摘要: 当今社会，由致病菌入侵引发的感染性疾病仍然严重威胁着人类的生命健康。虽然随着公共卫生和生物医学技术的发展，许多细菌感染已被有效地抑制甚至征服，但微生物入侵造成的发病率和死亡率一直居高不下。尤其是由于抗生素的过度使用和耐药基因在细菌... 展开 当今社会，由致病菌入侵引发的感染性疾病仍然严重威胁着人类的生命健康。虽然随着公共卫生和生物医学技术的发展，许多细菌感染已被有效地抑制甚至征服，但微生物入侵造成的发病率和死亡率一直居高不下。尤其是由于抗生素的过度使用和耐药基因在细菌种群之间的快速转移，致病菌正以惊人的速度对传统抗生素产生耐药性。因此，相关领域的研究人员正在尝试开发多种方法（如开发新型抗菌剂、设计多种衍生化结构、探索新途径等）来提高对病原菌的抗菌效率。在众多抗菌材料中，二维黑磷（BP）凭借直接带隙半导体、广谱的光学响应性和高生物相容性等优异特性成为二维家族中的新星，尤其是其生物降解性被认为是解决细菌耐药性的可行策略之一，这成为BP优于其它抗菌材料的重要所在。然而BP的杀菌效率、机理及多功能协同应用等方向尚未明确。 因此，本论文以BP为主要研究对象，通过对单纯黑磷纳米片（BPNs）及BP基抗菌功能复合材料的设计合成，阐明BP在生物医用尤其是抗菌领域的作用效果，并深入探究其对多菌种、多介质等条件下的抗菌效率、抗菌机理、生物相容性及功能应用等。具体研究内容如下： （1）采用碱性溶剂剥离法，成功制备了薄层BPNs。体外抗菌测试证明了其层数、浓度、作用时间和光照强度依赖的抗菌行为和高效的抗菌活性。体外细胞毒性测试及对线虫生长繁殖的影响探究表明了其良好的生物相容性。溶血性测试证明了优异的血液相容性。同时采取活性氧检测、染料降解、活性氧捕获及透析实验探究了抗菌行为，阐明了其光动力及物理杀菌结合的协同抗菌机理。此外，利用对BP的降解性能研究证实了其降解速率、降解程度及降解产物，并通过为期60天的耐药性测试提出了BP可以在高效抗菌的同时能够有效避免细菌耐药性的产生。以上结论通过实验和理论计算的方式进行了充分验证。 （2）设计合成了高分子N-卤胺改性的BP基磁性复合抗菌材料（BP-Fe3O4@PEI-pAMPS-Cl），并探究了其在血液消毒中的应用。以BP为基底，通过静电相互作用先后与可循环抗菌的高分子N-卤胺与可磁性回收的Fe3O4纳米颗粒复合，制得了产物BP-Fe3O4@PEI-pAMPS-Cl。利用碘量法及循环实验证实了产物中活性氯的存在及可反复“充电”的再生能力，利用磁滞回线、浸出实验等方式验证了产物的强磁性和稳定的可磁性回收性。BP-Fe3O4@PEI-pAMPS-Cl的体外抗菌效率及循环抗菌实验结果表明其优异的协同抗菌性及20次循环稳定性。此外，在静态血液和不同血流量下循环血液的抗菌测试及对杀菌后的血液的溶血率、凝血时间和血成分分析均证明了其应用于血液消毒领域的巨大应用前景。 （3）受内毒素释放行为启发，构建了一种BP基细胞膜模拟物（BP-PQVI），并探究了其刺激响应的抗菌行为。利用BP与细胞膜的相似性，并通过刺激响应型的静电相互作用在BP表面引入抗菌性季铵盐（PQVI），从而模拟内毒素在细胞膜表面的刺激响应释放行为。通过对BP-PQVI的元素含量、表面电位及厚度等的调控实现了对细胞膜的模拟。并通过理论和实验的探究发现BP和PQVI之间的静电相互作用可在金属离子、其它竞争作用、温度和pH的刺激下发生解离，从而较好的实现了对类内毒素释放行为的模拟。此外，静电相互作用的刺激响应性使得PQVI的释放行为有效可控，因而使得该细胞膜模拟物具有刺激响应的可控性抗菌行为，抗菌效率高且可促进致病菌感染型伤口部位的快速愈合。 （4）设计合成了Eu3+/糖双功能改性的二维BP基多功能抗菌材料（MAG/VAE@SiO2-BP），可用于细菌的靶标、成像及抗感染治疗。通过St?ber法制备SiO2微球，并采用自由基聚合的方法将Eu3+（荧光成像）和糖（特异性靶向细菌）修饰在SiO2微球表面，再利用Eu3+和BP之间形成P-Eu配位键，最终复合制备MAG/VAE@SiO2-BP。通过发光性能测定证实了MAG/VAE@SiO2-BP中Eu3+的强烈特征发射及荧光特性。经与细菌共培养，证实了MAG/VAE@SiO2-BP可特异性靶标E.coliK12，使E.coliK12呈现清晰的红色荧光。体外杀菌实验进一步证明了MAG/VAE@SiO2-BP对大肠杆菌（E.coliK12）具有良好的靶向杀菌能力，明显优于金黄色葡萄球菌（S.aureus）。 （5）制备了一种BP基导电水凝胶，利用其电刺激智能释放特性用于创口愈合治疗。选用透明质酸（HA）和多巴胺（DA）为原料，通过酰胺化反应成功制得HA-DA水凝胶前驱体，再利用Fe3+与DA的邻苯二酚基团间的配位作用，制备了HA-DA水凝胶，再向水凝胶体系引入BP得到BP基导电水凝胶（HA-DA@BP）。通过对HA-DA的添加量和pH的调控实验，发现在电刺激下水凝胶的机械性能增强，可实现在碱性环境下成胶、在微酸性环境中降解的目的，同时经过对水凝胶降解过程的监测发现水凝胶体系中的BP可有效和持续释放。通过对电导率的测定表明了BP的引入使得水凝胶具有优异的导电性能。采用体外细胞毒性和抗菌检测实验证明了BP可在微酸和电刺激下从水凝胶中释放，不会对正常细胞的存活率产生影响，且可以达到协同的抗菌性能，还能够促进创口的快速愈合。 收起