聚多巴胺探针平台构建与实时快速检测和抑制超级细菌的应用研究

Development of antibacterial agents and sensing systems for superbugs has long been considered to be a research hotspot, but remains greatly challenging. During the last decade, numerous effective antibacterial agents have been investigated including small molecular antibiotic, noble metal nanoparticles, antibacterial peptides, and polymers. However, superbugs show rapid differentiation and invasion. As a consequence, real-time detection of superbugs and subsequently effective inhibition and killing of superbugs are great significant, while remains greatly challenging. Polydopamine has shown great potential in the development of biological sensing systems, due to its unique physical and chemical properties. However, few studies have investigated the applications of polydopamine-based multifunctional nanomaterials in sensing and killing bacteria. This project aims to realize simultaneous visual detection and killing bacterial using polydopamine nanomaterials with specific modifications. This project will be greatly significant because it can not only compete to occupy a commanding height in the development novel nanoscale antibacterial agents and bacteria detection systems in China, but also promote the related fundamental research.

抗菌剂和超级细菌的检测体系开发一直是研究的热点，例如，近十年来涌现了许多具有很好抑菌效果的小分子抗生素、纳米贵金属抗菌剂、抗菌多肽以及抗菌聚合物等等。然而，细菌具有快速增殖和扩散的特点，因此实现对细菌快速和实时的探测和成像，并同时对超级细菌的进行抑制和清除非常重要。但是，这面的研究的开展工作处于探索阶段。聚多巴胺具有许多优良的物理化学性质， 在国内外还鲜有聚多巴胺双功能纳米可视化探针用于病原体细菌检测和杀灭的文献报道。本项目利用聚多巴胺纳米材料易于功能化修饰等优良的性质，通过引入相应的功能化基团，实现对病原体细菌可视化检测和有效的杀灭。因此，该项目的实施具有重要的意义，这不仅有利于我国在开发新的纳米抗生素和检测探针方面抢占制高点，同时也对相关的基础研究产生有效的推动作用。

抗菌剂和超级细菌的检测体系开发一直是研究的热点，例如，近十年来涌现了许多具有很好抑菌效果的小分子抗生素、纳米贵金属抗菌剂、抗菌多肽以及抗菌聚合物等等。然而，细菌具有快速增殖和扩散的特点，因此实现对细菌快速和实时的探测和成像，并同时对细菌的进行抑制和清除非常重要。但是，这面的研究的开展工作处于探索阶段。聚多巴胺具有许多优良的物理化学性质，在国内外还鲜有聚多巴胺双功能纳米可视化探针用于病原体细菌检测和杀灭的文献报道。本项目利用聚多巴胺纳米材料易于功能化修饰等优良的性质，通过引入相应的功能化基团，实现对病原体细菌可视化检测和有效的杀灭。我们首先研究了聚多巴胺纳米抗菌材料能否有效地消除炎症导致的自身损伤，通过详细的研究我们揭示了聚多巴胺纳米材料能通过催化、加成、螯合等方式消除体内引起广泛炎症损伤的四类主要自由基，我们进一步发现聚多巴胺能在细胞水平保护细胞免受这些自由基的损伤，同时也能消除巨噬细胞活化后产生的自由基。随后，在可视化检测细菌方面，我们通过引入聚丁二炔作为可视化比色检测的基团，通过咪唑功能化修饰聚丁二炔，得到了对细菌细胞膜的主要成分磷脂酸的快速灵敏检测的可视化探针。我们通过理论计算验证了检测的机制，并通过一系列的实验证明该检测方法特异性和高灵敏性的根源。最后，我们通过将含巯基的12种配体功能化修饰到聚多巴胺纳米材料表面，通过一系列的抗菌性质的实验研究，我们发现两种含有带正电荷的含N基团能起到非常好的抑菌效果。此研究为进一步阐明聚多巴胺的抗炎症机制、为利用生物兼容性材料制备抗菌新材料提供理论依据。该项目一共发表论文6篇，其中两篇发表在JACS、一篇 发表在Aanl. Chem.上，授权专利2项。