水传播细菌感染对人类健康和环境构成严重威胁，已成为21世纪主要的公共卫生挑战之一[1], [2]。抗生素的滥用导致了多重耐药（MDR）细菌的出现，尤其是ESKAPE病原体，预计到2050年每年将导致约1000万人死亡[3], [4], [5]。这些顽固的病原体具有复杂的多层细胞包膜，对抗菌剂构成了巨大的屏障[6], [7]。革兰氏阳性菌（G+）和革兰氏阴性菌（G-）包膜组成的异质性，以及它们对环境条件（如消毒处理）的响应性，进一步加剧了抗菌剂所面临的挑战[8], [9]。
靶向包膜的抗菌剂，如抗生素、纳米材料、抗菌肽和阳离子聚合物，因其低耐药风险和广谱抗菌活性而引起了广泛关注[7], [10], [11], [12], [13]。多种抗生素（如多黏菌素、多黏菌素B、棒曲霉素和奎诺范星菌素）主要通过直接靶向包膜组分（如脂多糖-LPS）来破坏包膜结构，和/或抑制包膜相关物质的合成或转运（如肽聚糖-PGN的前体）[7], [10], [14]。虽然这两种作用通常会导致细菌外膜的失稳和通透性增加，但不可避免地会诱导细菌耐药性[15], [16], [17]。细菌耐药性通常与包膜组分的修饰有关，例如多黏菌素诱导的LPS修饰和达巴万星诱导的磷脂酰甘油修饰[18], [19]。
纳米材料（如金属纳米颗粒和碳基材料）能有效破坏细菌细胞膜，其中涉及多种化学破坏和物理破坏机制[11], [20]。氧化和去磷酸化是化学破坏的代表，而形状介导的切割效应、颗粒介导的膜失稳和脂质萃取则是物理破坏的代表。然而，金属纳米材料（如银纳米颗粒）对人体组织细胞具有固有的毒性，且在长期高剂量暴露下会引起二次环境污染[21]。
抗菌肽（AMPs）通过膜扰动发挥抗菌活性，这与其阳离子两亲性的结构特征有关[22], [23]。例如，天然鹰嘴豆来源的AMP–Leg2肽（KTA和KTR）通过双靶向细菌包膜中的LPS和PGN，对大肠杆菌O157:H7表现出优异的抗菌效果[24]。据我们所知，AMPs的生产通常需要复杂的生物技术方法，如基因工程和细胞表达系统[25]。
阳离子聚合物通过其自身正电荷的静电相互作用作为新兴的抗菌材料，因其相对安全且耐药风险低[12], [26]。例如，被认为是有前景的抗菌候选者的两亲性树枝状大分子由长疏水烷基链和叔胺端基封端的聚酰胺胺树枝状体组成[12]。两亲性树枝状大分子主要靶向细菌膜磷脂，包括磷脂酰甘油（PG）和心磷脂（CL）。接枝了季铵盐单体的淀粉衍生物聚合物（St-g-PDMC）具有水溶性，通过改变细菌膜完整性和增强通透性表现出99.56%的杀菌效果[26]。然而，通常需要高聚合物剂量才能在水中达到高效，因为溶解性有机质（DOM）与细菌的竞争性吸附会降低性能，且聚合物本身的回收和再利用较为困难。
环糊精（CDs）已广泛应用于生物医学、水处理和催化领域，因为它们中的大多数（如β-CD）可低成本商业获取且具有优良的环境相容性[27], [28]。环糊精是众所周知的环状寡糖，具有相对疏水的内腔和亲水的外表面，其化学结构易于修饰[27], [29], [30]。这些独特性质有利于开发各种功能材料，如吸附剂、分子反应器和抗菌剂[31], [32], [33]。天然和化学修饰的环糊精均能包合生物膜组分（如脂肪酸和磷脂）并以不同程度破坏膜的完整性[34]。例如，类似多黏菌素的β-环糊精衍生物是具有膜活性的两亲性材料和针对G+和G-细菌的抗菌剂[35]。共轭低聚电解质与磺丁醚β-环糊精钠的主客体包合复合物能够通透磷脂双分子层（类似于细菌膜），并对多种G+细菌表现出强效杀菌效果[36]。已有研究证实，带电荷的环糊精和双环糊精可能作为单体介导聚合物网络并增强其对污染物和细菌的可及性[30], [37]。因此，通过设计具有高度可及性的聚合物网络，以天然环糊精和正电荷环糊精为双单体，制备具有多个反应位点从而具有广谱抗菌活性的新型环糊精聚合物材料是非常理想的。
本研究提出了一种两阶段制备季铵化环糊精聚合物（QCDP）的方法，通过将两性季铵化环糊精（QCD）整合到聚合物网络中。以阳离子环糊精（QCD）和天然β-CD为双单体，以环氧氯丙烷（EPI）为交联剂合成QCDP材料。通过主要包膜化合物的竞争性抑制实验以及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细胞生物测定，提出了QCDP对G+和G-细菌的可能灭活机制。在多种模拟水和自然水体系中研究了QCDP对大肠杆菌和六种ESKAPE病原体的灭活性能。进行了QCDP柱实验以评估其在自然水样中的长期性能。
