基于高分子N-卤胺的抗菌纳米复合材料的可控制备、生物学效应及其循环利用研究

In this project, a novel recyclable antibacterial nanocomposites Fe3O4@SiO2@N-halamine with superparamagnetic and regeneratable antibacterial properties will be developed via the combination of Fe3O4 with polymer N-halamine. The controllable preparation, biological effect, structure-activity relationship, regeneratable performance, and the antibacterial kinetics during the recycling will be systematically studied. The antibacterial mechanism of Fe3O4@SiO2@N-halamine on the cytomembrane and inside the bacterial cell will be defined via the investigation of the biological effect and structure-activity relationship. The recyclable antibacterial application will be achieved by the synergism of regenratable function and antibacterial kinetics study. Most importantly, compared with the former antibacterial agents, Fe3O4@SiO2@N-halamine prepared in this project can meet the demand of combining efficient sterilization, magnetical separation, and recycling behaviour into one single entity. This project will provide a new idea and theoretical basis for the recycling of antibacterial nanocomposites, and lay the foundation for practical application.

本项目拟开发一种新型可循环利用的抗菌纳米复合材料Fe3O4@SiO2@N-卤胺，通过Fe3O4与高分子N-卤胺的复合，使该纳米复合材料同时具备超顺磁性和可再生抗菌功能。本项目将系统研究Fe3O4@SiO2@N-卤胺的可控制备、生物学效应、构效关系、再生性能以及在循环利用过程中的杀菌动力学特性。通过探索Fe3O4@SiO2@N-卤胺对常见致病菌的生物学效应与构效关系，确立Fe3O4@SiO2@N-卤胺在细菌细胞膜和胞内的作用机制。探究Fe3O4@SiO2@N-卤胺在循环过程中的杀菌动力学特性，与材料再生性能相结合，实现Fe3O4@SiO2@N-卤胺的循环利用。本项目所研制的Fe3O4@SiO2@N-卤胺抗菌纳米复合材料将解决传统抗菌材料很难同时达到高效杀菌、磁分离与循环利用的协同效果。本项目将为抗菌纳米复合材料在杀菌领域中的循环利用提供新的思路和理论依据，并为实际应用奠定了基础。

微生物污染已成为世界各国普遍关注的热点问题，关系到人类的健康、经济的发展和社会的稳定。因此，预防生活环境中各类病原性微生物对人类健康的侵袭，避免由此引发的各种感染性疾病，研制及应用抗菌材料己成为科研及生产领域的热门课题之一。在诸多抗菌材料中，N-卤胺化合物由于其独特的性质一直以来受到学术界的高度重视。本项目利用多种先进的化学合成方法成功制备了基于高分子N-卤胺的抗菌纳米复合材料（如：N-卤胺纳米粒子、SiO2@N-卤胺核壳纳米粒子、Fe3O4@SiO2@N-卤胺核壳纳米粒子等），并进行了系统全面表征分析。在可控制备方面，通过反应参数的有效调控得到了不同化学结构、形貌尺寸、有效氯含量的高分子N-卤胺。以所合成的高分子N-卤胺为研究对象，探究了其对常见致病菌（如：大肠杆菌、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌等）的杀灭活性，并依据高分子N-卤胺的结构与抗菌活性之间的对应关系建立了明确的构效关系。借助高分子N-卤胺自身的可再生特性和Fe3O4纳米粒子的超顺磁性，探索了高分子N-卤胺抗菌纳米粒子的循环利用可行性。本项目所研制的高分子N-卤胺抗菌纳米复合材料解决了传统抗菌材料很难同时达到高效杀菌、磁分离与循环利用的协同效果。本项目为抗菌纳米复合材料在杀菌领域中的循环利用提供新的思路和理论依据，并为实际应用奠定了基础。