摘要: 细菌感染及其引发的疾病严重威胁着人类的健康，尤其是耐药菌的日益增多给公共卫生安全系统带来了巨大的威胁。如何应对细菌感染引发的疾病已成为生物医药与大健康关键领域的核心问题。因此，开发新型的抗菌材料并提出有效应对长期使用抗生素导致的细... 展开 细菌感染及其引发的疾病严重威胁着人类的健康，尤其是耐药菌的日益增多给公共卫生安全系统带来了巨大的威胁。如何应对细菌感染引发的疾病已成为生物医药与大健康关键领域的核心问题。因此，开发新型的抗菌材料并提出有效应对长期使用抗生素导致的细菌耐药性的策略以及对细菌诊疗一体化的技术是感染疾病领域的前沿研究热点。 阳离子共轭聚合物是一类具有π电子共轭的主链结构和带正电荷侧链的化合物，共轭的主链结构使阳离子共轭聚合物具有强的光捕获能力和优异的光学性能。通过改变主链共轭结构单元可以达到对敏化活性氧产生和光热转化能力的调控，有助于光热和光动力治疗感染疾病的开展。而带正电荷侧链不仅能快速有效的与细菌结合，而且还可以通过破坏细菌膜来杀伤细菌。基于此，本学位论文旨在得到高效、广谱和诊疗一体化新型抗菌材料，利用给受体结构调控策略，开发了一系列灵活调控主链和带正电荷侧链的共轭聚合物抗菌材料，并构建了诊断、治疗一体化抗菌水凝胶，进一步开展这些材料在抗菌方面的应用研究。主要开展的研究内容和取得的结果如下。 1、采用主链共轭功能团调控模式，以“芴-亚苯基”结构为基础单元，设计并制备了三个侧链相同，主链基团给受体能力不同的阳离子共轭聚合物（PFPN、PFPTN以及PFPBTN）抗菌材料，以耐药性的抗氨苄青霉素大肠杆菌为对象，研究材料主链结构差异对抗菌性能的作用效果。由于主链结构差异导致三种聚合物具有不同的能隙，PFPN、PFPTN和PFPBTN分别发射蓝色、绿色和黄色荧光。侧链上的阳离子季铵盐基团不仅使共轭聚合物在生理介质中具有良好的分散性，而且能与带负电荷的细菌膜高效相互作用。对抗氨苄青霉素大肠杆菌TOP10的抗菌实验及其感染小鼠伤口的治疗表明，这三种聚合物抗菌材料都可以杀伤细菌。由于PFPBTN聚合物具有较慢的磷光衰减速率，其展示了最强的光敏活性和光动力抗菌性能。本研究工作不仅发展了可应用于活体感染伤口治疗的新型抗菌材料，而且为光动力杀菌剂的设计和结构调控提供理论指导。 2、在对主链结构调控的基础上，本章工作利用侧链长度调节策略，结合红光发射生物背景小、光源穿透性好的特点，设计并制备了三个侧链长度不同的阳离子共轭聚合物抗菌材料。该类聚合物的主链均由芴、苯及噻吩苯并噻二唑基团组成，侧链分别为两个碳（PFPTBN-a）、六个碳（PFPTBN-b）和十二个碳（PFPTBN-c）的烷基季铵盐。基于侧链越长更有利于与微生物的高效结合，共轭聚合物PFPTBN-c具有对耐氨苄青霉素大肠杆菌(G-)、金黄色葡萄球菌（G+）和白色念珠菌（真菌）的广谱抗菌效果。对于耐氨苄青霉素大肠杆菌TOP10，PFPTBN-c在5μM的低浓度光照射下几乎达到100%杀灭效果。进一步，对小鼠活体耐氨苄青霉素大肠杆菌感染伤口愈合实验表明，PFPTBN-c在不损害组织的情况下可以对感染伤口消毒并促进伤口愈合。本研究不仅为广谱抗菌药物的设计提供了理论依据，也为临床致病菌感染的治疗提供新的思路。 3、在开发新型的抗菌材料的基础上，结合光热治疗的优势和细菌微环境偏酸性的特点，制备了一种对细菌感染原位可视化诊断和光热治疗的智能水凝胶（BTB/PTDBD/CS）。该水凝胶由对pH值敏感的溴百里酚蓝（BTB）和近红外（NIR）吸收的光热共轭聚合物（PTDBD）以及热敏响应的壳聚糖（CS）组成。水凝胶BTB/PTDBD/CS能够对生物膜和感染伤口部位细菌微环境做出响应，通过肉眼可观察到凝胶颜色由绿色到黄色的变化，具有快速原位诊断细菌感染的功能。阳离子侧链修饰的PTDBD通过静电作用吸附致病菌，进而在近红外光照射下产热杀死致病菌，治愈感染伤口。研究表明该水凝胶对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、耐药菌以及更难杀伤的生物膜均表现出良好的抗菌效果。在小鼠活体伤口感染部位，BTB/PTDBD/CS的初始状态是溶液状态，可以和感染部位充分接触，通过水凝胶的颜色变化诊断伤口感染的情况。基于水凝胶温敏特性，近红外光照产生的热量可以促进水凝胶的凝胶化，将致病菌封装在水凝胶内，有效防止二次感染。在对小鼠主要器官无损伤的情况下，BTB/PTDBD/CS水凝胶可促进小鼠伤口感染的有效愈合。本研究工作不仅得到了用于细菌感染的诊疗一体化新材料，而且为开发智能、便捷的细菌感染诊断和治疗平台提供新思路。 收起