近年来公共安全卫生事件频频发生,因此如何有效控制和消灭有害细菌的繁殖及传播,成为一项与人类健康紧密相连的重要课题。其中,具有安全性高、可降解,对人体无毒、无刺激等特点的材料成为近年抗菌材料研究的热点。壳聚糖(含低分子量的壳寡糖)是一类取之不尽、用之不竭的天然高分子,它具有良好的生物活性、相容性和降解性。本文以壳寡糖为原料进行化学改性,制备了系列壳寡糖季铵盐衍生物,并对其抗菌性能进行了深入考察,探究其可能的抗菌机理。使用低分子量壳寡糖(<2 KDa),调节反应时间和原料配比,得到一系列取代度的羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖,结合使用莫尔滴定法和1H-NMR谱图积分方法,计算壳寡糖季铵盐衍生物的取代度,结果显示反应时间和缩水甘油三甲基氯化铵的增加都能够提高产物取代度。通过比浊法、生长曲线测定以及平板菌落计数法三种抗菌测试方法进行抗菌性能检测。研究发现壳寡糖季铵盐对金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)及大肠杆菌(革兰氏阴性菌)都显示出一定的抑制能力,且对金黄色葡萄球菌的抑制效果更为明显。随着季铵盐接枝度的增加,壳寡糖衍生物的抗菌效果逐步变差;相比而言,未进行接枝改性的壳寡糖具有最佳的抗菌能力。壳寡糖及其季铵盐与细菌细胞膜表面的负电荷发生静电作用,促使其贴附在细菌表面,进而以―包裹‖或―插入‖机理抑制细菌生长。运用降解制备的分子量6.7 KDa左右的壳寡糖合成相应季铵盐,使用核磁谱图积分法算出不同反应时间和摩尔比条件下产物的取代度。用比浊法测定降解壳寡糖及其季铵盐的最低抑菌浓度、动态抗菌。实验结果显示该类壳寡糖的抗菌作用非常弱,其季铵盐衍生物也基本不存在抗菌作用,甚至有可能促进细菌生长。我们认为,双氧水的氧化性可能导致了壳寡糖氨基、羟基等基团遭到了破坏,抵消了其正电季铵盐所拥有的抗菌效果。为考察分子量对抗菌性能的影响,分子量范围在50 KDa~100 KDa的低黏度壳聚糖也被用来制备季铵盐衍生物。合成结果表明,相比高分子量的壳聚糖而言,低分子量的壳聚糖较容易形成壳聚糖季铵盐。用平板菌落计数法来测定低分子量壳聚糖季铵盐的抗菌能力,表明低分子量壳聚糖季铵盐对大肠杆菌只有微弱的抗菌作用或基本无抗菌效果;对金黄色葡萄球菌有良好的抑菌效果,但是随着取代度的升高,其抗菌作用越来越弱。综上所述,壳聚糖(壳寡糖)以及其季铵盐的抗菌效果是由多因素决定的,如分子量、水溶性、浓度、pH值以及细菌的种类等等。对于较高分子量的壳聚糖而言,随着季铵盐接枝度的增加,提高水溶性的同时,也增加了其正电荷与细菌表面的静电作用;对于较低分子量的壳寡糖而言,其本身的水溶性较好,季铵盐接枝度增加以后包覆在细菌表面,其静电作用不足以抵消其熵损失,所以展现出了相反的趋势。不同条件下的主导抗菌机理不同,不同条件下的主导因素的不同,导致抗菌效果的不同,很难获得统一而明确的规律。单纯地改变一个因素并不是有效的手段,平衡这些因素成为研究这类抗菌药物的重点。