开发“细胞膜活性”的阳离子两亲性结构抗菌聚合物新分子，并研究其膜作用机理是我们的目的。这主要是因为：常用抗生素导致的“超级细菌”等抗药性细菌引起的感染是一个全球严重的公共卫生问题，但近三十年批准使用的新抗菌剂的数量急剧减少，美国感染性疾病学会在2010年提出“10×20行动计划”紧急呼吁全球重视开发新型抗菌分子；细胞膜活性的盐酸聚六亚甲基胍等阳离子两亲性胍聚合物具有极优秀的抗菌活力，难以引起细菌抗药性，在高效消毒剂和共价键合表面抗菌材料的开发中显示出巨大潜力，受到了学术界和工业界的广泛关注；但它们对大量临床菌株、特别是大量抗生素抗性细菌的活力，及其膜作用的杀菌机制都没有专门实验报道，要实现它们的应用，还有许多细致的工作要做。　　 本论文首先合成了4种盐酸单胍聚合物，它们具有不同的重复单元烷基链长度，包括盐酸聚六亚甲基胍(即PHMG或Polymer C6)和它的3个新类似物-盐酸聚四亚甲基胍、盐酸聚八亚甲基胍(即POMG或Polymer C8)、盐酸聚二甲苯亚甲基胍，然后测定了它们对大量临床菌株、特别是大量抗药性细菌的抗菌活力，并在细菌细胞、脂质体模型细胞膜两个层次研究了它们与细胞膜作用的膜损坏机理，也探讨了聚合物不同烷基链结构造成的抗菌活性差别的原因。　　 抗药性细菌引起的感染及顽固难治生物被膜形成是医疗卫生中经常遇到的问题。为了以盐酸单胍聚合物为例，评估阳离子胍聚合物对大量抗药性细菌的广谱抗菌活力，测定了这4种胍聚合物对15个属中的370株临床菌株的抗菌活性，其中含有分布于8个属的96株抗生素抗性菌株。它们的体外抗菌活力用最低抑菌浓度(Minimal inhibitoryconcentration，MIC)和时间-杀灭动力学来决定。结果发现新合成的盐酸聚八亚甲基胍具有优秀的杀菌活力，其对临床菌株的抗菌活力(MIC，0.5-16 mg/L)比已知的盐酸聚六亚甲基胍(MIC，1-64 mg/L)和洗必泰(MIC，2-64 mg/L)都要高。令人感兴趣的是，盐酸聚八亚甲基胍对多种临床上常见的重要抗性细菌都具有非常好的抗菌活力，例如，甲氧苯青霉素抗性的金黄色葡萄球菌和凝固酶阴性葡萄球菌、万古霉素抗性的屎肠球菌、多药抗性的铜绿假单胞菌、头孢他定抗性的柠檬酸细菌和肠球菌。盐酸聚六亚甲基胍则对甲氧苯青霉素抗性的金黄色葡萄球菌和凝固酶阴性葡萄球菌特别有效。　　 为了理解胍聚合物的细胞膜活性杀菌机理，以盐酸聚六亚甲基胍为例子，利用β-半乳糖糖苷酶活性检测、普通荧光显微镜、共聚焦荧光显微镜、场发射扫描电镜、透射电镜显微观察了盐酸聚六亚甲基胍对大肠杆菌细胞膜的破坏作用。结果显示低剂量的盐酸聚六亚甲基胍轻微损坏外膜结构，增加了细胞质膜的通透性，但是细胞的整体形态结构没有发生变化。高剂量的盐酸聚六亚甲基胍使外膜结构坍塌，出现局部的膜孔，并且损坏细胞内部结构，使之呈不均匀的颗粒状结构。这种剂量依赖的膜损坏行为可能是盐酸聚六亚甲基胍的主要杀菌机制。　　 为了进一步阐明单胍聚合物膜损坏行为的深层机制，并探讨4种聚合物不同烷基链结构造成的活性差异原因，本论文也研究了4种胍聚合物与模拟细菌细胞膜的脂质体的膜相互作用动力学过程。采用荧光分光光度法测定包裹在脂质体内的荧光染料渗漏、等温滴定微量热法、差示扫描量热法来表征这种相互作用的动力学过程。结果显示，具有直链烷基的胍聚合物与磷脂膜之间存在明显的结合亲和力，产生吸热效应。聚合物-膜相互作用诱导磷脂膜相转变的预转变峰和主转变峰的改变(转变峰的温度和峰宽都增加)，这表明磷脂双层的磷脂头部构象发生了改变，磷脂双层的疏水核心区也发生了紊乱。当增加聚合物重复单元直链烷基长度导致活性增加的时候，伴随着荧光染料释放率、结合常数和结合能量改变值，以及磷脂膜破坏程度都增加。　　 基于以上结论，单胍聚合物主要作用于细胞膜，聚合物的正电荷亲水基团与细胞膜磷脂分子头部的负电荷基团发生静电相互作用而强烈结合在磷脂膜表面，进一步疏水基团插入到磷脂双层的疏水核心区，引起膜磷脂双层的磷脂头部区构象改变和疏水核心区发生紊乱，从而导致细胞膜结构完整性被破坏，增加了细胞质膜的通透性，并形成局部膜孔，使胞内物质释放出来，最终导致细菌细胞的死亡。聚合物烷基链结构的改变显著影响聚合物-膜相互作用时结合常数和结合能量的变化，以及磷脂膜的破坏程度，这些因素导致了不同烷基链结构聚合物的杀菌活性差异。　　 本论文对阳离子两亲性单胍聚合物细胞膜损坏行为的显微观察，以及它们与脂质体模型膜相互作用动力学过程的研究，为“细胞膜活性”抗菌机制的深入理解提供了有用信息，也为新型阳离子两亲性抗菌胍聚合物的分子设计和合成提供了关键参数和理论指导。盐酸聚八亚甲基胍和盐酸聚六亚甲基胍对临床上重要的抗药性细菌的高活性则预示着阳离子两亲性单胍类聚合物在抗抗药性细菌的抗菌剂和表面抗菌材料的开发中更加值得关注，为它们的进一步应用提供了论据。