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北京化工大學徐福建團隊基于開環反應構建功能性抗菌材料研究方面取得系列進展

2018-05-16 14:45:49 作者：本網整理來源：抗菌抗污材料前沿分享至：

據世界衛生組織統計資料，因感染而死亡的人數占全部死亡人數的第二位，而在全球感染死亡人數中，發展中國家幾乎占到了50%，其中細菌性感染尤為常見。開發新型抗菌材料已經受到了廣泛關注。近期，北京化工大學徐福建教授和俞丙然副教授利用氨基和環氧的開環反應，在同一個聚合物上引入多種抗菌基團構建了一系列協同抗菌抗生物膜材料。

通過氨基糖苷類抗生素（如慶大霉素、妥布霉素等）與含有二硫鍵的雙環氧類化合物進行開環反應，構建了可降解的支化聚合物（圖1）。此類超支化聚合物含有豐富的羥基與正電荷，具有良好的血液相容性與基因轉染性能。此類支化聚合物中含有的二硫鍵在還原性環境中可被打斷，釋放出原本的抗生素，從而具備優異的抗菌能力。此類聚合物可用于腫瘤的基因治療以及與腫瘤部位相關的感染治療。

圖1 具有抗菌性能的支化陽離子基因載體（Biomaterials, 2016,106: 134）

鈦合金由于比重小、強度高、耐腐蝕已經生物相容性優良，近年來已經發展成為了較為理想的外科植入材料。因此，利用抗菌抗污材料實現鈦金屬的表面修飾，具有重要的理論意義和潛在的臨床應用價值。在上述工作的基礎上，選用慶大霉素作為氨基試劑，選用據乙二醇二縮水甘油醚為環氧試劑，通過開環反應和多巴胺聚合反應成功構建了一系列具有抗菌抗生物膜功能的聚合物接枝鈦材料，動物體內抗感染實驗證明了支化聚合修飾的鈦材料具有良好的生物相容性和抗感染性能。

圖2 抗菌抗生物膜性能支化聚合修飾的鈦材料（Biomacromolecules 2018,DOI:10.1021/acs.biomac.8b00399）

通過原子轉移自由基聚合，合成了星型的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA），采用乙二胺（ED）、N,N-二甲基乙二胺（DED）等氨基化合物PGMA上的環氧基進行開環，再通過后續的季銨化、銀離子摻雜等方法對此類聚合物進行后續修飾，從而構建了一系列含有季銨鹽/銀的星形聚合物（圖3）。此類聚合物在溶液中顯現出良好的廣譜抗菌性能，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌、綠膿桿菌等多種細菌均有很強的殺傷效果。另外，由于聚合物刷含有豐富的氨基，通過多巴胺的氧化自聚反應將此類聚合物涂覆于基體表面，對不同種類的基體進行表面抗菌功能化，也可以使表面具有良好的抗菌性能，有望用于醫療器械的表面修飾。

圖3 季銨化/銀摻雜抗菌星形聚合物（Polymer Chemistry, 2016,7: 5709）

針對發生皮膚缺損時，創口容易發生感染的問題，通過酸性紅、Boc-乙二胺與雙環氧基化合物進行開環反應，合成了含有酸性紅和氨基的聚合物，再采用碘甲烷或溴己烷對其進行季銨化，構建了具有季銨鹽/光動力抗菌功能的聚合物，通過多巴胺的氧化自聚反應，可以將聚合物涂覆于無紡布表面，制備了一種具有良好抗菌能力的醫用敷料（圖4）。將這種敷料用于皮膚損傷部位的感染治療，取得了良好的效果，可在14天的時間內完全避免感染發生，有助于損傷部位的修復。