細(xì)菌與人類既有共生關(guān)系，也有拮抗關(guān)系，遠(yuǎn)比我們想象地緊密、復(fù)雜。一方面，一些有益細(xì)菌在人體內(nèi)形成了獨特的微生物群落，如腸道細(xì)菌能參與消化過程，促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收，還能合成一些對人體有益的微量物質(zhì)。另一方面，免疫系統(tǒng)與細(xì)菌形成微妙的平衡，但不可控的細(xì)菌滋生易導(dǎo)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(wèi)生、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療健康、食品安全、遏制食品浪費等方面有重要的現(xiàn)實意義。
為減少抗菌素濫用，降低環(huán)境污染，提高抗菌效率，在分子尺度上精確設(shè)計多種化學(xué)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。煙臺大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院武文娜、張濤、研究生張雪等通過引入化學(xué)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(huán)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(yōu)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(huán)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(xiàn)智能響應(yīng)性抗菌，張雪等將易揮發(fā)的天然抗菌劑肉桂醛封裝在羧甲基殼聚糖的乳液系統(tǒng)中。這種封裝不僅限制了肉桂醛的揮發(fā)，提高了其穩(wěn)定性和水溶性，還可以通過添加丙烯酰胺實現(xiàn)乳液連續(xù)相的聚合，提高材料的機械強度和熱穩(wěn)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(yīng)形成 pH響應(yīng)型席夫堿鍵，賦予材料pH響應(yīng)性，使其在酸性環(huán)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(yīng)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(dá)15天，且可以顯著延長龍眼和柑橘的保鮮期(Int. J. Biol. Macromol. 2025, 291, 139062)。
圖2. a. 乳液界面處的Schiff Base 反應(yīng)；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(yīng)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(guān)論文分別以Self-supporting noncovalent Choline Alginate/Tannic acid/Ag antibacterial films for strawberry preservation和pH-responsive antibacterial emulsion gel based on cinnamaldehyde and carboxymethyl chitosan for fruits preservation applications為題先后發(fā)表在《International Journal of Biological Macromolecules》，第一作者為化學(xué)化工學(xué)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(xué)者青年專家項目、國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金的資助，作者感謝煙臺大學(xué)多尺度功能材料工程技術(shù)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。
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https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.130936
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.139062
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