含硫正离子聚类肽水凝胶的合成与性能

doi:10.7503/cjcu20220381

摘要/Abstract

摘要：

通过伯胺引发肌氨酸-N-硫代羧酸酐(Sar-NTA)和N-烯丙基甘氨酸-N-硫代羧酸酐(NGA-NTA)的开环聚合制备了一种三嵌段聚类肽, 即聚(N-烯丙基甘氨酸)-b-聚肌氨酸-b-聚(N-烯丙基甘氨酸)(PNAG-b-PSar-b-PNAG, 简称PASA)；然后通过PASA侧链上的烯丙基与3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇之间的巯-烯“点击”化学反应合成了不同肌氨酸(Sar)摩尔分数的聚类肽水凝胶(HG). 巯-烯“点击”反应生成的大量硫醚基团可进一步与环氧化合物反应, 在水凝胶的网络骨架中生成硫正离子, 从而获得具有固有抗菌能力的含硫正离子聚类肽水凝胶(S⁺HG). S⁺HG具有优异的吸水能力, 能够在1 min内达到吸水平衡, 饱和溶胀率高达2024%. S⁺HG内部由大量规则的连续海绵孔状结构组成, 能够承受一定的剪切、摩擦及挤压等外界应力. S⁺HG具有强效的广谱抗菌能力, 对革兰氏阴性的大肠杆菌(E. coli)和革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌率都在99.99%以上.

关键词: 聚类肽, N-硫代羧酸酐, 水凝胶, 抗菌能力, 硫正离子

Abstract:

Triblock copolypeptoid poly（N-allylglycine）-b-polysarcosine-b-poly（N-allylglycine）（PASA） was prepared by primary amine-initiated controlled ring-opening polymerization of sarcosine N-thiocarboxyanhydride （Sar-NTA） and N-allylglycine N-thiocarboxyanhydride（NAG-NTA）. Followed by cross-linking via thiol-ene click reaction between the allyl groups on the PASA side chains and thiols groups on 3，6-dioxa-1，8-octanedithiol， polypeptoid hydrogels（HG） with different molar fraction of sarcosine（Sar）， HG-Sar49% and HG-Sar64%， were obtained. A large amount of thioether groups were formed through the thiol-ene click reaction， which could further react with epoxide compounds to generate sulfonium groups on the network of PASA hydrogels. Thus， sulfonium- containing polypeptoid hydrogels（S⁺HG） with intrinsic antibacterial properties were successfully prepared. S⁺HG showed fast and excellent water absorption ability， which reached the water absorption balance within 1 min and had a saturation swelling rate up to 2024%. S⁺HG was composed of regular continuous sponge-like structures， and could withstand certain external stresses such as shearing， friction and extrusion. S⁺HG exhibited strong broad-spectrum antibacterial ability， and the antibacterial rates against gram-negative Escherichia coli（E. coli） and gram-positive Staphylococcus aureus（S. aureus） were over 99.99%.

Key words: Polypeptoid, N-Thiocarboxyanhydride, Hydrogel, Antibacterial ability, Sulfonium

中图分类号:

O631

TrendMD:

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图/表 10

Table 1 Synthesis and characterization of PASA with different Sar molar fractions a

Sample	［Sar］₀/［NAG］₀/［I］₀	Composition ^b	M_{n NMR}^b	M_{n SEC}^c	?^c	Molar fraction of Sar（%） ^b
PASA?Sar49%	60/60/1	PA₂₇S₅₃A₂₇	9000	36700	1.37	49
PASA?Sar64%	60/40/1	PA₁₈S₅₉A₁₈	7600	30600	1.29	64

Fig.1 1H NMR spectrum of PASA?Sar64% in DMSO?d6

Fig.2 GPC traces of PASA?Sar49%(a) and PASA?Sar64%(b)

Fig.3 Images of the solution of PASA, 3,6?dioxa?1,8?octanedithiol and photoinitiator I2959 before and after UV irradiation(A) and S+HG with different molar fraction of Sar(B)

Fig.4 FTIR spectra of HG?Sar49%(a) and S+HG?Sar49%(b) hydrogels

Fig.5 Swelling kinetics of S+HG?Sar49%(a) and S+HG?Sar64%(b)

Fig.6 Saturated swelling ratio of S+HG?Sar49% and S+HG?Sar64%(immersed in PBS solution for 24 h)

Fig.7 Mechanical properties of S+HG in dynamic amplitude sweep mode(A) and dynamic frequency sweep mode(B)a.G′， S+HG-Sar49%； a′.G″， S+HG-S49%； b.G′， S+HG-S64%； b′.G″， S+HG-S64%.

Fig.8 SEM images of S+HG?Sar49%(A, B) and S+HG?Sar64% (C, D)

Fig.9 Photographs of bacterial colonies after exposing to HG?Sar49%(A, D), S+HG?Sar49%(B, E) and S+HG?Sar64%(C, F) against S.aureus(A—C) and E.coli(D—F) and antimicrobial rates of S+HG(G)

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