日常生活中各类表面易遭受空气和溶液中微生物的侵袭,进而危害人类健康。同质或异质的细菌群落可附着在生物和非生物表面,并自行产生由细胞外聚合物(EPS)组成的支架,形成生物膜,成为顽固感染的潜在来源。目前可在表面浸入各类释放型抗菌剂,如抗生素、银离子及锌离子等。研究表明,这些策略可有效清除液质中的微生物,但在没有液质的情况下,不会对空气中的微生物产生有效的抗菌作用。此外,由于抗菌剂释放有限,随着时间推移,抗菌表面会因抗菌剂的耗尽而失去抗菌活性,并且形成潜在的环境风险。因此,本文旨在开发长久有效且具有双重抗菌活性机制的抗菌表面。本文主要研究内容和取得的研究成果如下:通过一步法将聚乙烯亚胺(PEI)掺杂入氧化锌(ZnO),成功制备出带正电的聚乙烯亚胺化氧化锌纳米颗粒(ZnO-PEI),随后通过烷基化修饰,制备出带BMS-354825研究购买有大量正电荷的季铵化纳米氧化锌颗粒(ZnO-QPEI)。作为一种无机抗菌剂,氧化锌(ZnO)受到了广泛的关注,通过释放游离正电性的锌离子破坏负电性的细胞壁使水生菌死亡。相比于其他抗菌剂,ZnO具有生物相容性好、抗菌谱广及不易产生细菌耐药性等优势。而传统的ZnO分散性差和抗菌效果弱等缺点限制其应用。因此,加入含有大量配位官能团(氨基)的PEI,与锌离子形成络合物,在分子内和分子间氢键的相互作用下,延缓生长,减小粒径,有助于提高ZnO的分散性和抗菌强度。由于烷基化修饰可使PEI部分氨基转变为季铵盐形成季铵化聚乙烯亚胺(QPEI),通过带正电的季铵分子接触吸附菌体使气生菌死亡,从而与ZnO形成双重抗菌活性机制。通过扫描电子显微镜、selleck NMRZeta电位、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和热重等表征分析成功制备了ZnOQPEI。通过体外抗菌和抗生物被膜性能实验,证明ZnO-QPEI具有抗菌抗生物被膜性能和双重抗菌机制。同时,通过分散性测试,证明该材料能在极性/非极性溶剂中均匀分散,可用于构建杀菌表面。将ZnO-QPEI颗粒与极性基质聚氨酯(TPU)相容,设计一种抗菌涂层导尿管(TPU/ZnO-QPEI)。通过接触角测量和机械性能测试等表征,证明该导尿管具有良好的力学性能。通过体外抗菌和抗生物被膜性能实验,mouse bioassay表明该导尿管具有长期的抗菌抗生物被膜能力以及良好的抗黏附性能。此外,通过体内动物实验,证明该导尿管具有高效的体内抗菌能力,且具有出良好的生物相容性。将ZnO-QPEI颗粒加入具有增稠性的羟丙基甲基纤维素(HPMC)、成膜剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和保湿剂甘油(Gl)中,制备了一种抗菌凝胶剂(ZnO-QPEI抗菌凝胶剂)。通过工艺筛选、单因素实验、正交实验和抗菌实验等多个方面对凝胶剂处方进行综合性考察,将处方优化,成功制备出外观均匀、pH值适宜,具有良好优异的稳定性和成膜性的抗菌凝胶剂。通过皮肤给药安全性检查和体内动物实验证明该凝胶剂具有良好的生物相容性。综上所述,本文基于制备的ZnO-QPEI抗菌纳米材料,成功设计出一种抗菌涂层导尿管和抗菌成膜凝胶剂,结果显示,这两种抗菌应用可有效利用接触、释放或二者协同机制杀灭来自空气和溶液的微生物,阻止微生物在表面的吸黏附,防止易感染事件的发生和生物被膜的形成。本文所设计的具有双重抗菌活性机制的材料为预防和控制微生物感染提供有效的平台,具有广阔的应用前景。