細菌與人類既有共生關系，也有拮抗關系，遠比我們想象地緊密、復雜。一方面，一些有益細菌在人體內形成了獨特的微生物群落，如腸道細菌能參與消化過程，促進營養物質吸收，還能合成一些對人體有益的微量物質。另一方面，免疫系統與細菌形成微妙的平衡，但不可控的細菌滋生易導致流行性疾病，破壞人類正常的社會生活。因此，遏制有害菌的不可控滋生在公共衛生、農業、醫療健康、食品安全、遏制食品浪費等方面有重要的現實意義。
為減少抗菌素濫用，降低環境污染，提高抗菌效率，在分子尺度上精確設計多種化學相互作用，錨定并集成多種抗菌活性分子，是制備高效抗菌材料的可靠途徑?；瘜W化工學院武文娜、張濤、研究生張雪等通過引入化學非共價相互作用，將膽堿陽離子通過靜電相互作用力固定在海藻酸聚合物上，制備了具有良好循環性的自支撐抗菌薄膜【圖1】。此外，添加單寧酸和銀離子可以顯著提高薄膜的機械性能和抗菌性能，他們以草莓為例驗證了其優異的抗菌保鮮功能（Int. J. Biol. Macromol.2024,265, 130936）。
圖1. a.基于非共價相互作用制備自支撐抗菌薄膜；b.抗菌薄膜的可循環性；c.抗菌薄膜的抗菌性能；d.抗菌薄膜用于草莓保鮮。
為進一步實現智能響應性抗菌，張雪等將易揮發的天然抗菌劑肉桂醛封裝在羧甲基殼聚糖的乳液系統中。這種封裝不僅限制了肉桂醛的揮發，提高了其穩定性和水溶性，還可以通過添加丙烯酰胺實現乳液連續相的聚合，提高材料的機械強度和熱穩定性。重要的是，在乳液界面處，肉桂醛與羧甲基殼聚糖通過亞胺化反應形成pH響應型席夫堿鍵，賦予材料pH響應性，使其在酸性環境下釋放肉桂醛，抑制微生物生長【圖2】。實驗表明，這種pH響應型抗菌乳液凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抗菌活性，抗菌周期長達15天，且可以顯著延長龍眼和柑橘的保鮮期(Int. J. Biol. Macromol.2024,doi:10.1016/j.ijbiomac.2024.139062)。
圖2. a.乳液界面處的Schiff Base反應；b.水包油乳液的顯微鏡染色圖像（油相：Nile Red）; c.乳液凝膠的掃描電子顯微鏡圖像；d. pH響應的肉桂醛釋放；e.乳液凝膠的抗菌性能；f.抗菌乳液凝膠用于龍眼保鮮。
相關論文先后發表在《International Journal of Biological Macromolecules》，第一作者為化學化工學院2022級碩士研究生張雪，通訊作者為張濤教授和青年教師武文娜。上述工作得到了山東省泰山學者青年專家項目、國家自然科學基金、山東省自然科學基金的資助，作者感謝煙臺大學多尺度功能材料工程技術中心何濤教授實驗室在抗菌測試、材料表征等方面提供的便利。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.130936
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.139062
來稿時間：12月24日 審核：劉俞斌 責任編輯：徐揚
