无催化剂合成含双子季铵盐抗菌聚丁二酸乙二酯的创新研究及其生物医学应用

针对传统聚酯依赖金属催化剂残留毒性及缺乏本征抗菌性的问题，研究人员通过无催化剂熔融缩聚法，将热稳定性双子季铵盐(GQA)共聚单体共价键合至聚丁二酸乙二酯(PES)主链，仅需0.05 mol%添加量即可实现>99.9%的广谱抗菌率，为食品包装和医疗器械领域提供了高安全性抗菌材料解决方案。

　　

在医疗与包装领域，聚酯材料因其优异的机械性能和化学稳定性占据重要地位，但传统聚酯的合成长期面临两大痛点：一是依赖锡、钛等金属催化剂，残留物可能引发细胞毒性；二是材料本身缺乏抗菌性，需添加银离子或有机抗菌剂，后者易在加工过程中分解失效。更棘手的是，现有抗菌剂可能迁移至食品或人体，带来安全隐患。

为突破这些技术瓶颈，研究人员开发了一种革命性的解决方案——通过无催化剂熔融缩聚反应，将结构特殊的两亲性双子季铵盐(gemini quaternary ammonium, GQA)作为共聚单体，直接嵌入聚丁二酸乙二酯(poly(ethylene succinate), PES)的分子主链。这种设计使抗菌基团通过共价键永久固定，避免了传统添加剂的迁移风险。实验显示，仅需0.05 mol%的GQA掺入量，材料对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli)的杀灭率就超过99.9%，且热分解温度保持在300°C以上，完全满足熔融加工需求。

关键技术包括：1) 设计含双羟基的GQA单体实现与二元酸的共聚；2) 优化无催化剂熔融缩聚工艺参数；3) 通过核磁共振(NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)表征分子结构；4) 采用ISO 22196标准评估抗菌性能。

研究结果揭示：

1. 材料合成与表征：成功获得数均分子量(M_n)达2.4×10⁴ g/mol的共聚物，差示扫描量热(DSC)显示其熔点(105°C)与纯PES相当。
2. 抗菌性能：0.05 mol% GQA的样品在2小时内即可完全抑制细菌增殖，比传统季铵盐效率提升20倍。
3. 安全评估：细胞实验证实材料无急性毒性，符合ISO 10993-5生物相容性标准。

这项发表于《Reactive and Functional Polymers》的研究，首次实现了抗菌聚酯的"结构-功能一体化"设计，其金属游离工艺规避了欧盟(EU) No 10/2011法规对催化剂的限制。更值得关注的是，GQA的阳离子密度较传统单季铵盐提升3倍，通过破坏细菌膜电位实现快速杀菌，为开发新一代医用导管、手术缝合线等高价值产品奠定了基础。