有害细菌入侵生物体形成生物膜,为内部细菌的生长提供保护屏障,导致细菌感染性疾病。目前,临床最有效的方法是使用抗生素,但抗生素的滥用会导致细菌产生耐药性,且新抗生素的开发进展极为缓慢。为应对细菌生物膜的形成和耐药性问题,具有多重抗菌模式的纳米抗菌材料应运而生,然而生物毒性问题极大地限制了它们的应用。兼具有抗菌能力和生物相容性,并能够在不引发细菌耐药性的前提下有效地抗生物膜,成为纳米抗菌研究领域的重要科学问题。碳点（CDs）凭借低生物毒性、易于表面修饰和功能化等特点受到学者关注。基于此,本论文设计和构建了一系列抗菌CDs及基于CDs的抗菌复合体系。主要包括以下内容:首先,考虑到细菌对抗生素的耐药性以及生物膜对抗生素的抗性问题,基于抗生素纳米化的思想,采用一步煅烧法由硫酸庆大霉素直接制备系列CDs。当温度低于210℃时,CDs具有较佳的甚至优于抗生素前驱体的抗菌能力,当温度超过210℃后,CDs的抗菌活性迅速下降,直至消失。研究发现,一些CDs的抗菌活性来源于其表面保留的庆大霉素基团,然而它们不会像庆大霉素那样易于引发细菌耐药性,其中原因在于这些CDs的表面具有较高的正电位,而且能够在细菌内部诱导产生大量活性氧（ROS）。正是由于多重抗菌模式,CDs才不会引发细菌的耐药性。与相应的抗生素原料相比,抗生素CDs更容易穿透和破坏生物膜。此外,CD180对HEK 293T、HUVEC、L929和3T3等细胞毒性低,2000μg/m L条件下,细胞存活率仍达到91%以上。鉴于CDs表面化学对其抗生物膜性能的重要影响,通过水热法,分别用分子量为600、10000和25000的聚乙烯亚胺（PEI）和柠檬酸作为前驱体,制备聚多胺表面修饰的CDs(CD600、CD1w和CD2.5w)。随着所用PEI分子量的增大,CDs的抗菌和抗生物膜能力逐渐增强。研究表明,虽然三种CDs的表面基团和存在形式相同,然而这些基团在含量上有差异,特别是胺基,从而导致不同的抗菌能力。与庆大霉素CDs的抗菌模式有所不同,多胺修饰的CDs不会产生大量的ROS,它们的抗生物膜活性与其表面化学有关,主要是阳离子表面促进穿透生物膜。同时,这种表面性质也降低了CDs的生物相容性,与抗菌能力正相反,CD600、CD1w和CD2.5w的细胞毒性依次增加。为同时兼顾抗菌活性和生物相容性,受抗菌肽启发,通过热解法由赖氨酸和精氨酸制备了CDLys和CDArg。它们抗菌和抗生物膜性能优良,而且不易引发细菌耐药性。CDLys和CDArg能够通过阳离子静电作用和ROS氧化作用破坏细菌细胞膜导致成分外泄,如β-半乳糖苷酶等,还会抑制线粒体中TTC脱氢酶的活性。值得关注的是,CDLys和CDArg不仅没有溶血活性和细胞毒性,而且能够促进3T3、BMSCs和HUVECs等细胞的增殖,具有超常的细胞选择性。这是由于CDLys和CDArg可以有效抑制E.coli和S.aureus的SOD和CAT酶活性,而对哺乳动物细胞的SOD和CAT酶活性基本没有抑制作用,因此细菌没有足够强的抗氧化能力来清除过量的ROS,从而实现高细胞选择性。动物实验表明,CDLys和CDArg在小鼠背部伤口处能够减轻炎症、加速伤口愈合和促进组织修复。在上述研究基础上,考虑到生物膜的微酸环境,将具有酸响应性且带负电的三嵌段聚合物（PEG-PEI-DMMA,PPD）通过静电自组装修饰于带正电的CDLys表面,制备酸响应抗生物膜纳米体系PPD@CDLys。在中性条件下,PEG在纳米体系表面形成水合层,起到“隐身”作用;而在弱酸条件下,响应性部件水解,PPD带电性质反转,导致纳米体系解组装。首先,PPD@CDLys的外层亲水性聚合物可以在生物膜中快速扩散,以增强纳米体系的渗透作用,同时,酸响应解离为m PEG-PEI和CDLys两个抗菌部分;然后,通过静电接触和ROS氧化等作用,发挥协同抗生物膜的效果。250μg/m L的PPD@CDLys在60 min内可以完全破坏成熟的金黄色葡萄球菌（S.aureus）生物膜。生理条件下,该纳米体系对L929细胞显示出良好的细胞相容性,对于血红细胞（RBCs）,即使当PPD@CDLys的浓度高达2000μg/m L,溶血活性仍处于零水平。为拓展CDs的应用,通过两步煅烧法制备了庆大霉素CDAG以构建纳米复合席夫碱抗菌水凝胶体系。一方面,CDAG产率高,不仅具有多重抗菌机制,不会引发细菌耐药性,而且抗生物膜活性优异。另一方面,CDAG复合水凝胶具有良好的粘弹性、可注射性和自愈合性,还可以通过席夫碱键的酸响应功能感应外界p H的变化,实现按需释放CDAG。该复合水凝胶对S.aureus生物膜的抑制率高达93.6%,同时具有优异的生物相容性。与商用抗菌水凝胶相比,复合水凝胶治疗后的伤口上皮和结缔组织显示出更好的完整性和规整性,生成了较多的成纤维细胞、血管和毛囊,肉芽组织也比较厚。综上所述,本文主要致力于新型CDs抗菌纳米材料的构建与抗生物膜应用研究,结合CDs低生物毒性、易于表面修饰和功能化等特点,最终实现兼具有抗菌能力和生物相容性并能够在不引发细菌耐药性的前提下有效地抗生物膜的目的。