Chem.Mater.|新型“糖橋”法實現熒光共軛聚合物靶向富集

　　銅綠假單胞桿菌（銅綠桿菌）在自然界中廣泛存在，已有研究表明其對人類的免疫系統產生影響，從而引起感染性疾病發生。目前銅綠桿菌已對多種抗生素產生耐藥性，因而發展新型抗菌方法尤為重要。抗菌材料作用于細菌時，需與細菌表面結合，而目前基于靜電吸引與疏水作用的結合方式具有結合力低、非特異性結合等缺點。因此亟需開發一種具有多重結合、多價作用的結合方法實現抗菌材料與細菌有效結合，實現高效特異性地殺菌的效果。

　　近日，北京科技大學李立東教授團隊與中國科學院化學研究所王樹研究員團隊合作，基于細菌凝集素與糖特異性識別的原理，設計出了一種新型的“糖橋”方法。將糖類小分子引入細菌表面原位增加結合靶點，實現了熒光共軛聚合物在細菌表面的可控靶向富集（圖1）。他們制備了表面帶有苯硼酸和季銨鹽雙官能團的共軛聚合物納米粒子，其能與經乳果糖處理的銅綠桿菌產生良好的相互作用。乳果糖分子中的半乳糖和果糖結構能夠分別與凝集素和苯硼酸結合，作為“糖橋”將細菌與納米粒子連接起來；同時，納米粒子表面的季銨鹽陽離子可與細菌表面通過靜電力相互吸引，從而增強納米粒子與細菌的結合效果。這種雙重結合的作用模式使得納米粒子緊密富集在細菌表面，光照下熒光共軛聚合物產生的大量活性氧可有效地殺滅細菌。

圖1. 銅綠桿菌與熒光共軛聚合物納米粒子之間“糖橋”示意圖

　　他們首先研究了不同糖類分子對熒光納米粒子與細菌結合的影響（圖2），結果表明乳果糖分子作為“糖橋”能夠促進熒光納米粒子在細菌表面的富集。乳果糖分子中的半乳糖結構與細菌表面的凝集素LecA可以特異性結合，另外果糖結構與納米粒子表面苯硼酸之間產生CH-π相互作用，促進順式二醇結構與苯硼酸形成多重共價鍵。

圖2. (a) 四種糖類的分子結構；(b) 共聚焦熒光成像圖

　　為深入研究材料與細菌的結合過程，研究人員通過等溫滴定量熱技術對結合過程中熱量的微觀變化進行了實時監測。研究數據表明，乳果糖處理的菌與納米粒子間存在明顯的雙重驅動力。從熱力學角度證明了乳果糖可作為“糖橋”實現熒光聚合物與細菌的高靶向結合。通過模擬計算進一步在分子水平探究了糖分子、凝集素和苯硼酸基團的結合模式。分子對接模擬計算結果（圖3）表明乳果糖分子對凝集素蛋白和苯硼酸基團均有較高的親和力，驗證了乳果糖作為“糖橋”連接銅綠桿菌和納米粒子的作用機制，從理論上證明了“糖橋”的適用性。與無“糖橋”的體系相比，“糖橋”方法用于光照殺菌實驗效率明顯提升，抗菌效率可高達97%。

圖3. 糖分子、凝集素及苯硼酸的分子對接模擬

　　該研究工作利用“糖橋”的新方法，促進了抗菌材料在銅綠假單胞菌表面的靶向聚集，為分子水平上深入研究抗菌材料與細菌相互作用規律提供了新思路。

　　該項目得到國家自然科學基金的資助（51673022, 51703009）。