两亲性阳离子聚合物的结构与抗菌性能的研究

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细菌等致病性微生物引起的重大疾病以及各种致病菌对抗生素的耐药性,对人类健康构成了严重威胁,亟待研发新型高效抗菌剂。阳离子聚合物做为大分子抗菌剂,因制备简单、成本低、抗菌性强等优点引起了大家的广泛关注。本课题组在基因载体的研究中,制备了系列含有季铵盐型阳离子聚合物和pH敏感疏水段的两亲性阳离子三嵌段共聚物,聚乙二醇-聚(二异丙基甲基丙烯酸氨基乙酯/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)-聚三甲铵基甲基丙烯酸乙酯(mPEG-P(DPA/DMA)X/Y-PTDMA)(简称TDDEs),在此基础之上,本论文研究了TDDEs的抗菌性能。结果发现TDDEs呈现较高的抗菌能力,而且聚合物抗菌性对DPA/DMA组成比有很大依赖性,当DPA/DMA比例在0.2~1时,TDDEs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出最佳的抗菌效果。通过扫描电镜、透射电镜、微量分光光度法和荧光染色法对TDDEs抗菌机理进行分析,初步推测TDDE-3起到抗菌作用的机理是其可以破坏细菌的细胞膜,造成细菌内物质外流。为了探究TDDEs的pH敏感性是否对其抗菌作用有贡献,我们用无pH敏感的甲基丙烯酸正丁酯(nBMA)替换TDDEs中pH敏感疏水单元DPA,合成了三嵌段聚合物mPEG-P(nBMA/DMA)-PTDMA(TDBE)。利用IHNMR证明了聚合物的结构组成。抗菌实验结果表明TDBE对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性与TDDEs并无明显差别,说明聚合物中疏水段的pH敏感性对其抗菌性能贡献不大。因此,继续对TDBE结构进行优化,将TDBE上P(nBMA/DMA)嵌段中的DMA去掉,并保持nBMA和TDMA的单体比例不变,合成了结构更为简单的三嵌段聚合物mPEG-PnBMA-PTDMA(m PBT)和二嵌段聚合物mPEG-P(nBMA/TDMA)(m P(B/T))。采用IHNMR证明了聚合物的成功制备。对TDBE、m PBT和m P(B/T)的抗菌性能进行对比研究,结果证明具有nBMA/TDMA无规共聚单元的聚合物m P(B/T)能够在较低浓度下即可杀灭两种细菌。接下来,为了进一步提高m P(B/T)的抗菌性能,研究了影响其抗菌性能的结构因素,包括mPEG、nBMA/TDMA摩尔比和聚合物分子量等因素。抗菌实验、溶血实验和细胞毒实验证明了聚合物中mPEG的存在不仅降低了溶血性和细胞毒性,还增强了抗菌性能;m P(B/T)的抗菌性与nBMA/TDMA摩尔比及其P(nBMA/TDMA)长度具有较大的依赖性,其中m P(B/T)35/57具备最佳的抗菌活性,但其生物相容性有待改善。
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