新型乙二醛交联壳聚糖-N-氨基蒽琥珀酰亚胺聚合物的合成表征及其抗菌应用研究

本研究针对壳聚糖(Chs)水溶性差、抗菌活性有限等问题，通过乙二醛(Gly)交联壳聚糖与N-氨基蒽琥珀酰亚胺(AS)，成功合成Chs-Gly-AS聚合物，并进一步修饰β-环糊精(β-CD)和金属氧化物纳米颗粒(MO NPs)。XRD和FT-IR证实材料结构，TEM显示纳米复合形态，抗菌实验表明其对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)等具有显著抑制效果，为抗菌材料开发提供新策略。

　　

在生物医学和食品包装领域，开发高效、可降解的抗菌材料是当前研究热点。壳聚糖(Chs)因其生物相容性和天然抗菌特性备受关注，但其水溶性差和抗菌活性有限制约了应用。如何通过化学修饰提升壳聚糖性能，成为解决这一问题的关键。与此同时，纳米材料如氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO₂)和三氧化二铝(Al₂O₃)纳米颗粒(NPs)因其独特的光催化性和抗菌机制，为复合材料设计提供了新思路。

为解决上述问题，South Valley University的研究人员Ahmed G.Taha和A.M.Hezma在《BMC Chemistry》发表研究，通过乙二醛(Gly)交联壳聚糖与N-氨基蒽-9,10-二氢琥珀酰胺(AS)，合成新型Chs-Gly-AS聚合物，并进一步引入β-环糊精(β-CD)和金属氧化物纳米颗粒(MO NPs)进行功能化修饰。研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)验证化学键合，透射电子显微镜(TEM)观察材料形貌，并通过杯扩散琼脂法评估抗菌活性。

XRD分析
研究发现，纯壳聚糖在2θ=8.6°和20°处呈现半结晶特征峰，而Chs-Gly-AS在18°和37°出现新峰，结晶度达65%。β-CD修饰后，复合物结晶度提升至80%，晶体尺寸增至3.39 nm，表明β-CD显著增强了聚合物有序性。纳米复合材料的结晶度则随NPs类型变化：Chs-Gly-AS/Al₂O₃为56%，Chs-Gly-AS/TiO₂降至52%，反映了NPs对晶体结构的干扰。

FT-IR分析
光谱证实Chs-Gly-AS成功合成：3450 cm^-1处出现重叠的NH-酰胺峰，且未检测到游离乙二醛残留峰(1200-1600 cm^-1)。β-CD复合后，羟基伸缩振动频率从3330 cm^-1移至3400 cm^-1，表明β-CD空腔与聚合物发生包合作用。纳米复合材料中，ZnO NPs使C-H键峰从2910 cm^-1偏移至2780 cm^-1，证实NPs与聚合物链的相互作用。

TEM观察
Chs-Gly-AS呈现均匀无纳米颗粒的连续网络结构，而NPs复合材料中，Al₂O₃ NPs(＜50 nm)和TiO₂ NPs(10-30 nm)均匀分散，ZnO NPs则部分聚集为20-50 nm的球状/棒状结构，显示良好的界面相容性。

抗菌活性
Chs-Gly-AS/ZnO对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和白色念珠菌(C. albicans)的抑菌圈分别达44 mm和39 mm，优于未修饰组。β-CD复合物因增强水溶性和正电荷密度，对大肠杆菌(E. coli)抑菌圈达43 mm。TiO₂和Al₂O₃复合材料则通过产生活性氧(ROS)破坏微生物膜结构，表现出广谱抗菌性。

该研究通过多尺度表征证实，Gly交联和AS修饰显著提升了壳聚糖的结晶度和抗菌性能，而β-CD和NPs的引入进一步优化了材料功能。这种策略不仅解决了壳聚糖应用瓶颈，还为开发新型抗菌敷料、食品包装涂层提供了理论依据。特别是ZnO和TiO₂复合材料的协同抗菌机制，为抗耐药菌材料设计开辟了新途径。