高分子抗菌剂除具有好的抗菌能力外，还具有许多无机金属离子和有机小分子抗菌剂所不可替代的优越性能，例如高的化学稳定性，低的残余毒性，持久的抗菌效果，且在低的蒸汽压下不挥发，不会渗透进入人的皮肤等特性，因而备受关注。 本论文首先对无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂和高分子抗菌剂的类型、抗菌作用机理及其优缺点等进行了综述，重点放在高分子抗菌剂及其应用研究进展上。不同的高分子抗菌剂体系，其结构与杀菌活性之间的关系千差万别，即使是同一种高分子抗菌剂体系，影响抗菌活性的因素也多种多样。 本论文选择应用广泛且已证明对人体安全的季铵盐基团抗菌体系，以多功能甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)为起始原料，首先设计合成了四种新型季铵盐单体及其均聚物，研究它们的构效关系；接着使用嵌均共聚方法设计合成了一系列抗菌单体均匀分散的抗菌共聚物；在此基础上，向大分子链中引入马来酸酐活性基团，成功地将高分子抗菌剂固定到棉织物上，并考察了它们的杀菌效果；论文探讨了合成的聚阳离子抗菌剂的抗菌机理与毒理问题，以讨论总结出结构一分子形态一杀菌活性之间的关系。 本论文主要研究内容与结论如下： 1．新型季铵盐单体的合成及构效关系研究用原料DMAEMA分别与氯化苄(BC)、溴代正丁烷(BB)、溴代十二烷(DB)和溴代十六烷(HB)进行季铵化反应，合成了四种新型季铵盐抗菌单体。接着用FT-IR、H-NMR、C-NMR和EA等手段表征了其结构。选单体DMAEMA-BC和DMAEMA-DB的合成为代表，研究各种合成条件对产物收率的影响，结果发现，DMAEMA-BC的最佳合成条件为：反应时间，6h；反应温度，40～45℃；溶剂，二氯甲烷；DMAEMA：BC摩尔比，1.1:1～1.3:1；DMAEMA-DB的最佳合成条件为：反应时间，20h；反应温度，45～50℃；溶剂，乙腈；DMAEMA：DB摩尔比，1.2:1～1.3:1。采用最小杀菌浓度法(MBC)和抑菌圈法对四种新型季铵盐单体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌活性进行表征，结果发现，DMAEMA-DB和DMAEMA-HB的MBC值为12～24μg/mL，但DMAEMA-BC和DMAEMA-HB的MBC值大于50mg/mL，说明杀菌活性随着取代基中碳原子数目的增加而增大，这主要是因为烷基链越长，烷基链与细胞质膜的疏水相互作用能力越强，致使强的杀死能力。通过抑菌圈直径法表征季铵盐单体的杀菌活性表明，其杀菌活性大小顺序为：DMAEMA-DB>DMAEMA-BC>DMAEMA-HB>DMAEMA-BB，但是，用该方法测定的四种季铵盐单体的杀菌效果与用最小杀菌浓度法测定的是不一致的，其原因主要是抗菌剂在琼脂上的扩散能力是抑菌圈法测定杀菌活性的一个关键影响因素。 2.聚季铵盐的合成及抗菌活性表征四种新型季铵盐单体分别进行均聚，制备出四种相应的聚季铵盐。通过FT-IR、H-NMR和TG等手段对它们的结构和热性能分别进行表征。以单体DMAEMA-BC的聚合为代表，详细研究了各种聚合条件对分子量的影响。利用乌氏粘度计和静态激光光散射仪测定并订定了Poly(DMAEMA-BC)在本实验条件下的Mark-Hauwink方程。结果发现，可以通过改变聚合温度和引发剂用量来控制分子量的大小，同时聚合温度要取决于引发剂的类型。Poly(DMAEMA-BC)在30℃的0.1M NaCl溶液中，[η]=0.154M<0.764>。采用最小杀菌浓度法(MBC)和抑菌圈法测定了四种聚季铵盐的杀菌活性和动力学，特别是探讨了分子量与杀菌活性的关系。结果表明，Poly(DMAEMA-BC)和Poly(DMAEMA-BB)，由于高的电荷密度和主链强的疏水性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出较高的杀菌活性，且远远高于相应单体的杀菌活性。Poly(DMAEMA-BC)的杀菌效果随着分子量的增加而增大。当分子量增加到7.5×10<4>时，0.78mg/mL的聚合物在10min的接触时间内能够杀死全部的测试细菌。但Poly(DMAEMA-DB)和Poly(DMAEMA-HB)由于大部分阳离子电荷被包裹在聚集体内部，造成对菌体的吸附力低，杀菌活性很低。 3.两亲嵌均共聚物的合成及抗菌性能表征通过DMAEMA-BC/AAm或DMAEMA-DB/AA的二元共聚，单体DMAEMA-BC和DMAEMA-DB被分别分散到聚丙烯酰胺大分子链中。并用FT-IR和NMR等表征了其结构，用JIS法和乌氏粘度计测定了其阳离子电荷密度和特性黏数，研究了各种合成条件对聚合物性能的影响。结果发现，随着单体DMAEMA-BC用量的增大，Poly(DMAEMA-BC/AAm)的电荷密度和特性黏数都逐渐增加。DMAEMA-DB的转化率一直很低，最高仅达到66.0％。通过平板活菌计数法表征了共聚物的杀菌活性、杀菌动力学、杀菌持久性及其环境因素对杀菌活性的影响。结果发现，当单体DMAEMA-BC的用量超过20mol％时，P01y(DMAEMA-BC/AAm)对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌表现出100％的杀死能力；当DMAEMA-DB在Poly(DMAEMA-DB/AAm)中的含量处于5.8～11.1mol％时，0.5mg/mL共聚物能够杀死所有的测试细菌，说明大分子溶剂可以分散抗菌基团从而表现好的杀菌活性，证实了前面的设想。3mg/mL的Poly(AAm/DMAEMA-BC)(60/40)持续杀菌7天后，抗菌活性逐渐下降。无论是0.5mg/mL的浓度，还是3mg/mL的浓度，Poly(AAm/DMAEMA-DB)(80/20)在30天的持续作用时间内一直表现出100％的杀菌效果。通过研究周围环境条件对共聚物杀菌活性的影响，发现聚合物poly(AAm/DMAEMA-DB)(85/15)在pH=6～10，盐的浓度低于0.5wt％的溶液中表现出好的杀菌效果。 4.可反应性高分子抗菌剂的合成及纯棉织物的抗菌整理通过三元共聚将马来酸酐活性基团引入大分子链中，制备了两个系列的可反应性高分子抗菌剂，Poly (DMAEMA-BC/AAm/MAn)和Poly(DMAEMA-DB/AAm/MAn)。并用FT-IR和NMR等表征了其结构，用JIS法、乌氏粘度计和酸碱滴定分别测定了其阳离子电荷密度、特性黏数和酸值，研究了抗菌单体和马来酸酐用量对聚合物性能的影响，在实验过程中发现，少量的(<5mol％)马来酸酐用量有助于提高共聚单体的反应活性，但马来酸酐用量增加，会导致共聚物的得率降低。通过浸渍工艺对棉织物进行抗菌整理后，用平板活菌计数法和改良振荡烧瓶法对各种可反应性高分子抗菌剂及抗菌织物的杀菌活性分别进行表征，并用扫描电镜观察菌体与抗菌织物作用前后的外部形态。结果发现，当有少量(<5mol％)的马来酸酐参与反应时，共聚物的杀菌活性增强。随着马来酸酐用量的增大，共聚物的杀菌活性减弱。经过聚合物(DMAEMA-BC/AAm/MAn)(30/55/15)整理后的棉织物的杀菌效果很好，在20h的接触时间内能够杀死100％的大肠杆菌，但经过100次水洗后，棉织物的杀菌能力大幅度下降。经过(DMAEMA-DB/AAm/MAn)(10/75/5)整理的棉织物，200次水洗后，仍有100％的杀菌效果。菌体与抗菌织物作用前后，其外部形态没有明显变化。 5.抗菌机理研究与毒理实验通过检测K<+>、260nm和420nm吸收物质的泄漏，研究聚阳离子作用后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的膜的完整性以及大肠杆菌的内膜透性。通过扫描和透射电子显微镜分别观察经过聚阳离子处理前后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的外部形态和内部结构的变化。通过急性皮肤刺激性和急性经口毒性实验表征了该系列聚阳离子对人体的安全性。结果表明，聚阳离子破坏了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细胞膜，同时使大肠杆菌的内膜透性增强，引起K<+>、DNA和RNA等物质的泄漏，膜功能遭到严重破坏，菌体死亡。毒理实验结果表明，对家兔皮肤没有任何刺激作用；大鼠的半数致死量(LD<,50>)是3160mg/kg，说明它的毒性很低，是安全的。聚阳离子的杀菌作用模式被推导为：(1)吸附菌体；(2)与细胞磷脂双层上亲水基团间的离子相互作用；(3)与细胞磷脂双层上疏水基团间的疏水相互作用，且它们发生的次序不能颠倒，其中任何一个过程受阻都会导致其杀菌活性大大降低。