细菌感染疾病是世界范围内最严重的健康问题之一,每年导致数百万人患病。细菌感染难以治疗的原因之一是生物被膜的形成,通过休眠代谢和阻止抗菌剂渗透到生物膜中,使其对常规抗生素治疗不敏感甚至诱导多药耐药性(MDR)菌株的出现。抗菌纳米粒子(NPs)以其多种作用机制,已经逐渐成为传统抗生素的替代物去抵制多药耐药性细菌的发展。银纳米粒子以其优异的抗菌活性和很少产生细菌耐药性作为抗菌材料被广泛的应用,然而银纳米粒子却存在较高的对哺乳动物细胞的毒性,以及对成熟细菌生物膜穿透性不强的问题,限制了其在生物医学领域的进一步应用。本论文针对细菌生物膜引起的感染问题,利用改性的银纳米粒子从两个方面进行处理。首先,基于银纳米粒子的优异抗菌性能,却存在较高细胞毒性以及对生物膜渗透性差的问题,利用细菌感染部位微环境与正常组织的差异,如pH值较低、某些特殊酶的高表达、过氧化氢和毒素的释放等,设计制备了pH诱导电荷翻转银纳米粒子(AgNPs-LA-OB),实现了提高纳米银细胞相容性及杀菌活性的目的。另外,电荷翻转型银纳米粒子对成熟细菌生物被膜具有优异的穿透性和杀灭效果。其次,我们利用阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)作为表面修饰剂和稳定剂,制备了阳离子型银纳米粒子(PEI-AgNPs),在此基础上,利用银纳米粒子与透明质酸(HA)通过层层自组装技术(Lb L),构建具有抗污和杀菌功能的材料表面(HA/PEI-AgNPs),实现防止细菌生物膜形成的目的。总之,本论文利用银纳米粒子作为抗菌剂并进行表面修饰,从杀灭成熟细菌生物膜和防止细菌生物膜形成两个方面,解决细菌生物膜引起的慢性周期性感染的问题。具体研究内容如下:(1)为了降低纳米银对哺乳动物正常细胞的毒性,同时提高银纳米粒子的抗菌活性,以及对成熟细菌生物膜的渗透和杀灭作用。我们制备了由羧酸甜菜碱(CB)修饰的银纳米粒子(AgNPs-LA-OB)新型纳米复合材料,展现了由负电荷到正电荷转化的pH响应特性,这使得AgNPs能够与健康组织中(pH～7.4)的哺乳动物细胞展示出优异生物相容性,同时在酸性细菌感染位置(pH～5.5)基于静电相互作用迅速表现出对负电荷细菌表面的强烈粘附,并且AgNPs能够有效渗透到细菌生物膜中,杀死嵌入在酸性生物膜环境中的细菌。实验结果表明,所设计的两性离子银纳米粒子具有良好的抗菌和消除细菌生物膜的能力,且与红细胞(RBCs)相比,AgNPs-LA-OB对细菌展示出了令人满意的选择性,这使得AgNPs-LA-OB成为一种有前景的抗菌纳米药物在生物医学领域中应用。(2)为了治疗细菌生物膜感染,一种手段是杀灭成熟的生物膜结构,阻止疾病的恶化,另一种手段是防止细菌的粘附从而抑制生物膜的形成。内容一制备的AgNPs-LA-OB用于清除已形成的生物膜群落,实现提高纳米银杀菌性能并且能够完成对细菌生物膜的有效渗透和清除,但是要想达到进行体内的应用,其细胞相容性还需进一步完善。这些实验结果促使我们进一步思考,可否在利用银纳米粒子优异杀菌性能的基础,设计具有抑制细菌粘附功能的表面用于防止生物膜的形成,从而阻止感染的发生。具体来说,在本章节里,我们提出用阳离子聚合物修饰银纳米粒子(PEI-AgNPs),采用层层自组装的方法,设计并构建了酶响应型可降解(HA/PEI-AgNPs)层层自组装多层膜。由于透明质酸(HA)具有高度的生物相容性和负电荷特性,我们期望(HA/PEI-AgNPs)多层膜可以降低AgNPs对哺乳动物细胞的细胞毒性,在最外层的负电荷HA,也可以有效减少细菌粘附。然而在发生细菌感染时,微环境过度表达透明质酸酶可以将其降解剥落,从而引发释放阳离子纳米银,实现高效杀菌。此外,酶降解使透明质酸从表面可控逐渐剥落而释放菌体,实现“自我清洁”的功能。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对多层膜进行了表征,结果证明随着交替沉积双层膜的数量增加,膜厚逐渐增大。多层膜在酶和细菌溶液中的自降解剥落行为暗示出其具有良好的按需释放性能。体外抗蛋白质粘附实验证明多层膜可以有效地抵抗蛋白粘附。标准平板计数法和活死细菌染色法检测结果显示多层膜具有良好的抗细菌粘附和杀菌性能。因此,(HA/PEI-AgNPs)层层自组装多层膜可以有效地抑制生物膜感染相关疾病的发生,对于设计新型生物膜清除策略具有重要意义。