PDMAEMA基含银共聚物胶束快速绿色合成及增强抗菌效力

摘要
具有核壳结构的明确聚合物胶束是稳定银纳米颗粒（AgNPs）和递送抗菌剂的有效平台。本研究展示基于聚(2-二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯)（PDMAEMA）的AgNPs修饰共聚物胶束的合理、绿色、可规模化合成，并评估其理化与抗菌性能。制备相同分子量和聚合度的线性和四臂星形两种共聚物拓扑。PDMAEMA的叔胺基同时配位Ag⁺并原位还原，亲水PHEMA和PEGMA壳在水相提供空间位阻稳定。计算建模与实验表征（UV-Vis、TEM、DLS、FTIR、XRD）确认两种结构均产生单分散球形AgNPs。星形胶束产生更小颗粒、优异胶体稳定性和更高抗大肠杆菌DH5α效力。HepG2细胞毒性测试显示400 µg mL⁻¹浓度下活力>90%，指示良好生物相容性。研究证明了一种多功能一锅法制备拓扑调控、含银胶束的方法，潜用于广谱抗菌应用。

引言

传统抗菌剂面临多重耐药病原体快速出现的挑战，世界卫生组织列为三大威胁之一。银纳米颗粒（AgNPs）因广谱活性、低哺乳动物毒性、诱导耐药性倾向低长期备重视。抗菌机制涉及膜破坏、细胞内蛋白变性、干扰DNA复制。然而AgNPs高表面能驱动团聚，削弱功效稳定性。聚合物基质封装——特别是胶束——通过空间位阻和控释提供实用方案。常见稳定策略依赖外部还原剂（如NaBH₄、抗坏血酸）引入毒性副产物、复杂纯化。相反，胺丰富聚合物可同时配位Ag⁺并原位还原，免除外部还原剂。然而聚合物拓扑对AgNPs成核、生长、抗菌性能影响仍未充分探索，特别是可能提供增强空间屏蔽的星形结构。本工作开发线性和四臂星形PDMAEMA基三嵌段共聚物胶束，评估其原位生成单分散AgNPs能力，考察抗菌活性和细胞相容性。

材料与方法

材料

所有试剂收到即用除非注明。关键单体含DMAEMA（>98%）、HEMA（99%）、PEGMA（Mn=300 Da，99%）（Aldrich）。季戊四醇、EBiB、BIBB氧化铝柱层析纯化。硝酸银（AgNO₃，99.9%）作Ag⁺源。

常规表征与仪器

¹H NMR谱在Bruker 400 MHz波谱仪CDCl₃或D₂O中25°C记录。FTIR谱用Nicolet Nexus分光光度计（4000-400 cm⁻¹，32扫描，8 cm⁻¹分辨率）获取。ζ电位测Malvern Zetasizer Nano S。TEM像FEI Tecnai-G20（200 kV）获取。UV-Vis谱Shimadzu UV-2450记录。热重分析（TGA）用NETZSCH STA409PC氮气下（25-600°C，10°C min⁻¹）。

PDMAEMA-b-PHEMA-b-PPEGMA合成

聚合在甲苯（70°C）经ARGET ATRP进行，CuBr₂/HMTETA催化，Sn(Oct)₂还原剂，EBiB引发剂。DMAEMA、HEMA、PEGMA依序聚合得三嵌段共聚物，Mn≈19 kDa（DMAEMA）、12 kDa（PHEMA）、25 kDa（PPEGMA）。产物冷正己烷沉淀、过滤、真空干燥（48小时，35°C）。

(PDMAEMA-b-PHEMA-b-PPEGMA)₄合成

四臂星形引发剂经季戊四醇与BIBB在THF/TEA酯化制备，得四溴化核心。后续ARGET ATRP同线性共聚物条件得星形三嵌段共聚物。¹H NMR和SEC确认产率纯度。

线性/星形共聚物胶束制备AgNPs

共聚物溶液（4.8 mM DMAEMA）丙酮（5 mL）搅拌4小时，稀释水（20 mL）过夜搅拌形成胶束。滴加AgNO₃（220 µL，48 mM），暗室25°C搅拌48小时。离心分离AgNPs稳定胶束，冻干、-20°C保存。

抗菌测定

混合1×10⁵ CFU mL⁻¹大肠杆菌DH5α与胶束或胶束稳定AgNPs系列稀释液，37°C孵育16小时，微孔板读数仪测OD₆₀₀。每浓度6重复。

细胞活力评价

HepG2细胞96孔板播种（1×10⁴ cells mL⁻¹）培养24小时。加入测试溶液（10-400 µg mL⁻¹）24小时，MTT法（5 mg mL⁻¹ MTT孵育4小时，200 µL DMSO溶解）570 nm吸光度定量活力。6重复实验。

耗散粒子动力学模拟

粗粒DPD模拟（Materials Studio 8.0）在PDMAEMA/Ag⁺比1:1下模拟共聚物和AgNPs相互作用。30×30×30 rₙ³盒、100000步（0.05 ns）捕获胶束自组装和AgNPs封装。相互作用参数引用前人工作[31, 32]。

统计分析

双样本Student t检验（方差不等）分析数据；p<0.05视为显著。

结果与讨论

线性/星形共聚物合成与表征

线性和星形三嵌段共聚物经ARGET ATRP成功合成。¹H NMR确认预期块组成：PDMAEMA₁₉.₃-b-PHEMA₁₂.₅-b-PPEGMA₂₄.₆和(PDMAEMA₅.₀-b-PHEMA₅.₆-b-PPEGMA₅.₀)₄。星形核心（季戊四醇）完全溴化，证据为-CH₂-OH信号消失和新溴代亚甲基峰出现。

线性/星形共聚物胶束稳定AgNPs制备与表征

水相中三嵌段共聚物自组装成核壳胶束。PDMAEMA核通过叔胺配位结合Ag⁺并原位还原，生成Ag原子成核成纳米颗粒。亲水PHEMA/PPEGMA壳赋予空间保护防团聚。DPD模拟显示Ag珠快速定位胶束核心，确认高效封装。UV-Vis显示线性胶束表面等离子共振（SPR）峰437 nm，星形胶束422 nm，指示单分散近球形AgNPs。TEM显示粒径：线性11.1 nm（1:1比）、星形3.7 nm（1:1比），6:1比下分别增至25.7 nm和6.4 nm。ζ电位+15至+23 mV，随Ag含量增加反映成功表面覆盖。