将金刚烷胺2份加入上述溶液，40℃下持续搅拌12小时，获得的产物真空干燥至恒重后即得目标产物；

[0030] （3）将上述目标产物0.1份加入100份胶原溶液中，在8℃下持续搅拌30分钟，制成抗菌胶原溶液，可防止胶原在储存过程中发霉长菌；

[0031] （4）在上述抗菌胶原溶液作为生物医用材料使用前，100份抗菌胶原溶液中加入1份单羟基化葫芦[7]脲，在8℃下持续搅拌30分钟，即可关闭胶原溶液中抗菌剂的抗菌活性；

[0032] 采用GB4789.2‑94 标准中规定的菌落总数测定方法，对实施例2中制备的抗菌胶原溶液的抗菌效果进行测定，其对大肠杆菌的抑菌率≥96%，可有效防止该胶原溶液在储存
过程中发霉长菌；同时，采用ISO10993‑5国际标准对上述胶原的体外细胞毒性进行检测，发
现该溶液对3T3成纤细胞为2级毒性；而加入超分子包合剂单羟基化葫芦[7]脲后，该胶原溶
液对3T3成纤细胞为0级毒性，所含抗菌剂的活性已被关闭。

[0033] 实施例3：

[0034] （1）将环丙沙星4份分散于60份正丁醇中，再将溶有6份碳酸氢钙的蒸馏水70份加入其中，搅拌均匀，获得组分1；同时，将溴乙酰氯13份溶于40份正丁醇，在4℃下，2小时内缓
慢加入组分1中，持续搅拌4小时，再升至常温搅拌14小时；最后，将产物分别用10%的硝酸水
溶液和蒸馏水依次洗涤，取有机层，真空干燥至恒重后即得第一步合成产物；

[0035] （2）将第一步合成产物3份溶于40份正丁醇，再将金刚烷胺4份加入上述溶液， 60℃下持续搅拌14小时，获得的产物真空干燥至恒重后即得目标产物；

[0036] （3）将上述目标产物0.4份加入100份胶原溶液中，在16℃下持续搅拌50分钟，制成抗菌胶原溶液，可防止胶原在储存过程中发霉长菌；

[0037] （4）在上述抗菌胶原溶液作为生物医用材料使用前，100份抗菌胶原溶液中加入4份全羟基化葫芦[7]脲，在16℃下持续搅拌50分钟，即可关闭胶原溶液中抗菌剂的抗菌活
性；

[0038] 采用GB4789.2‑94 标准中规定的菌落总数测定方法，对实施例3中制备的抗菌胶原溶液的抗菌效果进行测定，其对大肠杆菌的抑菌率≥99%，可有效防止该胶原溶液在储存
过程中发霉长菌；同时，采用ISO10993‑5国际标准对上述胶原的体外细胞毒性进行检测，发
现该溶液对3T3成纤细胞为2级毒性；而加入超分子包合剂全羟基化葫芦[7]脲后，该胶原溶
液对3T3成纤细胞为0级毒性，所含抗菌剂的活性已被关闭。