基于脯氨酸内酯的有机催化开环聚合制备抗菌性聚(氨基酸酯)及阳离子聚合物的研究

研究人员针对聚(氨基酸酯)(PAEs)功能可调性与抗菌性能需求，开发了(硫)脲/碱二元有机催化体系，实现了脯氨酸内酯的快速开环聚合(ROP)，获得分子量3150–51340 g·mol?1、分散度<1.29的PAEs，其热稳定性(Td,5%=224–350°C)与熔点(189–244°C)优异，并通过共聚构建的阳离子聚合物对E. coli和S. aureus展现出选择性抗菌活性。

　　

在生物医学领域，可降解高分子材料的开发一直是研究热点。聚(氨基酸酯)(Poly(amino ester)s, PAEs)因其主链酯键的可降解性和侧链氨基的可修饰性，成为药物递送、组织工程等应用的理想候选材料。然而，传统PAEs合成方法面临催化效率低、分子量控制难等问题，且其抗菌性能与结构的关系尚不明确。这些瓶颈限制了PAEs在抗菌敷料、医用涂层等场景的应用。

为突破这些限制，国内某研究机构的研究团队在《Reactive and Functional Polymers》发表了创新性成果。他们聚焦脯氨酸基内酯单体，开发了高效的(硫)脲/碱二元有机催化体系，通过开环聚合(ring-opening polymerization, ROP)精准控制PAEs的分子结构与性能。研究首先系统筛选了(硫)脲类与有机碱催化剂的组合，发现特定二元催化剂可在5分钟内实现95%的单体转化率，动力学实验证实该ROP过程具有活性/可控特性。由此制备的四种PAEs分子量覆盖3150–51340 g·mol^?1，分散度(?)均低于1.29，热分解温度(T_d,5%)达224–350°C，熔点(T_m)为189–244°C，展现出优异的加工稳定性。

研究进一步通过ROP共聚与脱保护反应，构建了七种具有不同亲疏水比例的阳离子无规/嵌段共聚物。动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)分析显示，共聚物组成显著影响其自组装行为：疏水链段占比高的无规共聚物对大肠杆菌(E. coli)抗菌效果突出，而亲水链段富集的共聚物对金黄色葡萄球菌(S. aureus)抑制更显著。这种选择性抗菌特性为设计病原体特异性抗菌材料提供了新思路。

关键技术方法包括：(1) (硫)脲/碱二元催化体系的构建与活性评价；(2) 核磁共振(NMR)与基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)表征聚合物结构；(3) 差示扫描量热法(DSC)与热重分析(TGA)测定热性能；(4) 动态光散射与透射电镜分析自组装行为；(5) 最小抑菌浓度(MIC)实验评估抗菌活性。

研究结果部分：

1. 催化剂筛选与聚合机理：通过对比不同(硫)脲(H-bond供体)与有机碱(如DBU)的组合，发现硫脲衍生物/DBU体系催化效率最高，其活化单体机制通过¹H NMR验证。
2. PAEs性能表征：所得聚合物数均分子量(M_n)与理论值线性相关，?<1.29证实可控性，DSC显示熔融峰(T_m)随分子量增加而升高。
3. 共聚物自组装：疏水含量>50%时形成粒径约150 nm的胶束，亲水链段主导时则形成松散聚集体。
4. 抗菌活性：含苯环侧链的无规共聚物对E. coli的MIC低至16 μg/mL，而聚乙二醇嵌段共聚物对S. aureus的MIC为32 μg/mL。

该研究通过分子设计精准调控PAEs的化学结构与聚集态行为，建立了"催化剂-聚合物结构-抗菌性能"的构效关系模型。其重要意义在于：① 开发了环境友好的有机催化ROP新策略，避免了金属催化剂残留问题；② 为抗耐药菌材料提供了可降解替代方案；③ 揭示的抗菌选择性机制对感染微环境响应型材料设计具有指导价值。这项工作不仅拓展了PAEs在生物医学中的应用边界，也为多功能高分子材料的理性设计提供了范式。