天然高分子的手性功能化修饰与抗菌应用

摘要

一直以来，细菌在材料表面的粘附、增殖与随后形成的生物膜对人们的健康构成了严重的威胁。现有的抗菌材料大多是通过固定或释放杀菌剂来进行杀菌，在应用方面还有一定的局限性。基于细胞可以识别材料表面不同的手性分子信号，我们设计通过共价键将手性龙脑这种药物分子接枝到天然高分子（纤维素和壳聚糖）表面，用以在微生物接触材料的初期就产生抑制细菌粘附的效果，防止生物膜的形成。由于材料主要是依靠其自身的表面立体化学结构影响细菌识别表面分子信号来产生抑菌效果，因而推测不会促使细菌进化产生耐药性。龙脑、纤维素、壳聚糖都是天然产物，接枝改性后的复合高分子无细胞毒性，它们也不会对环境造成污染。
　　本文首次通过共价键将L-龙脑接枝到纤维素表面，从而得到龙脑接枝纤维素(BGC)抑菌材料，通过一系列的表征对高分子结构进行了测定，证明BGC目标产物成功合成，接枝率17％。微生物实验研究表明，BGC材料对微生物有着良好的抗粘附和抑制生长的作用。主要的研究成果如下:
　　1.BGC材料具有广谱抑真菌性能，如总状毛霉、黑曲霉、酵母等都不会在材料上粘附生长。
　　2.BGC材料的抑菌时效可达8天以上，微观形态学研究发现真菌的孢子在材料上呈现休眠状态。
　　3.BGC材料主要是应用龙脑小分子的立体化学结构在微生物粘附的初期产生抑菌作用。
　　4.BGC材料具有良好的生物相容性，其细胞毒性与天然纤维素几乎一致，是一种没有生物毒性的材料，可用于医用敷料、食品包装等。
　　同时，本文通过席夫碱键将L-龙脑接枝到羟乙基壳聚糖表面得到了一种龙脑功能化羟乙基壳聚糖(BFC)抑菌材料。微生物实验研究表明，BFC材料在细菌数量少时呈现抗细菌粘附功效，当细菌数量多时，呈现一定的杀菌功效。主要研究成果如下:
　　1.BFC材料具有广谱抑菌性能，如黑曲霉、大肠杆菌等都不会在材料上粘附生长。
　　2.BFC材料对霉菌有着很强的抑菌性能，其抑菌时间可达到29天，微观形态学研究发现霉菌在BFC材料表面不会萌发，并且BFC材料表面会使细菌产生形变、死亡。
　　3.通过BFC材料修饰导尿管的研究模型，我们发现BFC材料对大肠杆菌的生长抑制作用可达67cell/cm2。
　　4.BFC材料面对少量菌时主要呈现阻止微生物粘附生长的状态;当遭遇大量细菌时，席夫碱键发生断裂，释放部分龙脑小分子以及溶出一定量的羟乙基壳聚糖，这使得材料不仅具有阻止微生物粘附生长的作用，还对微生物有着良好的杀菌潜力。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微生物粘附增殖的危害性

1．3 目前已有的抗菌机制

1．3．1 无机类抗菌机制

1．3．2 有机类抗菌机制

1．3．3 天然生物类抑菌机制

1．4 近些年抗菌研究的热点

1．4．1 纤维素抗菌材料研究现状

1．4．2 壳聚糖抗菌材料研究现状

1．5 龙脑的简介

1．6 本课题研究意义及主要内容

1．6．1 本课题研究的目的和意义

1．6．2 本课题研究的主要内容

第二章 龙脑接枝纤维素

2．1 前言

2．2 试验材料和仪器

2．2．1 实验材料与试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验内容

2．3．1 氯乙酰氯龙脑衍生物合成(CAB)

2．3．2 龙脑接枝纤维素(BGC)合成

2．3．3 龙脑接枝纤维素抗真菌研究

2．3．4 龙脑接枝纤维素体外生物相容性测试

2．4 实验结果及分析

2．4．1 氯乙酰氯龙脑衍生物表征

2．4．2 龙脑接枝纤维素材料表征

2．4．3 BGC材料抗真菌效果研究

2．4．4 体外生物相客性评价

2．4 本章小结

第三章 龙脑功能化壳聚糖

3．1 前言

3．2 试验材料和仪器

3．2．1 实验材料与试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验内容

3．3．1 对醛基苯甲酸龙脑衍生物的合成(FB)

3．3．2 龙脑功能化壳聚糖材料合成(BFC)

3．3．3 龙脑功能化壳聚糖抑菌研究

3．4 实验结果及分析

3．4．1 对醛基苯甲酸龙脑酯单体表征

3．4．2 龙脑功能化壳聚糖材料表征

3．4．3 龙脑功能化壳聚糖抑菌效果研究

3．5 本章小结

第四章 结论与建议

4．1 实验结论

4．1．1 龙脑接枝纤维素抑菌材料

4．1．2 龙脑功能化羟乙基壳聚糖抑菌材料

4．2 研究建议

4．2．1 龙脑接枝纤维素材料的接枝率

4．2．2 龙脑功能化羟乙基壳聚糖材料的功能拓展

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介