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研究团队与发表信息
本研究由Jiangna Guo、Jing Qin、Yongyuan Ren（苏州大学化学化工与材料科学学院）、Bin Wang（上海交通大学医学院附属第九人民医院）、Hengqing Cui、Yingying Ding、Hailei Mao（复旦大学附属中山医院）及Feng Yan（苏州大学）共同完成，发表于Polymer Chemistry期刊2018年第9卷，发表日期为2018年8月20日。
学术背景
研究领域：抗菌高分子材料（antibacterial polymers）的化学设计与生物医学应用。
研究动机：随着“超级细菌”（superbugs）耐药性增强，开发新型抗菌剂迫在眉睫。传统小分子抗菌剂存在毒性高、效率低等问题，而阳离子聚合物（cationic polymers）因其电荷集中、结构可调等优势成为研究热点。然而，主链型阳离子聚合物（main-chain cationic polymers）的抗菌活性与机制尚未系统研究。
科学问题：比较侧链型（side-chain）与主链型阳离子聚合物的抗菌效率差异，并探究其构效关系。
研究目标：合成基于咪唑鎓（imidazolium, Im）、季铵盐（quaternary ammonium, QA）和Dabco-二鎓（dabco-diium）的三种阳离子聚合物，评估其对金黄色葡萄球菌（*S. aureus*）和大肠杆菌（*E. coli*）的抗菌活性及生物相容性。
研究流程与实验方法
1. 合成与表征
- 小分子阳离子化合物：合成[Im][Cl]、[QA][Cl]和[Dabco][Cl][Br]三种小分子，作为对照。
- 侧链型聚合物：通过RAFT聚合（Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer）制备，分子量（*Mn*）范围为15,900–56,900 g/mol。
- 主链型聚合物：通过二溴烷烃与双叔胺的亲核取代反应（SN2）合成，分子量范围为16,800–22,300 g/mol。
- 表征手段：核磁共振（1H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证结构；凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量分布（Mw/Mn=1.52–1.79）。
2. 抗菌活性测试
- 最小抑菌浓度（MIC）：以摩尔浓度（mmol/L）和重量浓度（μg/mL）双重标准评估，确保电荷量一致。
- 菌种：革兰氏阳性菌（*S. aureus*）和革兰氏阴性菌（*E. coli*）。
- 生长曲线与SEM观察：通过OD600监测48小时内细菌生长抑制情况，扫描电镜（SEM）观察细胞膜形态变化。
3. 生物相容性评估
- 溶血实验：检测聚合物对人红细胞（RBCs）的破坏率，阈值设为%。
主要研究结果
- 抗菌活性顺序：主链型聚合物 > 侧链型聚合物 > 小分子化合物。例如，主链型咪唑鎓聚合物（m-p[Im][Br]）对*E. coli*的MIC低至0.11 mmol/L（26 μg/mL），显著优于侧链型（s-p[Im][Cl]：0.77 mmol/L）。
- 分子量影响：侧链型聚合物中，高分子量（56,900 g/mol）样品抗菌活性更高，因其疏水链更长、电荷密度更高。
- 作用机制：
- 静电作用：阳离子基团吸附于细菌膜带负电的磷酸基团。
- 疏水插入：疏水链穿透细胞膜磷脂双层，导致胞内物质（K+、DNA/RNA）泄漏。
- 主链优势：主链型聚合物的交替亲水-疏水结构更接近抗菌肽（antimicrobial peptides），动态自由度更高，易于与细菌膜相互作用。
- 生物相容性：主链型聚合物溶血率均<0.5%，远低于侧链型（最高8.87%）。
研究结论与价值
- 科学意义：首次系统证明主链型阳离子聚合物的抗菌效率优于侧链型，揭示了其“类抗菌肽”结构的作用机制。
- 应用价值：主链型聚合物兼具高效抗菌（MIC低至μg/mL级）和低溶血特性，适用于医疗器械、伤口敷料等生物医学领域。
- 创新点：
- 提出主链型聚合物的动态结构设计策略，突破传统侧链型聚合物的局限性。
- 通过分子量-活性关系，为抗菌材料优化提供理论依据。
研究亮点
- 方法创新：结合RAFT聚合与SN2反应，开发了主链型聚合物的高效合成路径。
- 发现新颖性：主链型聚合物的抗菌活性超越同类侧链型材料，且生物相容性更优。
- 跨学科价值：融合高分子化学（polymer chemistry）与微生物学（microbiology），为抗耐药菌材料开发提供新思路。
其他补充
- 数据支持：所有MIC和溶血率数据均通过三次重复实验验证（表1）。
- 局限性：主链型聚合物的分子量范围较窄（16,800–22,300 g/mol），未来可探索更高分子量的影响。