相比有机小分子抗菌药物,天然抗菌肽具有广谱性、耐药性以及生物相容性、可降解性等诸多优点。本课题以天然抗菌肽为蓝本对壳聚糖进行化学改性,合成制备了两亲性的生物抗菌材料,并对其抗菌性能进行了详细研究。相关的研究内容可分为三个部分:第一部分:双亲性壳寡糖季铵盐的制备基于抗菌肽的基本模型:既具有亲水基团又具有疏水基团,在此基础上产生良好的抗菌性能,因此以它为模板合成具有良好水溶性抗菌材料。本章节选用壳聚糖寡糖为骨架,在-NH2上引入缩水甘油三甲基氯化铵形成壳寡糖季铵盐,再加入丙醛、苯甲醛引入烷基疏水侧链基,产物疏水侧链的取代度一般随着加入的醛的比例增大而增大;同时比较在不同的pH下,中性水溶液更有利防止季铵盐的水解,但弱酸条件下的壳聚糖季铵盐水解也可使接枝疏侧链的取代度增大。最后通过红外光谱、核磁共振对双亲性材料进行结构鉴定及取代度计算。借助于菌落计数法、比浊法,对双亲性的壳寡糖衍生物的抗菌性能进了定性和定量的检测。研究结果表明:(1)双亲性壳寡糖衍生物对E.coli和S.aureus都有显著的抗菌效果,且都随着疏水性侧链基团的取代度增大而抗菌效果增强。(2)对比引入的丙基和苄基发现,疏水性链长度与抗菌性能无明显变化,这可能是引入的疏水性侧链越长,两亲性材料的水溶性变差,因而在中性条件下抗菌性能测定有一定的误差。(3)对比取代度不同的季铵盐,抗菌效果表现出季铵盐取代度越小越有利抗菌效果的发挥。(4)壳寡糖及其衍生物抑制S.aureus的效果都优于抑制E.coli;抗S.aureus在400 ppm下抑菌效果就可达到99%以上,E.coli则需要在1800 ppm以上才表现出良好的抑菌效果,疏水基团的引入更有利于材料抑制E.coli的生长。综合分析实验的抗菌结果,以抗菌肽为抗菌模型制备的双亲性壳寡糖衍生物抗菌效果明显,且与疏水侧链数目呈正相关,这与材料设计的初衷吻合第二部分:N-壳聚糖季铵盐的合成本章节合成的设计是基于在同一个-NH2上的N引入疏水侧链的同时形成带正电荷的铵盐。首先通过斯韦勒-克拉克(Eschweiler—Clarke)甲基化反应,使壳寡糖上的胺基完全甲基化,再在N的二甲基上引入溴代烷烃形成带阳离子电荷的水溶性季铵盐,对产物进行红外光谱、核磁共振、元素分析,以此对其结构进行表征及取代度计算。实验结果表明,该方案基本可行,能够制备亲水、疏水基团同在一条侧链上的季铵盐衍生物。可惜的是,课题进行过程中,已有类似工作发表在国际期刊Biomacromolecular上面,具有类似结构的壳寡糖季铵盐衍生物具有优异的抗菌性能,为此我们主动停止了该子课题的后续研究。第三部分:壳聚糖降解由于高分子壳聚糖容易形成分子间的氢键使得水溶性不佳,因而采用无污染、高效、经济的双氧水法降解壳聚糖,探讨双氧水氧化降解机理及规律,制备水溶性低分子壳聚糖。实验结果表明:壳聚糖的氧化降解是符合无轨降解的,降解速度在反应前的3 h表现最快;当降解时间达到7 h以上,降解速度变得很缓慢而且降解得到的产率随降解时间的增大而减小。