龙脑基手性抗菌高分子膜材料的制备与性能研究

Attachment of viable bacteria to medical devices and implants endangers human life. Chiral biointerface may have the effectiveness of resisting bacterial adhesion and propagation from the initial stage, which is of great significance for the research of novel antibacterial medical material and further to lessen the chance of nosocomial acquired infection. In this proposal, we propose the study of the structure-activity relationship between the interfacial chiralities and their antibacterial properties by using the concept of interfacial chiral effect with some new chiral films of borneol-based macromolecules, designed and synthesized by us, as the interfacial models. Through exploring the change of physiological activity and the enhanced chiral function after forming polymers on the surface, the hypostasis of the antibacterial property owned by the chiral effect of macromolecular interface is revealed. These materials not only can employ the interfacial chiral effect of borneol-based macromolecules to resist the adhesion of bacteria from the initial stage thus realizing an antibacterial aim, but also may utilize the bactericidal ability of borneol itself to ensure the long-term antibacterial property on the chiral macromolecular interface, which can enhance and prolong the antibacterial effectiveness on the interface. It is expected that through organically combining the advantages of both chiral drugs from natural sources and biocompatible macromolecules in this proposal, a novel sort of chiral antibacterial biomaterial and chiral biointerface, which may have many advantages such as biocompatible, stable, long-term effectiveness, environment-friendly and no drug-resistance, will be supplied for both research and application in the related fields.

医疗器械和植入物沾染细菌危及患者生命。手性生物界面有可能从源头上阻止细菌黏附和繁殖，对研发新型医用抗菌材料、减少医院内细菌感染具有重大意义。本项目拟利用界面手性作用，以设计合成的多种新型龙脑基手性高分子膜为界面模型，研究界面手性与抗菌性的构效关系，探索高分子的手性功能放大及生理活性变化，从而揭示高分子界面手性抗菌的本质。该类材料不仅可以利用龙脑高分子的界面手性作用，从源头上阻止细菌黏附，达到抗菌目的；还可以利用龙脑本身的杀菌能力，保证这种手性高分子界面的长效抗菌能力，实现强化抗菌的效果。本项目希望通过在界面上有机结合天然手性药物和生物相容性高分子材料的优势，为手性抗菌和生物界面的研究和应用提供一类生物相容性好、稳定长效、不易产生抗药性且环境友好的新型生物材料。

医疗器械和植入物沾染细菌危及患者生命，因而研发医用抗菌材料、减少医院内细菌感染具有重大意义。本项目主要利用界面手性立体化学，设计合成多种新型的龙脑基手性抗菌高分子材料，研究了不同手性基元在高分子界面上与细菌的相互作用，建立了界面手性与抗菌性的构效关系，论证了龙脑手性在材料界面实现抗菌的本质，以及从龙脑小分子到高分子的生理活性变化和作用差异。.取得的重要结果包括：.1，以龙脑为分子基础，设计合成了多种手性抗菌高分子材料，得到了一类生物相容性好、稳定长效、不易产生抗药性且环境友好的抗菌材料和界面；.2，揭示的核心科学问题是L构型龙脑分子构建的高分子材料在界面上的抗菌性能优于D构型，与消旋的I构型相当，但生物相容性优于I构型，更适合生物医学应用；.3，抗菌机制为细菌识别材料表面的手性立体化学信号，选择不粘附而实现材料界面的抗菌特性，这与龙脑小分子通过疏水作用渗透瓦解细菌是完全不同的；.4，利用龙脑手性立体化学实现的识别抗菌机制广泛适用于各种细菌和真菌，具有普适性；.5，该策略可以广泛的应用于合成高分子和天然高分子，实现非抗菌性本体材料的抗菌改性；.6，研究工作得到国家自然科学基金委员会面上项目（21574008）的延续支持，深入开展基于相互感知作用的智能抗菌高分子材料研究。.在项目支持下，目前共发表6篇SCI论文，在投SCI论文6篇，申请6项发明专利，已授权4项，参加学术会议8次，培养研究生13人，获奖5项。.本项目研究的科学意义在于开创了一种新的抗菌途径，利用细菌的感知识别系统实现细菌主动自发地逃离材料表面。与传统的杀菌抗菌策略截然不同，能够更好的处理材料与细菌的相互作用，是一种柔性且有效的抗菌策略。合成的高分子以抗细菌粘附为主，不主动杀菌，又能防止细菌污染，因而不会促进细菌的筛选进化、产生抗药性或超级细菌。.现实意义是在医用高分子、纺织品、纸张、卫生等领域具有潜在的应用前景。特别是纺织品行业，该策略在实现材料抗菌的基础上，不会影响人体自有菌群，符合国家对纺织品行业抗菌评价（2016年）的新标准和新规定。同样适用于防止医院内细菌感染和传播。另外，该策略有望为海洋潮湿环境提供抗菌解决方案，为国家的蓝海战略贡献力量。.本项目研究发明的抗菌评价新方法有望成为新标准。