亮点
• 通过构建强聚合物骨架并接枝聚乙烯吡咯烷酮（PVP），成功制备了多种新型复合材料（Z2-Z7）。
• 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、质子核磁共振（¹H NMR）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）确认了药物的成功嵌入。
• 基于胸腺嘧啶的聚合物（Z5）对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌表现出最强的广谱抗菌活性。
• 分子对接研究阐明了复合材料的强结合能力，支持其生物活性。
• 含氯霉素和磺胺甲噁唑的复合材料也显示出显著的抗菌活性和强分子相互作用。
摘要
本研究旨在合成、表征并测试新型药物-聚合物复合材料，以应对微生物耐药性。通过构建强聚合物骨架（大重复单元链）并接枝水溶性聚乙烯吡咯烷酮（PVP），为药物负载提供了稳定平台，成功制备了多种新型复合材料（Z2-Z7）。利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、质子核磁共振（¹H NMR）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）确认了药物的成功嵌入。生物测试表明，基于胸腺嘧啶的聚合物（Z5）根据抑菌圈直径（mm）表现出最强的广谱抗菌活性，对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌，19 mm；粪肠球菌，18 mm）、革兰氏阴性菌（大肠杆菌，23 mm；铜绿假单胞菌，21 mm）以及真菌（白色念珠菌，16 mm；热带念珠菌，26 mm）均有抑制作用。分子对接研究阐明了复合材料的强结合能力，支持其生物活性。基于胸腺嘧啶的聚合物（Z5）显示出最高结合亲和力：革兰氏阳性菌-10.073 kcal/mol，革兰氏阴性菌-7.740 kcal/mol，真菌-7.461 kcal/mol。含氯霉素和磺胺甲噁唑的复合材料也显示出显著的抗菌活性和强分子相互作用。综合而言，这些发现表明药物-聚合物复合材料是一种有前景的策略。其中，基于胸腺嘧啶的变体（Z5）表现出卓越性能。同时，基于氯霉素（Z3）和磺胺甲噁唑（Z6）的复合材料各自独立展现出作为强效抗菌剂的巨大潜力。展望未来，后续工作将侧重于优化这些化合物，还将评估其控释特性以提高治疗功效。
引言
聚合物是由许多称为单体的小重复单元组成的大分子（高分子）。单体通过化学键合形成重复结构，构成长链。聚合物的性质取决于所用单体的类型、排列方式以及聚合物链的长度[1]。聚合物材料在医学中的应用正在迅速扩展，涉及生物医学领域，包括药物递送系统、组织工程支架开发、假体、眼科、牙科、骨再生以及人工器官和医疗设备的植入[2,3]。智能聚合物的主要优势包括提高患者依从性、药物稳定性、治疗窗口管理以及易于制造[4,5]。除此之外，智能聚合物还具有生物相容性、强度高、弹性好、柔韧且易于塑形和着色等优点。此外，它们可以轻松地在体外充电和注射，作为有效的营养运输载体，并在体温下凝胶化[6]。值得注意的是，当受到外部刺激（如温度、力或磁场）时，这些聚合物可以改变其物理或化学性质。这些可逆变化表现为宏观性质（如导电性、形态或溶解度）的改变。通过感知和响应周围环境，智能聚合物表现出诸如随电流瞬时改变粘度等特性[7]。合成聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP，又称聚维酮）是由单体N-乙烯基吡咯烷酮通过自由基聚合制得。Reppe于1939年首次生产出PVP[8]。它是一种白色或黄色的线性聚合物，具有显著的化学和物理特性，可溶于水。它通常以含有内酰胺环的吸湿性粉末形式存在。不同类型的PVP通过粘度和分子量加以区分[9]。由于其碳链上含有酰胺基团，PVP可作为还原剂、生长调节剂、纳米粒子分散剂和表面稳定剂。其性质受特定合成条件和材料系统的影响[10]。自发现以来，该聚合物的官能团（包括C=O、CN和CH₂）已被广泛研究，因为它是一种用途广泛且具有有趣性质的材料。其卓越的物理和化学特性——包括无毒性、生物相容性、化学稳定性、对疏水和亲水物质的亲和力，以及在水和许多有机溶剂中的良好溶解性——使其成为适合众多医疗和非医疗应用的生物材料[9,11]。先前已有研究关注药物在聚合物体系中的共价键合。例如，氯霉素通过将缩醛键连接到甲基丙烯酸酯官能团上实现化学稳定[12]，然后与2-羟基甲基丙烯酸聚合形成含药共聚物。将基因修饰的PVP应用于皮肤以实现经皮给药是一种相对较新的技术。利用PVA/PVP可以制备多种生物材料。Yu等人通过反复冻融循环合成了物理交联的PVA/PVP水凝胶，获得了最佳的机械性能[13]。最近研究表明，伤口愈合基质是可能促进定植的潜在病原体来源[14]。许多尝试在伤口愈合基质中加入抗真菌或防腐剂，但迄今为止收效有限[15]。吡咯烷酮环因存在-OH基团（强亲核试剂附着位点）而开环，形成前药聚合物。PVP提供保护和选择性转运，与药物部分的羟基相连。因此，这种设计可实现长效释放特性和在适当位置增强的响应性。从而形成一种聚合物药物，在制造条件下水解，递送治疗疾病状态的药剂，并以恒定速率递送药物，同时降低毒性并提高选择性[16]。一些研究者致力于将药物共价连接到聚合物上，以制造生物活性聚合物材料。例如，氯霉素首先通过缩醛功能连接到甲基丙烯酸酯上，然后与2-羟基甲基丙烯酸酯共聚[17]。制药行业越来越多地使用聚合物，尤其是在药物递送领域。聚合物可用作薄膜包衣以掩盖药物味道、提高稳定性、改变释放特性，甚至可作为液体悬浮液和乳液中的粘度及流动调节剂，以及片剂中的粘合剂[18]。前药提供了一种安全施用原本直接使用风险过高的药物的方法。渐进式释放的优点是前药在靶位点转化为活性治疗剂，可显著减少副作用[19]。通过精心选择聚合物和药物，有可能制备出具有所需溶解速率和扩散速率、以及增强或减弱活性的聚合物药物。这种方法可以满足水溶性药物需要快速或缓释、以及难溶性药物释放的情况[20]。PVP对亲水性和疏水性药物均表现出复杂的亲和力。它是一种无毒、非离子、惰性、耐热、pH稳定且生物相容的聚合物。作为水溶性聚合物，PVP有多种等级，具有不同的粘度和分子量[21]。PVP在20世纪40年代首次被用作血浆容量扩张剂，此后已应用于许多行业，包括制药、食品、化妆品和生物医学[22]。其独特的化学性质促进了合成方法的进展，产生了各种形式，如共聚物、交联PVP和不同分子量的均聚物[23]。因此，PVP的这些多功能特性激发了对其新型聚合技术和药物递送系统的研究。本研究旨在利用马来酸酐与药物化合物的开环聚合，制备低分子量的生物活性药物聚合物。这些聚合物具有高特异性、低毒性和增大的水溶性等优点，使其成为潜在的有效治疗剂。
接枝聚合物[2,3-二甲基-4-(2-甲基-4-(2-氧代吡咯烷-1-基)己酰胺基)-4-氧代丁酸] [Z1]的制备
将PVP（0.009 mol，1 g）溶于绝对乙醇（10 mL）中，将丙烯酰胺（0.009 mol，0.6 g）溶于绝对乙醇（10 mL）中。然后加入APS（0.009 mol，0.5 g），混合物在80°C下加热1小时。所得化合物溶解于10 mL绝对乙醇中。之后，将马来酸酐（0.005 mol，0.7 g）加入配有回流冷凝器和磁力搅拌器的烧瓶中。混合物在70°C下加热6小时[24]。使用无机铝...
结论
本研究成功合成并表征了一系列具有良好抗菌性能的新型药物-聚合物复合材料。合成分步涉及将PVP接枝到聚合物骨架上，随后嵌入多种药物。基于FT-IR、¹H NMR、XRD和TGA技术确认了结构的完整性和稳定性。生物学评估显示出显著的抗菌和抗真菌活性，其中基于胸腺嘧啶的聚合物表现最为突出。
致谢
本研究得到Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University接枝聚合物[2,3-二甲基-4-(2-甲基-4-(2-氧代吡咯烷-1-基)己酰胺基)-4-氧代丁酸] [Z1]的制备（续）
将PVP（0.009 mol，1 g）溶于绝对乙醇（10 mL）中，将丙烯酰胺（0.009 mol，0.6 g）溶于绝对乙醇（10 mL）中。然后加入APS（0.009 mol，0.5 g），混合物在80 °C下加热1小时。所得化合物溶解于10 mL绝对乙醇中。之后，将马来酸酐（0.005 mol，0.7 g）加入配有回流冷凝器和磁力搅拌器的烧瓶中。混合物在70 °C下加热6小时[24]。使用无机铝…
新型药物聚合物复合材料的制备
方案1和方案2描绘了通过改性PVP与丙烯酰胺制备的六种新型药物聚合物化合物的反应机理。研究中采用了一系列连续化学过程来创建新型聚合物药物递送系统。第一阶段使用过硫酸铵（APS）在80 °C下引发PVP和丙烯酰胺单体的自由基共聚合。该过程有效地提供了功能性酰胺基团，用于后续改性…
结论
本研究成功合成并表征了一系列具有良好抗菌性能的新型药物-聚合物复合材料。合成分步涉及将PVP接枝到聚合物骨架上，随后嵌入多种药物。基于FT-IR、¹H NMR、XRD和TGA技术确认了结构的完整性和稳定性。生物学评估显示出显著的抗菌和抗真菌活性，其中基于胸腺嘧啶的聚合物表现最为突出。
致谢
此项工作得到伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学（IMSIU）科学研究院长办公室的支持和资助（资助编号：IMSIU-DDRSP2601）。
CRediT作者贡献声明
Zahraa Mokhtar: 撰写-初稿, 方法论, 形式分析, 数据策管。Mohamed E. Eissa: 撰写-审阅与编辑, 资源, 调查, 资助获取。Mohammed Bashar Al-Qazzan: 撰写-审阅与编辑, 可视化, 监督, 方法论, 形式分析, 数据策管。Violet Kasabri: 验证, 资源, 方法论, 形式分析。Mohammed Al-Akeedi: 撰写-初稿, 软件, 资源, 方法论, 形式分析。Sana Hitur Awad: 撰写… （原文截断）
竞争利益声明
作者声明不存在竞争性经济利益。
【全文结束】