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本文首先通过Eschweiler-Clarke 反应合成了N,N-二甲基壳聚糖（DMC），然后进一步用碘甲烷室温下甲基化合成了氧上无甲基化的N,N,N-三甲基壳聚糖（TMC），并通过延长反应时间得到了不同季胺化度的TMC。将得到的TMC 在低温碱性条件下与一氯乙酸反应一定时间，合成了不同取代度N,N,N-三甲基-O-羧甲基壳聚糖（TMCMC）；在碱性条件下与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHPTMAC）或3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵（CHPTEAC）反应一定时间，分别得到了不同取代度的N,N,N-三甲基O-（2-羟基-3-三甲基氨基丙基）壳聚糖(TMHTMAPC)和N,N,N-三甲基O-（2-羟基-3-三乙基氨基丙基）壳聚糖（TMHTEAPC）。同时还将壳聚糖与一氯乙酸反应制备了不同取代度的O-羧甲基壳聚糖（CMC）。将得到的产物通过核磁共振氢谱（1HNMR）、红外光谱（FTIR）、元素分析（EA）及热重分析（TGA）进行了表征。并研究了季胺化壳聚糖衍生物在弱酸(pH 5.5)和弱碱(pH 7.2)条件下对革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性细菌大肠杆菌的抗菌性能。1H NMR、FTIR 及EA的分析结果表明，TMC、TMCMC、TMHTMAPC 及TMHTEAPC 已成功合成。通过1H NMR 计算了TMC的季胺化度，通过EA 计算了其余产物的取代度（DS）。结果表明，TMC的N-季胺化度、TMCMC的羧甲基化度及TMHTMAPC的O-季胺化度均随时间延长而增加。TMC 在反应96 小时之后（TMC 96H）季胺化度达到94.7％，考虑到所使用的壳聚糖存在4.4％的乙酰化，可以认为TMC 已接近完全季胺化。通过元素分析计算的DMC的二甲基化度超过100％，考虑到元素分析的误差，可以认为DMC 已完全二甲基化。在DMC 完全二甲基化的前提下，可以通过EA 计算TMC的季胺化度。在本研究中，通过EA 计算的TMC 96H的季胺化度为97.0％。CMC 反应20 小时后的取代度为58.8％，TMCMC 反应20 小时后的取代度为61.5％，相比之下TMCMC的羧甲基化度并没有明显增加。壳聚糖与一氯乙酸的反应为非均相反应，而TMC 与一氯乙酸的反应为均相反应，应该更容易进行，而实验结果与该设想并不一致，可能是因为TMCMC 存在带正电荷的–N(CH3)3+基团及带负电荷的–COO-基团，反应过程中生成的TMCMC 由于静电引力发生聚集，从而阻碍了反应的顺利进行。另外，TMHTMAPC 反应20 小时后的取代度为24.7％，而TMHTEAPC反应20 小时后的取代度仅为4.34％。其原因可能是因为反应物CHPTMAC 与CHPTEAC 结构不同，相比之下，CHPTEAC 存在有较强输水作用及较大体积的乙基基团，由于输水作用及立体阻碍效应导致反应较难进行。TGA的分析结果表明，壳聚糖衍生物的热稳定性较壳聚糖差。进一步对TMC 进行O-羧甲基化或O-季胺化修饰将降低其热稳定性。在本研究中，TMHTMAPC的热稳定性最差。TMC的抗菌活性在pH 5.5时较pH 7.2时强，在pH 7.2时随取代度增加而增加，而在pH 5.5时随取代度增加而减小。在pH 7.2时，非季胺化的氨基基团不带正电荷，不能与带负电荷的细菌表面相互作用，因此其抗菌活性随取代度增加而增加。在pH5.5时，非季胺化的氨基基团由于质子化作用而带正电荷，因此其抗菌活性较pH 7.2时强。但由于–N(CH3)3+基团存在体积较大的三个甲基基团，在取代度较高的情况下，–N(CH3)3+基团阻碍了相邻结构单元间–N(CH3)3+与带负电荷的细菌表面的相互作用，因此虽取代度增加而减小。我们估计在pH 5.5时拥有最强抗菌活性的TMC 可能是季胺化度较低的TMC。TMC 与壳聚糖的抗菌活性都随pH 下降而升高。在pH 5.5时，TMC 抗菌活性较壳聚糖强，而在pH 3.5时，TMC的抗菌活性较壳聚糖弱。由于拥有更多的永久性正电荷，因此壳聚糖的抗菌活性在弱酸下较壳聚糖强。随溶液酸性的进一步增加，由于静电斥力，H+离子的增加将导致–N(CH3)3+基团的部分聚集，从而降低了与带负电荷的细菌表面的相互作用。TMHTMAPC和TMHTEAPC的抗菌活性较TMC 强，并随O-季胺化度的增加而增加。说明进一步增加TMC的永久性正电荷能增强其抗菌活性。溶液中存在少量的Na+（25mM）离子对抗菌活性无明显影响。当Na+离子浓度增大时（100 mM），略微降低了壳聚糖及其衍生物的抗菌活性。其原因可能是Na+离子与壳聚糖及其衍生物之间形成了某种复合物。同时，由于溶液离子强度的增加降低了–N(CH3)3+基团间的静电斥力，引起了溶液黏度的下降和季胺化壳聚糖衍生物的部分聚集，从而降低了抗菌活性。二价金属阳离子（25mM Ba2+和Ca2+）的存在能强烈抑制壳聚糖及其衍生物的抗菌活性。壳聚糖吸附二价金属离子的能力已得到广泛研究。当溶液中存在二价金属阳离子时，壳聚糖由于螯合作用或静电作用与其絮凝，因此降低了抗菌活性。同时，本研究结果表明，CMC 与TMCMC 较壳聚糖对二价金属阳离子更为敏感，而TMC、TMHTMAPC 与TMHTEAPC 较壳聚糖对二价金属阳离子更不敏感。说明壳聚糖与二价金属阳离子的主要作用位点为氨基，羧甲基化能增强与二价金属阳离子的相互作用，而氨基的三甲基化则降低其相互作用。壳聚糖及其衍生物对金黄色葡萄球菌的抗菌活性较大肠杆菌强，可能是因为革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌的细胞结构不同。革兰氏阳性菌的细胞壁完全由肽聚糖组成，成疏松多孔状；而革兰氏阴性菌的细胞壁除了一层较薄的肽聚糖层，外面还有一层致密的脂多糖层。因此，革兰氏阴性菌能更好的阻止大分子聚合物的穿透，而革兰氏阳性菌的多孔状细胞壁较容易被大分子聚合物堵塞和包裹，从而阻碍了营养物质的吸收。