水溶性纳米氧化石墨烯-酞菁功能复合材料的构筑及其抗菌机制研究

Infections from antibiotic-resistant bacteria pose a significant threat to human health and estate, and this is challenging for the design and development of novel antibacterial materials. Phthalocyanine is a kind of antibacterial agent which is used for photodynamic antimicrobial chemotherapy, without the emergence of bacterial resistance. However, it has no broad-spectrum antibacterial activity and poor water solubility. Therefore, it is an effective way to improve the antibacterial property and water solubility of the phthalocyanine by functionalization and generation of the composites. In this project, a series of nanographene oxide-phthalocyanine with high photodynamic antimicrobial activity and outstanding water solubility is designed by the introduction of functional groups (positive charge, water soluble polymer antibacterial) on the phthalocyanine molecule, using noncovalent functionalization of pai-pai interaction. The new functional materials will have photodynamic antimicrobial activity and complementary antibacterial functions to act against gram-positive and gram-negative bacteria. The mechanism of antimicrobial interaction between the composite materials against bacterial cytomembrane and cytoplasmic contents is explored. These researches have important significance for the treatment of infectious diseases.

细菌感染对人类健康和财产造成了巨大威胁，设计和发展新型高效抗菌材料具有重要意义。酞菁是一种用于光动力抗菌化学疗法且不引起细菌产生耐药性的抗菌剂，但其不具有广谱抗菌作用且水溶性差，因此，通过功能化修饰并制成复合材料是提升其抗菌性和水溶性的有效途径。本项目基于酞菁分子的这些问题，拟在酞菁分子上分别引入正电荷、水溶性抗菌高分子等功能基团，采用纳米氧化石墨烯作为功能化酞菁的载体，通过非共价键功能化，构建一系列光动力学抗菌活性高且水溶性好的纳米氧化石墨烯-酞菁复合材料。该新型功能材料在保持氧化石墨烯本身抗菌活性的基础上，将同时拥有光动力学抗菌特性，以期发挥二者的协同作用实现广谱抗菌的效果，从而避免耐药菌的发生。并系统研究其对革兰氏阳性菌和阴性菌的抗菌活性及材料结构与抗菌性能的构效关系，探索复合材料与细菌细胞膜及胞内物质相互作用的新机制，为有效治疗细菌感染疾病提供新途径和新方法。

细菌感染对全世界人类健康造成了巨大威胁，设计和发展新型高效抗菌材料具有重要意义。酞菁是一种用于光动力抗菌化学疗法且不引起细菌产生耐药性的抗菌剂，但其不具有广谱抗菌作用且水溶性差。本项目基于酞菁分子的这些问题，先在酞菁分子上引入功能基团，再采用氧化石墨烯作为功能化酞菁的载体，通过非共价功能化作用，构建抗菌活性高且水溶性好的氧化石墨烯-酞菁新型复合材料，提出了一种高效、快速愈合细菌感染创面的协同抗菌光疗方法。研究表明，本项目设计的纳米复合材料在光照下具有优良的光热转化效率，可快速产生单线态氧，并能物理切割细菌细胞膜。而且，该纳米复合材料带有正电荷可以很容易地通过静电相互作用捕获表面带负电荷的细菌。这种多重抗菌效果的协同效应有望在提高光控抗菌活性的同时减少细菌耐药性的出现。光照后，局部高温和单线态氧的产生可导致革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的死亡。抗菌机理表明，这种纳米复合材料能引起细菌形态的巨大破坏和细胞内物质的泄漏，最终导致细菌死亡。体内实验结果表明，所制备的纳米复合材料结合光触发抗菌治疗能高效清除感染伤口表面的细菌并抑制细菌感染创面的炎症反应，促进细菌感染创面的快速愈合与创面组织修复。本项目提出的抗菌材料有望作为新型伤口敷料应用于生物医药和光动力治疗，为有效治疗细菌感染疾病提供新途径和新方法。