[发明专利]一种pH响应型Mat@CS-Pro纳米胶囊防污剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种pH响应型Mat@CS‑Pro纳米胶囊防污剂及其制备方法和应用，属于海洋抑菌防污及纳米复合材料技术领域,包括：将苦参碱溶于含卵磷脂的无水乙醇中制备油相；将壳聚糖溶于无水乙酸制备水相；通过微乳液法制备Mat@CS油/水微胶囊；取制备好的所述Mat@CS油/水微胶囊与D‑Proline配制成水溶液，在冰水浴中进行搅拌，在去离子水溶液中经过透析袋透析过滤，冻干保存，得到pH响应型Mat@CS‑Pro纳米胶囊防污剂。本发明材料环境友好、具有优越的抑菌作用，为探索海洋领域智能pH响应型防污剂的研究提供了思路。

技术领域

本发明涉及一种环境友好的pH响应型Mat@CS-Pro抑菌协同抗生物膜防污胶囊及其制备方法，属于海洋抑菌防污及纳米复合材料技术领域。

背景技术

海洋生物污损是一个世界性的问题，对我们的日常生活产生了巨大的影响，尤其是航运带来的经济损失和工程设备的安全风险。当材料浸于海水中后海洋中污损生物会附着于舰船底部，增加航行阻力、降低船速、多耗燃料，严重影响持续性使用，此外其还会加速金属腐蚀，缩短仪器设备的使用寿命甚至造成生物入侵等严重的生态破坏，对人类海洋方面的发展造成巨大影响。由于微生物膜的形成是后续大型污损生物附着固定的基本条件，因此将海洋防污转化成生物污损前期过程中的对抗菌、抗生物膜形成过程的研究是一种行之有效的防治生物污损的思路与方法。此外，由于细菌代谢产生的醋酸和乳酸等分泌物可使微环境的pH值降低至酸性，因此近年来基于pH响应型的防污涂料受到越来越多的关注并得到迅速发展。除此之外，材料表面形成的生物膜也是一个需要考虑的重要问题。

污损过程初期阶段为细菌和硅藻分泌粘液在海中洁净物体表面形成微生物粘膜，发展阶段为大型污损生物的幼体开始附着，种类和个体数不断增多，群落体积和质量不断增大，演替现象明显，一些个体密度大，生长迅速的种类成为群落的主导种；稳定阶段为生长期长、个体大的种类充分生长，排挤或覆盖了一些附着的中、小型种类，复杂和质量较大的群落种形成。因此生物膜形成为后续大型污损生物附着创造了条件，进而导致生物污损的形成。所以控制微生物膜的形成也是生物污损的一项必要条件。然而，当前国内外对于防污剂的研究重点主要集中在抗菌性能提升，而在提升杀菌作用的基础上，引入抑制生物膜能力的相关研究却鲜有报道。

发明内容

为了解决以上问题，本发明技术方案提出一种环境友好的pH响应型Mat@CS-Pro纳米胶囊防污剂及其制备方法，以天然有机苦参碱(matrine,Mat)作为芯材，以天然高分子壳聚糖(chitosan，CS)作为壁材，通过微乳液聚合法制备CS包封Mat的微胶囊，并通过冷浴搅拌的方法将D-脯氨酸(D-Proline)固定到胶囊上，最终制备出高性能的智能pH响应抗菌/生物膜防污剂。绿色无毒的Mat@CS胶囊将提高抗菌剂Mat的稳定性，降低其碱性环境下变性的可能，使得微胶囊的杀菌效率实现最大化，通过CS的pH响应作用，使Mat及D-Proline的释放更加智能、可持续化。首先以CS为水相，以Mat为油相，利用微乳液法制备O/W结构微胶囊。通过透射电子显微镜(TEM)分析不同pH下Mat@CS及Mat@CS-Pro微胶囊的形态和尺寸。通过傅里叶红外光谱(FTIR)分析微胶囊的特征官能团并判断微胶囊成分。采用平板菌落计数法及荧光活/死菌检测分析负载D-Proline前后的微胶囊的抑菌性能及抑制生物膜形成能力，并通过平板菌落计数法观察不同pH下的微胶囊杀菌情况，对负载D-Proline的微胶囊进行不同pH下释药率表征，综合分析微胶囊的pH响应长效杀菌机理。

本发明通过微乳液聚合法制备出具有pH响应性质的杀菌微胶囊，同时负载D-Proline成功合成具有pH响应的抗菌和抗生物膜特性的防污胶囊。该Mat@CS-Pro微胶囊具有优异的抗菌、抗生物膜和pH响应性能，其具备可稳定存在、智能控制释放、延长抗菌剂的使用寿命及对环境友好等功能，具有广泛的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提供一种环境友好的pH响应型Mat@CS-Pro纳米胶囊防污剂的制备方法，所述制备方法包括：