抗生素耐药病原体的日益流行对公共卫生构成严峻挑战，亟需寻找替代传统抗菌疗法的方案。光动力灭活（PDI）作为一种极具前景的方法脱颖而出，其利用光诱导的活性氧（ROS）有效杀灭微生物，且不会产生耐药性。在众多用于PDI的材料中，聚氯乙烯（PVC）基复合材料因其坚固耐用、耐久性强以及能够整合光敏剂等优点而备受关注。本文将探讨用于PDI应用的PVC基材料的合成、化学和生物学特性，尤其关注其在靶向金黄色葡萄球菌等病原微生物方面的应用。研究重点在于各种己二酸酯类增塑剂和光敏剂的作用，分析它们对复合材料光活性和杀菌效率的影响。
聚氯乙烯（PVC）是一种用途广泛的聚合物，因其机械强度高、耐化学腐蚀且经久耐用，被广泛应用于工业领域。然而，未经改性的PVC本身缺乏光敏性，因此需要添加外部添加剂才能赋予其所需的抗菌性能。对于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PDI）而言，PVC基质是理想的选择，因为它能够固定光敏剂，从而促进光敏剂在光照下产生活性氧（ROS）。添加增塑剂是这一转化过程中的关键步骤，因为增塑剂能够增强聚合物基质的柔韧性和与光敏剂的相容性，从而提高光吸收效率和ROS生成效率。
增塑剂在改变聚氯乙烯（PVC）的物理性能方面起着至关重要的作用，使其更具柔韧性，并能适应各种应用。本研究评估了四种己二酸酯类增塑剂将PVC转化为光敏材料的能力：己二酸二丁酯（BA）、己二酸双（2-乙基己基）酯（EA）、己二酸二辛酯（OA）和己二酸二癸酯（DA）。这些长链线性己二酸酯的分子结构各不相同，从而影响它们与PVC基体和光敏剂的相互作用。
研究发现，长链己二酸酯（如DA和OA）能显著增强PVC基材料的杀菌性能。这可归因于它们能够促进光敏剂在聚合物基质中更好地分散和固定，从而确保光敏剂充分暴露于光照并产生活性氧（ROS）。相比之下，短链己二酸酯（如BA）的杀菌效率较低，这可能是由于其与光敏剂的相容性较差以及在聚合物网络中扩散能力较弱所致。
光敏剂是光动力疗法（PDI）机制的核心，它们吸收光能并将其传递给氧分子，产生活性氧（ROS），进而攻击并破坏细菌细胞。本研究采用了两种光敏剂：5-(4-羧基苯基)-10,15,20-三苯基-21H,23H-卟啉（TPP）和20-(4-羧基苯基)-2,13-二甲基-3,12-二乙基-[21]五卟啉（PCox）。TPP是一种常见的卟啉衍生物，由于其在可见光范围内具有强吸收和高ROS生成量子产率，因此常用于PDI。PCox是一种扩展的卟啉衍生物，因其扩展的共轭体系而被用于本研究，该体系能够增强光吸收和ROS生成。
实验结果表明，己二酸酯类增塑剂与TPP或PCox的组合对金黄色葡萄球菌具有显著的杀菌活性。PDI的杀菌效果取决于所用增塑剂的类型和用量，其中长链己二酸酯的杀菌效果最佳。在某实验中，照射60分钟后，细菌溶液（10⁸ CFU/ml）中的细菌数量完全减少，凸显了这些材料在实际抗菌应用中的巨大潜力。
聚氯乙烯（PVC）基复合材料杀菌的主要机制是光敏剂在光照下活化产生活性氧（ROS）。当使用多LED蓝光灯以50 W/m²的光照强度照射时，光敏剂吸收光子并跃迁至激发态。在激发态下，光敏剂与分子氧相互作用，生成单线态氧（¹O₂）和羟基自由基（OH•）等活性氧。这些高活性物质攻击细菌的细胞壁和细胞膜，造成氧化损伤，最终导致细胞死亡。
光敏剂高效产生活性氧（ROS）的能力受多种因素影响，包括其浓度、增塑剂的存在以及其在聚氯乙烯（PVC）基质中的分散均匀性。长链己二酸酯（如己二酸和己二酸）为光敏剂提供了最佳环境，确保了最佳的ROS生成并最大限度地发挥杀菌活性。
本研究评估了PVC复合材料对金黄色葡萄球菌（一种常见的致病菌，可引起多种感染）的杀菌活性。结果表明，所用增塑剂的类型与细菌灭活效率之间存在明显的相关性。长链己二酸酯类化合物，如己二酸（DA）和油酸（OA），表现出优异的性能，其中己二酸在光照60分钟内即可完全杀灭细菌。这种高效性归因于长链己二酸酯类化合物与PVC基体和光敏剂具有更高的相容性，从而促进了更好的光吸收和活性氧（ROS）的产生。
此外，PVC复合材料在时间和氧化条件下均表现出良好的稳定性，这对于实际抗菌应用至关重要。更重要的是，实验过程中未观察到任何有毒成分的释放，证实其杀菌作用完全归因于固定化光敏剂产生的活性氧（ROS）。这一发现凸显了这些材料在微生物污染防治至关重要的环境中（例如医疗器械和食品包装）的安全性和可持续性。
为了验证PVC基复合材料在光动力处理过程中及处理后的结构完整性，我们采用了多种分析技术。扫描电子显微镜（SEM）用于观察薄膜的表面形貌，而傅里叶变换红外光谱（FT-IR）则用于分析材料的化学稳定性。SEM分析表明，辐照后薄膜的表面结构未发生显著变化，说明光动力处理并未引起光降解。同样，FT-IR光谱也证实聚合物基体中未发生化学降解，进一步验证了PVC复合材料在实验条件下的稳定性和耐久性。
合成和表征用于光动力灭活病原微生物的聚氯乙烯（PVC）基材料，为开发高效且可持续的抗菌解决方案提供了一条有前景的途径。研究发现，将长链己二酸酯类增塑剂引入PVC基体中，对于将聚合物转化为具有显著杀菌性能的光敏材料至关重要。特别是，己二酸二癸酯（DA）与光敏剂PCox的组合，可在照射后60分钟内完全杀灭细菌，这表明此类材料在医疗保健和食品安全领域具有实际应用潜力。
未来的研究应着重于优化增塑剂和光敏剂的浓度，探索其他潜在的光敏剂，并评估这些材料在实际环境中的长期稳定性。此外，将研究范围扩大到更广泛的微生物种类，将有助于进一步验证聚氯乙烯（PVC）基复合材料作为光动力抗菌应用多功能平台的有效性。
