本發(fā)明涉及一種光響應(yīng)-精油協(xié)同抗菌聚合物及其在對(duì)抗多重耐藥菌中的應(yīng)用，屬于生物抗菌高分子材料。

背景技術(shù)：

1、細(xì)菌感染作為人類(lèi)健康的重要威脅，其病理學(xué)影響貫穿整個(gè)文明發(fā)展史。這類(lèi)感染不僅引發(fā)局部組織損傷，更可導(dǎo)致系統(tǒng)性病理反應(yīng)，包括化膿性皮炎、感染性心內(nèi)膜炎、膿毒癥及慢性器官功能衰竭等多種臨床并發(fā)癥?？股氐呐R床應(yīng)用(尤其是20世紀(jì)青霉素的發(fā)現(xiàn))徹底改變了感染性疾病的治療模式，顯著降低感染相關(guān)死亡率，并為現(xiàn)代外科手術(shù)及腫瘤化療等侵入性治療提供了安全保障。以β-內(nèi)酰胺類(lèi)和多粘菌素為代表的抗菌藥物，在控制革蘭氏陽(yáng)性及陰性菌感染方面曾取得顯著成效。然而，隨著抗菌藥物的廣泛使用，微生物通過(guò)遺傳變異、選擇壓力及藥物濫用等途徑，逐步進(jìn)化出復(fù)雜耐藥機(jī)制。微生物耐藥機(jī)制具有顯著的種屬特異性，細(xì)菌可能對(duì)某些抗生素具有內(nèi)在耐藥性，也可以通過(guò)染色體基因突變和水平基因轉(zhuǎn)移獲得對(duì)抗生素的耐藥性。細(xì)菌種類(lèi)對(duì)特定抗生素的內(nèi)在抗性是由于固有的結(jié)構(gòu)或功能特征而抵抗該抗生素作用的能力，單個(gè)菌種內(nèi)在耐藥性的最簡(jiǎn)單例子是由于缺乏特定抗生素的敏感靶標(biāo)；例如，殺菌劑三氯生對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和許多革蘭氏陰性菌具有廣泛的療效，但它不能抑制革蘭氏陰性菌銅綠桿菌；大腸埃希菌對(duì)萬(wàn)古霉素的天然不敏感性；假單胞菌屬對(duì)三氯生的固有抗藥性等。細(xì)菌還可以獲得或發(fā)展對(duì)抗生素的耐藥性。這可以通過(guò)多種機(jī)制介導(dǎo)，這些機(jī)制分為：①由于細(xì)菌滲透不良或抗生素外排導(dǎo)致抗生素細(xì)胞內(nèi)濃度最小化；②通過(guò)基因突變或靶標(biāo)的修飾來(lái)修飾抗生素靶點(diǎn)；③通過(guò)水解或修飾使抗生素失活。例如，腸桿菌科細(xì)菌通過(guò)接合性質(zhì)粒獲得喹諾酮類(lèi)耐藥基因，導(dǎo)致此類(lèi)藥物的臨床療效顯著降低。耐萬(wàn)古霉素腸球菌的出現(xiàn)更凸顯耐藥基因傳播的嚴(yán)重性，這類(lèi)多重耐藥菌已成為院內(nèi)感染防控的重點(diǎn)對(duì)象。

2、光動(dòng)力療法(pdt)作為一種前景廣闊的非侵入性癌癥治療方式，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。在過(guò)去30年，氯、酞菁、四吡咯、bodipy等多種新型光敏劑(ps)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)實(shí)體腫瘤的臨床治療，此外，金絲桃素、孟加拉玫瑰、尼羅河藍(lán)衍生物和亞甲基藍(lán)等也已用于臨床試驗(yàn)中，并且一些創(chuàng)新策略被提出，以期提高ps的治療效果。ps本身對(duì)細(xì)胞無(wú)毒，但在光照和氧分子作用下，會(huì)產(chǎn)生活性氧(ros)，從而破壞細(xì)胞的蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、膜及細(xì)胞器，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。pdt相較于傳統(tǒng)治療方法(如手術(shù)、化療和放療)具有諸多優(yōu)勢(shì)。首先，pdt僅在特定光照激活后發(fā)揮作用，能有效降低全身毒性。其次，ros不僅能直接損傷癌細(xì)胞，還能破壞腫瘤血管，進(jìn)而促進(jìn)免疫系統(tǒng)識(shí)別和攻擊癌細(xì)胞。此外，pdt是一種局部選擇性治療方法，可與手術(shù)、化療或放療聯(lián)合使用，也能有效應(yīng)對(duì)多藥耐藥問(wèn)題。并且隨著納米材料的廣泛應(yīng)用，pdt的滲透性和滯留性(epr效應(yīng))得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。

3、植物精油作為一種天然來(lái)源的抗菌劑通常包含多種具有抗菌活性的單體成分，主要是萜類(lèi)化合物尤其是單萜(c10)和倍半萜(c15)。此外，精油中還可能含有二萜類(lèi)化合物(c20)以及醇、醛、酚、酮、脂肪烴、內(nèi)酯類(lèi)化合物等其他化學(xué)成分。精油的獨(dú)特性質(zhì)使其成為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中不可或缺的一部分，尤其在抗氧化、抗菌、消炎、解痙、止痛等方面廣泛應(yīng)用。由于其強(qiáng)烈的香氣和藥理作用，精油被廣泛應(yīng)用于食品保鮮、外用藥物以及日常健康護(hù)理等領(lǐng)域。研究表明，精油及其成分能夠有效抑制細(xì)菌、酵母和霉菌的生長(zhǎng)，成為替代傳統(tǒng)化學(xué)抗菌劑的天然選擇。精油對(duì)細(xì)菌的作用機(jī)制較為復(fù)雜，主要通過(guò)以下幾種途徑發(fā)揮抗菌效果：首先，精油可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞的泄漏和死亡；其次，它們能夠干擾細(xì)菌的能量代謝系統(tǒng)，改變細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)流動(dòng)和代謝過(guò)程；此外，精油還可影響細(xì)菌的蛋白質(zhì)合成、dna復(fù)制及代謝組，改變細(xì)胞形態(tài)，抑制細(xì)胞分裂和運(yùn)動(dòng)性，甚至通過(guò)破壞細(xì)菌的生物膜來(lái)降低其致病性。部分精油成分還能調(diào)節(jié)細(xì)菌的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)和影響其毒性，進(jìn)一步增強(qiáng)其抗菌作用。

4、然而，甲苯胺藍(lán)o(tbo)作為親水性陽(yáng)離子光敏劑，其過(guò)度親水性導(dǎo)致膜親和力不足，且分子聚集易降低ros量子產(chǎn)率，這些方面降低了pdt效率。此外，精油易揮發(fā)，水溶性差，在高溫、光照等環(huán)境條件下穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)限制了其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。同時(shí)，精油在加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及消費(fèi)過(guò)程中，由于高溫、濕氣、光照和氧氣等因素的作用，可能會(huì)發(fā)生降解，導(dǎo)致精油失效，甚至產(chǎn)生有毒衍生物。

5、文獻(xiàn)(wang?z.,bai?h.,lu?c.,et?al.light?controllable?chitosan?micelleswith?ros?generation?and?essential?oil?release?for?the?treatment?of?bacterialbiofilm[j].carbohydrate?polymers,2019,205533-539.)公開(kāi)了載有百里香酚的光控殼聚糖膠束，用于消除生物膜。然而，其并未能有效地提高tbo與細(xì)菌細(xì)胞的相互作用從而提高pdt效率，也未通過(guò)提高精油的親水性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決tbo過(guò)度的親水性以及精油的疏水性導(dǎo)致二者抗菌活性低的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提出一種光響應(yīng)-精油協(xié)同聚合物及其在對(duì)抗多重耐藥菌中的應(yīng)用。

2、本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的光響應(yīng)-精油協(xié)同的抗菌聚合物，利用甲苯胺藍(lán)o(tbo)與香茅醇(ct)的協(xié)同作用對(duì)抗多重耐藥菌。

3、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于水溶性陽(yáng)離子光敏劑分子甲苯胺藍(lán)o(tbo)與香茅醇(ct)協(xié)同作用對(duì)抗多重耐藥菌的應(yīng)用體系。

4、本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

5、一種光響應(yīng)-精油協(xié)同抗菌聚合物，所述的聚合物包括主鏈和接枝鏈，所述的主鏈為甲基丙烯酸縮水甘油酯單體(gma)和香茅醇基甲基丙烯酸甲酯單體(cma)接枝聚合高分子鏈，所述的接枝鏈由接枝單體甲苯胺藍(lán)o(tbo)接枝于主鏈上。

6、上述一種光響應(yīng)-精油協(xié)同抗菌聚合物的制備方法，包括以下步驟：

7、(1)合成香茅醇基甲基丙烯酸甲酯(cma)；在溶劑中，香茅醇與酰鹵發(fā)生酯化反應(yīng)合成cma，使用硅膠柱層析進(jìn)行純化；

8、(2)合成聚合物pg9c2；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2-溴代異丁酸甲酯作為引發(fā)劑，甲基丙烯酸縮水甘油酯(gma)和cma為單體，cubr為催化劑，2,2-聯(lián)吡啶(bpy)為配體，發(fā)生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)合成聚合物pg9c2；

9、(3)合成抗菌聚合物pg9c2t1；在溫和條件下，使用酸催化使tbo分子中的氨基與gma單體上的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)得到抗菌聚合物pg9c2t1。

10、所述單體香茅基甲基丙烯酸甲酯(cma)的合成路線(xiàn)如下：

11、

12、所述聚合物pg9c2和pg9c2t1合成路線(xiàn)如下：

13、

14、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述溶劑為二氯甲烷，所述酰鹵為甲基丙烯酰氯。

15、進(jìn)一步地，步驟(1)中，香茅醇與酰鹵的摩爾比為1:1-1:1.2。

16、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述酯化反應(yīng)的溫度為0-30℃，反應(yīng)時(shí)間為4-8h。

17、進(jìn)一步地，步驟(2)中，gma與cma的摩爾比為5:1-5.5:1。

18、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述聚合反應(yīng)的溫度為50-70℃，反應(yīng)時(shí)間為12-18h。

19、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述酸為鹽酸、硫酸、硼酸中的一種。

20、進(jìn)一步地，步驟(3)中，聚合物pg9c2與甲苯胺藍(lán)o的摩爾比為1:15-1:20。

21、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述開(kāi)環(huán)反應(yīng)的溫度為25-35℃，反應(yīng)時(shí)間為8-12h。

22、上述一種光響應(yīng)-精油協(xié)同抗菌聚合物在對(duì)抗多重耐藥菌中的應(yīng)用，尤其對(duì)金黃色葡萄菌及耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽(yáng)性菌具備較高的抗菌活性(對(duì)金黃色葡萄菌及耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的mic值為62.5μg?ml-1，對(duì)大腸桿菌的mic值為125μgml-1)。

23、本發(fā)明提出了一種新型的光響應(yīng)-精油協(xié)同抗菌聚合物用于對(duì)抗多耐藥菌。作為概念驗(yàn)證，首先將疏水性的香茅醇與甲基丙烯酰氯發(fā)生酯化反應(yīng)制得香茅基甲基丙烯酸甲酯(cma)單體，然后以2-溴代異丁酸甲酯作為引發(fā)劑，甲基丙烯酸縮水甘油酯(gma)和cma為單體，cubr為催化劑，2,2-聯(lián)吡啶(bpy)為配體，通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)(atrp)合成了聚合物pg9c2，最后利用tbo分子中的氨基與gma單體上的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)得到抗菌聚合物pg9c2t1。經(jīng)過(guò)核磁共振氫譜(1h?nmr)和凝膠滲透色譜(gpc)對(duì)聚合物pg9c2、pg9c2t1的結(jié)構(gòu)、聚合度和分散度進(jìn)行了表征，并對(duì)聚合物pgct進(jìn)行了體外光動(dòng)力抗菌實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)抗菌活性，表征了其單線(xiàn)態(tài)氧動(dòng)力學(xué)、生物相容性、細(xì)菌細(xì)胞的積累，通過(guò)活死細(xì)菌染色和細(xì)菌細(xì)胞形貌的變化提出了可能的協(xié)同抗菌機(jī)理。

24、本發(fā)明通過(guò)提高ps與細(xì)菌細(xì)胞間的相互作用來(lái)增強(qiáng)pdt的抗菌效能并優(yōu)化植物精油的治療效果，構(gòu)建了一種基于水溶性陽(yáng)離子光敏劑分子甲苯胺藍(lán)o(tbo)與香茅醇(ct)協(xié)同作用對(duì)抗多重耐藥菌的抗菌聚合物。通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)(atrp)合成了含香茅醇結(jié)構(gòu)單元的聚合物pg9c2。隨后通過(guò)溫和條件將tbo光敏基團(tuán)定向修飾于聚合物側(cè)鏈制備了抗菌聚合物pg9c2t1。該體系創(chuàng)新性地整合了tbo的陽(yáng)離子特性、單線(xiàn)態(tài)氧生成能力以及香茅醇的脂溶性特征，通過(guò)分子層面的協(xié)同作用顯著提升了抗菌性能。

25、與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

26、(1)本發(fā)明提供的一種基于水溶性陽(yáng)離子光敏劑分子甲苯胺藍(lán)o(tbo)與香茅醇(ct)協(xié)同作用對(duì)抗多重耐藥菌的抗菌聚合物，體外抗菌實(shí)驗(yàn)表明，聚合物表現(xiàn)出比其中單一組分更高的抗菌活性。其抗菌活性的提高源于聚合物提高了tbo的脂溶性，增強(qiáng)了其與細(xì)菌細(xì)胞的相互作用，提高了在細(xì)胞中的積累，使其能夠穿透細(xì)胞膜并在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，提高了ros的利用效率。同時(shí)通過(guò)提高精油的水溶性從而破壞細(xì)菌膜實(shí)現(xiàn)殺菌。

27、(2)本發(fā)明提供的一種基于水溶性陽(yáng)離子光敏劑分子甲苯胺藍(lán)o(tbo)與香茅醇(ct)協(xié)同作用對(duì)抗多重耐藥菌的抗菌聚合物，通過(guò)結(jié)合水溶性的光敏劑分子提高了精油的水溶性，同時(shí)增強(qiáng)了tbo的疏水性，提高了pdt效率和精油療效。本發(fā)明將為設(shè)計(jì)高效、低毒的基于天然產(chǎn)物的抗耐藥菌材料提供了思路，突破單一抗菌模式的局限性，為開(kāi)發(fā)低耐藥的新型抗菌療法提供理論依據(jù)和技術(shù)路徑。