摘要
包括细菌和病毒在内的致病菌感染及其引发的疾病严重危及着人类的健康，特别是近年来新冠病毒的传播给人们的健康及出行带来了巨大影响，减少细菌在基材表面的附着可以减少生物膜的形成。因此，利用表面形貌减少微生物感染和生物膜形成的研究逐渐受到关注。与无机纳米微粒、有机小分子以及复合抗菌剂相比，具有可控微观结构和表面化学的聚合物微球，不仅具有调控结构和活性的优势，还可用于提升综合抗菌性能。本论文，以常见单体，即：丙烯酸酯类单体、苯乙烯衍生物和卤代烷为聚合单体，采用不同聚合方法设计、合成了一系列形貌可控的季铵化共聚物。根据三种不同的抗菌聚合物的合成方法探讨聚合物形貌和不同类型材料对抗菌性能的影响。论文主要研究内容和结果如下： 第1章，首先，综述了材料微生物污染、抗菌剂的主要类型及应用、聚合物抗菌原理及其应用；其次，对不同形貌聚合物的合成及其抗菌性能进行论述。 第2章，通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合（RAFT）反应，以2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸（DMP）为RAFT链转移剂、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为聚合单体，首先合成大分子链转移剂PMMA-CTA。随后，以PMMA-CTA为大分子链转移剂，以甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯（DMAEMA）为共聚单体、二甲基丙烯酸乙烯酯（EGDMA）为交联剂，成功合成了交联的嵌段共聚物PMMA-b-P(DMAEMA-co-EGDMA)（PM-PDE）。进一步将PM-PDE与卤代烷进行季铵化反应，并与水进行溶剂化作用，得到具有高正电荷密度的可调阳离子多孔材料（PCaPM）。采用FT-IR、SEM、XPS、1H-NMR和BET对其结构组成进行表征分析。测试了PCaPM的乳化性能。评估了PCaPM对大肠杆菌（E.coli）、金黄色葡萄球菌（S.aureus）和苹果树腐烂菌（V.mali）的抗菌活性，并探讨了其主要的抗菌机理。结果表明：PCaPM不但具有良好的乳化性能，而且表现出较好的抗菌活性。培养24h后，PCaPM3(Br)对E.coli和S.aureus的最小抑菌浓度为0.80mg/mL，PCaPM3(I)对于E.coli和S.aureus的最小抑菌浓度为1.60mg/mL。另外，PCaPM3(Br)的V.mali也表现出良好的抗真菌活性。 第3章，首先，以亲水刚性单体对苯乙烯磺酸钠（SSS）和疏水性苯乙烯（St）为共聚单体，二烯丙基二甲基氯化铵（DMA）为交联剂，正己烷为造孔剂，通过乳液界面聚合法成功合成了空心镂空微球（HCMs）。进一步将含有亲水性磺酸钠基团（-SO3Na）的空心镂空微球通过离子交换反应进行季铵化，得到季铵化空心镂空微球（QHCMs）。采用FT-IR、TEM、XPS、SEM、Size和接触角测试对其结构等进行了表征分析。利用E.coli和S.aureus，对QHCMs的抗菌活性进行了考察。结果表明，具有释放型抗菌活性的QHCMs具有一定的浓度依赖性，QHCMs对E.coli和S.aureus的最小抑菌浓度为0.32mg/mL。 第4章，采用溶液聚合法，在氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）分散液中，以乙烯基三甲氧基硅烷（VTMO）、甲基丙烯酸苄基酯（BzMA）和[α-(甲基丙烯酰基-氨基)丙基]三甲基氯化铵（MPAC）为共聚单体，成功制备了季铵化核壳状硅烷包覆的ZnONPs（ZnAVBM）。采用FT-IR、SEM、XPS、XRD、TEM和粒径对其结构、组成及性能进行了表征分析。评估了ZnAVBM对E.coli和S.aureus的抗菌活性，考察了不同单体比例对ZnAVBM形貌与抗菌性能的影响。结果表明，ZnAVBM在24h内具有出色的抗菌活性，对S.aureus的最小抑菌浓度为0.16mg/mL，对E.coli的最小抑菌浓度为0.32mg/mL。 总之，以常见单体，即：丙烯酸酯类单体、苯乙烯衍生物和卤代烷为聚合单体，采用RAFT聚合、乳液界面聚合和溶液聚合等不同方法，制备了接触型、释放型和无机/有机型抗菌材料。并通过精确调控溶剂极性、交联剂用量、单体类型和比例等重要参数，设计合成了不同微观结构和不同表面化学性能的季铵化高分子抗菌材料，有效提升了其抗菌活性，并可用于不同的抗菌领域。
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