细菌与人类既有共生关系，也有拮抗关系，远比我们想象地紧密、复杂。一方面，一些有益细菌在人体内形成了独特的微生物群落，如肠道细菌能参与消化过程，促进营养物质吸收，还能合成一些对人体有益的微量物质。另一方面，免疫系统与细菌形成微妙的平衡，但不可控的细菌滋生易导致流行性疾病，破坏人类正常的社会生活。因此，遏制有害菌的不可控滋生在公共卫生、农业、医疗健康、食品安全、遏制食品浪费等方面有重要的现实意义。
为减少抗菌素滥用，降低环境污染，提高抗菌效率，在分子尺度上精确设计多种化学相互作用，锚定并集成多种抗菌活性分子，是制备高效抗菌材料的可靠途径。烟台大学化学化工学院武文娜、张涛、研究生张雪等通过引入化学非共价相互作用，将胆碱阳离子通过静电相互作用力固定在海藻酸聚合物上，制备了具有良好循环性的自支撑抗菌薄膜【图1】。此外，添加单宁酸和银离子可以显著提高薄膜的机械性能和抗菌性能，他们以草莓为例验证了其优异的抗菌保鲜功能 （Int. J. Biol. Macromol. 2024, 265, 130936）。
图1. a. 基于非共价相互作用制备自支撑抗菌薄膜；b. 抗菌薄膜的可循环性；c.抗菌薄膜的抗菌性能；d. 抗菌薄膜用于草莓保鲜。
为进一步实现智能响应性抗菌，张雪等将易挥发的天然抗菌剂肉桂醛封装在羧甲基壳聚糖的乳液系统中。这种封装不仅限制了肉桂醛的挥发，提高了其稳定性和水溶性，还可以通过添加丙烯酰胺实现乳液连续相的聚合，提高材料的机械强度和热稳定性。重要的是，在乳液界面处，肉桂醛与羧甲基壳聚糖通过亚胺化反应形成 pH响应型席夫碱键，赋予材料pH响应性，使其在酸性环境下释放肉桂醛，抑制微生物生长【图2】。实验表明，这种 pH 响应型抗菌乳液凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌活性，抗菌周期长达15天，且可以显著延长龙眼和柑橘的保鲜期(Int. J. Biol. Macromol. 2025, 291, 139062)。
图2. a. 乳液界面处的Schiff Base 反应；b. 水包油乳液的显微镜染色图像（油相：Nile Red）; c. 乳液凝胶的扫描电子显微镜图像；d. pH响应的肉桂醛释放；e. 乳液凝胶的抗菌性能；f. 抗菌乳液凝胶用于龙眼保鲜。相关论文分别以Self-supporting noncovalent Choline Alginate/Tannic acid/Ag antibacterial films for strawberry preservation和pH-responsive antibacterial emulsion gel based on cinnamaldehyde and carboxymethyl chitosan for fruits preservation applications为题先后发表在《International Journal of Biological Macromolecules》，第一作者为化学化工学院2022级硕士研究生张雪，通讯作者为张涛教授和青年教师武文娜。上述工作得到了山东省泰山学者青年专家项目、国家自然科学基金、山东省自然科学基金的资助，作者感谢烟台大学多尺度功能材料工程技术中心何涛教授实验室在抗菌测试、材料表征等方面提供的便利。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.130936
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.139062
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