抗生素的滥用导致出现了大量耐药菌,传统抗生素药物疗法已经难以满足目前对抗多重耐药菌感染的需要。因此为了找到对抗细菌感染且不易使细菌产生耐药性的新方法或新材料,越来越多地要求深入确定药物等抗菌材料对细菌的作用以及细菌对这些作用刺激的详细反应来研究其抗菌机制,从而可以反过来为研究新型抗菌材料或方法做理论支持。针对目前新兴的材料抗菌方法比如光热抗菌法和新型抗菌肽抗菌法,它们具有良好的抗菌能力,且不易使细菌产生耐药性,但是人们并不明确它们的详细抗菌机理。因此研究它们的抗菌机理对于解决细菌耐药性问题有很大的帮助。本论文以原子力显微镜为主要的表界面分析手段,结合平板菌落计数法,Live/Dead菌荧光染色,钙离子探针,电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-5000）,分子动力学模拟等一系列分析手段作为辅助,提出了金纳米棒和自设计K₃（FA）₄K₃抗菌肽的抗菌机理。工作的研究结果如下:1.金纳米棒触发大肠杆菌光热裂解细胞膜的研究通过金种子生长法制备了LSPR为740 nm的Au NRs,然后在金纳米棒表面修饰mPEG₅₀₀₀-SH来提高其生物相容性。通过平板菌落计数法,Live/Dead菌染色,细菌体内外的钙镁离子测量和分子动力学模拟等一系列实验。得到了金纳米棒的光热抗菌机理如下:带正电的金纳米棒会吸附在带负电的细菌表面,在808nm近红外光照射下会产生局域过高热,从而影响了细菌内外的钙,镁离子的动力学平衡。随着温度的逐渐升高,Ca²⁺和Mg²⁺离子会大量外泄,使细胞膜紊乱并影响其稳定性,细胞膜的渗透性会增大从而使内外压失衡,最后细胞膜发生破裂导致细菌死亡。2.基于AFM对金纳米棒光热裂解机理的深入研究通过使用AFM进行了PEG-AuNRs暴露于近红外光下对大肠杆菌的抗菌机理的深入研究,再结合前面关于Ca²⁺和Mg²⁺的研究,得出了更详细的金纳米棒光热裂解的抗菌机理:金纳米棒的局域过高热会导致Ca²⁺和Mg²⁺的大量外泄,由于Ca²⁺和Mg²⁺具有维持LPS斑块稳定的作用。它们的缺失会使LPS斑块不稳定,从而导致细胞膜通透性增加,然后内外渗透压失衡而破膜。LPS会发生坍塌并且外膜是通过Braun脂蛋白与肽聚糖连接的,所述脂蛋白会以不同的方式进行折叠,从而使细菌杨氏模量增大。同时LPS斑块的脱离,会露出LPS层内部的物质,比如磷脂双分子层,这会导致粘附力增加,随后的破膜会使细菌内部蛋白质等物质的泄漏,也使得粘附力大大增加。3.AFM近生理条件下原位研究抗菌肽K₃（FA）₄K₃单体的抗菌机理以KLVFFAE（Aβ16-22）为模板,人工设计合成了K₃（FA）₄K₃序列的抗菌肽。首先通过平板计数法,证明了此抗菌肽具有良好的杀灭大肠杆菌的能力。Live/Dead菌染色实验证明了此抗菌肽具有破膜的作用。再结合AFM对大肠杆菌受抗菌肽处理的原位动态监测,提出了一个可能的机制:带正电荷的阳离子抗菌肽K₃（FA）₄K₃先通过静电相互作用慢慢接近细菌的细胞膜并且聚集,此抗菌肽头部是亲水性氨基酸K,它可以与磷脂头部结合,同时中间部位的疏水性苯丙氨酸（F）和丙氨酸（A）与磷脂形成多肽/脂复合物并插入膜内形成跨膜通道。通道的形成会导致细菌细胞膜结构紊乱,内外渗透压失衡,进而破坏细胞膜的完整性,如造成细胞膜凹陷,裂口等,使其粗糙度和粘附力增大,最终导致细菌死亡。