抗菌材料在人们的日常生活中常用于抑制家用器皿、电器表面细菌的滋生，防止食品包装、卫生材料、医用器械及植入材料的细菌污染。目前，抗菌材料种类繁多，包括无机、有机和天然抗菌材料等，它们使材料具有杀灭霉菌、真菌、病毒或抑制其生长与繁殖的功能。但在使用过程中，抗菌材料仍存在浸出、时效短、毒性等问题。因此，亟待开发抗菌活性高、生物相容性好和非浸出性的新型抗菌材料。
树枝状大分子是具有独特高支化度、纳米尺度和大量末端功能基团结构的聚合物。因此，该类聚合物是潜在的杀菌剂和纳米抗菌药物递送载体。其结构中，高分支结构提供了较大的表面积-体积比，使其对微生物有较高的反应活性；多个表面功能基团使其易于通过化学反应改性，并调节抗菌性质或连接靶向配体；重复支化单元形成的内部空腔可与小分子抗菌剂或纳米银等结合，形成纳米复合材料。
聚酰胺胺是生物医学领域研究最为广泛的树状大分子，代数高的PAMAM表现出更好的杀菌效果。Holmes等研究发现，PAMAM树枝状分子的抗菌性与其代数(Gn)、浓度和末端基数目成正相关。随着PAMAM代数的增加，其末端胺基PAMAM基数目呈指数倍增，代数越高的PAMAM对金黄色葡萄球菌所需的最小抑菌浓度(MIC)越低。其中，G2 PAMAM的MIC是26.77μg/mL，而G5 PAMAM仅为2.881μg/mL。
聚酰胺胺的端基对其抗菌性能具有重要影响，例如与G3 PAMAM比较，酯端基G2.5 PAMAM和胺端基G2PAMAM都具有较高的抗菌活性，其最低抑菌浓度(MICs)/最低杀菌浓度(MBCs)较低。其中，氨端基PAMAM对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)具有很高的杀菌活性，而G2.5 PAMAM则对其无抑制作用。此外，将PAMAM端基进行季铵盐改性能进一步提高其抗菌性能。He等制备的G2 PAMAM改性的新型壳聚糖四级铵盐(HTCC)水凝胶PAMAM/HTCC对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌具有抗菌活性。PAMAM/HTCC水凝胶具有三维多孔网络结构、良好的溶胀性与pH敏感性。研究表明，PAMAM/HTCC水凝胶的抗菌性能优于未交联G2 PAMAM和壳聚糖四级铵盐的抗菌性能，提高G2 PAMAM含量或季氨盐复合材料的含量均可提高水凝胶的溶胀性和抗菌性能。其可能的抗菌机理为带有正电荷的氨基通过静电相互作用与带有负电荷的细菌细胞膜结合，破坏外膜和内膜之间的营养物质交换，引起细胞膜的解体，使细胞内成分泄漏，导致细菌的死亡。
PAMAM端氨基数目越多，杀菌效果越好，然而其细胞毒性也相应增加。因此，同时具有高杀菌活性和低细胞毒性的树枝状分子是该领域的研究热点。Guo等以肽链修饰G4PAMAM，合成了具有较低毒性的树枝状分子SSP-PAMAM-NH2。研究发现，SSP-PAMAM-NH2经分子间静电相互作用形成聚集体，并在羟基磷灰石(HA)上有较高的吸附量，两者之间的结合强度可抵御磷酸盐平衡生理盐水(PBS)的洗涤。该材料在PBS中保存4周，仍旧保持了抗菌性质。动物实验表明，SSP-PAMAMNH2可显著减少HA植入物的细菌感染。
影响树枝状大分子材料抗菌性能的因素较多，主要分为内部因素和外部因素两大类。其中，内部因素是指树枝状大分子的分子量、支化度、端基种类、端基数目、纳米复合物等；外部因素包括体系的温度、浓度、pH值及其与细菌的接触时间等。抗菌树枝状大分子的支化度或分子量越高，则其端基数目越多，比表面积越大，较少用量时即表现出良好的杀菌性能。通常具有氨基或者季铵盐等阳离子型表面官能团的树枝状大分子杀菌性能更好，其主要的作用机理是通过静电相互作用附着于带负电的细菌表面。当作用浓度较低时，通过改变细胞膜的渗透性抑制细菌生长；当作用浓度较高时，不仅可使细胞膜表面的蛋白质失活，而且能够插入到细胞膜的磷脂双分子层，引起钾离子外渗，并最终导致细菌细胞膜的裂解，从而起到杀菌效果。由无杀菌性能的单分子生物原料合成的树枝状聚合物通过密集的端功能基团增强了其在细菌细胞膜上的吸附性能，改变了细菌细胞膜脂双层的渗透性和流动性，表现出显著的抑菌作用。
参考文献：
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威海晨源分子新材料有限公司成立于2011年，是一家国家级高新技术企业。公司先后获批山东省工程技术研究中心、山东省品牌国际科技合作基地、山东省院士工作站、山东省知名品牌、山东省隐形冠军等技术创新平台及荣誉。创始人李武松博士毕业于北京大学，是中国树枝状聚合物产业化的创始人，先后获得山东省组织部颁发的山东省泰山产业领军人才，山东省人社厅颁发的山东省有突出贡献的中青年专家，山东青年五四奖章、山东省优秀科技工作者、2018年度威海市市长质量奖、威海市科学技术一等奖、威海市十大杰出青年、2020“大国之材”年度人物，荣获共青团中央和人社部颁发的第十一届中国青年创业奖等荣誉称号。
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