盐度调控阳离子抗菌聚合物PDADMAC与细菌互作机制及其抑菌效能研究

为解决高盐环境下合成阳离子抗菌剂（如PDADMAC）效能降低的问题，研究人员通过荧光显微术和膜流动性分析，揭示了NaCl通过竞争吸附降低PDADMAC在E. coli表面的密度，使其从杀菌转为抑菌（0.15 M NaCl下抑制繁殖但可逆），为环境适应性抗菌剂设计提供新思路。

　　

在医疗消毒、水处理等领域，合成阳离子聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDADMAC）因其广谱抗菌性被广泛应用。然而，实际环境中盐浓度差异显著（从淡水到生理盐水），而盐分如何影响这类聚合物的抗菌效能尚不明确。此前研究发现，盐分会改变聚电解质构象和吸附行为，但对其与细菌互作的具体机制，尤其是对细胞生长和存活的影响缺乏系统研究。这一空白限制了抗菌剂在复杂环境中的精准应用。

针对这一问题，研究人员在《Biomacromolecules》发表论文，通过结合荧光显微术、菌落形成单位（CFU）测定和膜流动性分析，系统探究了NaCl浓度对PDADMAC（分子量4.6×10⁵ g/mol）与大肠杆菌（E. coli）互作的影响。研究采用的关键技术包括：1）荧光标记PDADMAC实时追踪其吸附动态；2）SYTOX Blue染色评估细胞膜渗透性；3）荧光各向异性（fluorescence anisotropy）测定模型膜（卵磷脂PG脂质体）刚性变化；4）单细胞显微成像量化细菌生长和分裂行为。

盐抑制PDADMAC的抗菌效能
CFU实验显示，无盐条件下PDADMAC可杀灭99.9%的E. coli，但在0.15 M NaCl中仅抑制繁殖而不致死。荧光显微术证实，盐浓度升高显著降低PDADMAC在细菌表面的吸附密度（0.15 M时减少11倍），且膜渗透性消失。

竞争吸附机制
通过单分子染料罗丹明6G（R6G）实验，发现Na⁺和Cl^–竞争性占据细菌表面位点，导致PDADMAC吸附减少。盐还通过屏蔽静电作用使PDADMAC构象收缩（等效圆柱长度从240 nm降至72 nm），削弱其与细胞的结合力。

膜刚性变化与生长抑制
DPH荧光探针显示，PDADMAC使模型膜刚性增强，但盐（≥0.15 M）可逆转该效应。在含盐培养基中，PDADMAC吸附的细菌停止伸长和分裂，而移除聚合物后生长恢复，表明其通过物理交联（bridging）细胞表面负电荷抑制膜扩张，而非化学损伤。

细胞收缩与致死机制
无盐条件下，PDADMAC吸附后引发E. coli长度收缩（平均减少0.48 μm），随后膜破裂死亡。盐环境（0.15 M NaCl）中收缩消失，细胞保持完整但生长停滞，证实盐通过降低聚合物延展性和结合力改变作用模式。

该研究首次阐明盐浓度通过竞争吸附和构象调控双重途径，将PDADMAC从杀菌剂转变为可逆抑菌剂。其意义在于：1）为不同盐度环境（如海水消毒、创面处理）的抗菌剂设计提供理论依据；2）揭示聚合物分子量（2840单体优于57单体）对效能的关键影响；3）提出“物理交联抑制生长”的新抑菌机制，拓展了聚电解质-生物膜互作的理论框架。未来可基于此开发盐不敏感型抗菌聚合物，或利用可逆抑菌特性实现细菌活体捕获与释放。