可生物降解纳米复合体的制备及其细菌检测功能和抗菌性能研究

摘要

当今全球范围内微生物引起的细菌感染已经严重威胁到了人类的健康，每年都有数以万计的人因其丧生。有害细菌通过多种直接或间接的传播途径感染人类，如医疗器械、日用品和食品加工等。集多功能诊断与治疗于一体的诊疗系统，凭借其实时高效等特点引起了广泛的关注。于此，我们综述了目前多功能成像与治疗系统，介绍了细菌治疗领域的现状以及进展。概述近期天然抗菌化合物、季胺高分子、无机纳米粒子及杂化纳米粒子等抗菌材料的研究进展。为了便于理解诊断治疗，我们着重讨论了多功能成像与治疗特性，总结目前抗菌材料的现状及局限性，对今后研发新型抗菌材料做出系列展望。 自上个世纪弗莱明发现青霉素至今，已有多种类型的抗生素相继问世。抗生素对细菌优异的抑制作用，让其在治疗细菌感染的临床应用中大展身手。尽管抗生素在医学上具有非常广阔的应用前景，但是无差别滥用抗生素会导致细菌对抗生素抵抗性增强，导致多重耐药性的产生。抗菌药物的大量使用，不但会引起药物堆聚、药效下降等问题，而且给今后人类健康问题埋下了巨大的隐患。 目前急需研制新型有效的抗菌材料来缓解超级细菌带来的压力，另外寻找新型有效的细菌检测手段也成为当务之急。于此，我们构建了基于聚甲基丙烯酸缩水甘油酯&四苯基乙烯衍生物（PGMA&TPE）的兼具细菌检测与抑菌活性的可降解纳米材料。当纳米粒子遇到细菌，电荷竞争会使AIEgen脱落因此荧光强度下降，实现细菌检测功能。众所周知的“同性相斥，异性相吸”原理被巧妙借用于我们的体系，降解前双季胺盐特性使高分子轻松吸附到细菌表面，亲脂的辛基烷基侧链很容易插入细菌膜，即便是耐药菌的细胞膜破损的也特别严重。降解断裂产生的羧基不但与细菌表面排斥，而且中和了部分季胺盐，这避免了药物长期作用于细菌、药物蓄积等问题。我们构建的这种多功能抗耐药菌纳米材料，为今后研发兼具检测和消除作用的新型多功能纳米粒子提供了新的思路。 另一方面，我们通过主客体相互作用将季胺化聚天冬氨酸与羧基柱[5]芳烃钠盐构建成一种新型超分子复合物。将羧基柱[5]钠盐引入阳离子高分子抗菌体系，不仅可以避免高分子非特异性抗菌行为，还能显著改善季胺盐的毒副作用问题。阳离子季胺盐抗菌剂聚天冬氨酸衍生物具有大量正电荷，其抗菌效果优于当前多数抗菌药物。此外，聚天冬氨酸作为一种氨基酸聚合物，广泛地存在于自然界之中。它对生态环境无害并且能生物降解，降解后的产物均为纯天然化学物质。这种超分子抗菌复合物有望解决当前耐药菌问题、克服药物蓄积问题，同时有助于攻克阳离子聚合物的毒性以及选择性问题，丰富超分子复合物在生物医药领域的应用。

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