细菌在公共卫生领域的泛滥、真菌在农业领域的危害，已严重影响了人类的日常生产和生活。已开发了可抑制微生物感染的不同形貌纳米材料，但实现材料的精确合成与组装仍然是一项巨大的挑战。西北师范大学王荣民教授团队等创新性地提出了一种新颖的联合策略：通过“Graft from”RAFT介导的超分子主客体原位自组装构建了纳米环，可以最大限度地提升香草醛的抗微生物性能（图1）。在聚合过程中，线性均聚物链的合成和原位自组装同时实现，这为“graft from”RAFT介导的超分子主客体原位自组装提供了新的见解。

  在此策略中，香草醛（VA）和甲基丙烯酸酐（MA）通过Steglich酯化反应合成甲基丙烯酸香草醛酯（VMA），β-环糊精（β-CD）和链转移剂（CTA）通过Steglich酯化反应合成单支化的β-环糊精基引发剂（β-CD-CTA）（图2）。以VMA为客体结构单元，β-CD-CTA为主体结构单元，通过“Graft from”RAFT合成β-环糊精-接枝-聚甲基丙烯酸香草醛酯（β-CD-g-PVMA_x，x=5、35、103）。在线性均聚物单链上，β-CD和VMA通过有机相中的超分子主客体化学原位自组装形成纳米环，实现了从线性均聚物链到纳米环的转变。随着线性均聚物链的π-π相互作用增强，均聚物链的成环性减弱，实现了从纳米环到纳米棒的转变。随着β-CD与VMA之间的主客体相互作用消失，VMA与VMA之间的π-π相互作用增强，完成了非共价键相互作用的动态调节。当通过“Graft from”RAFT聚合合成初级结构的线性均聚物链时，超分子主客体原位自组装成二级结构的纳米环，增强了客体的水溶性，纳米环对抗菌性能的贡献显著（图3）。

图1. 通过主客体相互作用将环糊精接枝的聚合物单链自组装成纳米环

图2. β-CD-g-PVMA_x的合成流程

图3. （a）25 °C时主体（β-CD-CTA），客体（VMA）和主客体相互作用的β-CD-g-PVMA₅在H₂O中的状态，（b）VMA和β-CD-g-PVMA_x对E. coli和S. aureus的抗菌活性，（c）不同浓度的β-CD-g-PVMA₅对L-929细胞存活率的影响，（d）β-CD-g-PVMA₅的抗菌机制，（e）在48 h、72 h和96 h，VMA和β-CD-g-PVMA₅对B. cinerea的抗真菌率

  总之，通过“Graft from”RAFT溶液聚合，主客体结构单元（β-CD-CTA和VMA）成功合成了初级结构的线性均聚物链。同时，线性均聚物链通过主客体相互作用和π-π相互作用，成功原位自组装成二级结构的纳米环和纳米棒。值得注意的是，通过调节聚合度可控制非共价键相互作用。由于主客体相互作用占主导地位，低聚合度展现出显著优势，这有利于抗菌性能。由于π-π相互作用和疏水效应占主导地位，高聚合度表现出较差的抗菌性能。通过设计纳米环和纳米棒，该策略旨在实现主客体相互作用与π-π相互作用之间的转化效应，进而动态调节抗菌性能。

  该成果以“Cyclodextrin-Grafted Poly(vanillin) Antimicrobial Bio-Nanohoops via “Graft From” RAFT and Supramolecular Host-Guest Chemistry”为题发表在高分子科学顶级期刊Macromolecules上。本文第一作者为西北师范大学硕士研究生李军，通讯作者为王荣民教授和宋鹏飞教授，通讯单位为西北师范大学生态功能高分子材料教育部重点实验室。

  该成果得到国家自然科学基金（21865030，22161040）等资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c01823

作者介绍

第一作者：李军，西北师范大学2022级硕士研究生。研究聚焦于RAFT聚合介导的超分子主客体原位自组装制备多层次结构生物基聚合物抗菌材料，在高分子多层次结构功能材料领域取得了一系列成果。目前以第一作者身份在“Macromolecules”、“ACS Macro Letters”等国际权威期刊发表SCI论文5篇；申请国家发明专利1件。

宋鹏飞，西北师范大学教授，博士生导师。2015年获西北师范大学青年教师教学技能大赛三等奖，连续5届获学院教师教学技能大赛奖励，多次荣获全国竞赛优秀指导教师。2016年入选西北师范大学“双星计划”，2017年获教育厅级教学成果奖，2018年获甘肃省教学成果二等奖。2020年获甘肃省高等学校青年教师成才奖。主要从事开环聚合反应、富硫聚合物制备、电催化NRR反应、COF材料等相关研究。先后在“Macromol. Rapid Commun.”、“Chem. Commun.”、“ACS Appl. Mater. Interfaces”、“Macromolecules”、“ACS Macro Letters”等国内外学术刊物发表SCI论文50多篇；获授权发明专利14项。已主持国家自然科学基金项目2项、甘肃省科技支撑计划项目1项、甘肃省自然科学基金项目1项、陇原人才计划项目1项、中国科协“海智计划“甘肃基地海智特色示范项目、兰州市创新人才计划等科研人才项目。

王荣民，西北师范大学教授（二级），博士生导师。甘肃省教学名师；宝钢教育基金会优秀教师奖获得者；甘肃省青年科技奖获得者；甘肃“五四”青年奖获得者；甘肃省“333人才工程”第一、二层次人选。入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。主要从事环境功能材料相关研究，包括：环境功能材料的制备与应用、天然高分子的功能化与再利用、新型功能高分子材料的合成与性能。先后在“J Am Chem Soc”、“Angew Chem”、“Macromolecules”等国际国内重要学术刊物上发表论文300余篇；申请国家发明专利80余件；鉴定成果4项。获省级科技进步三等奖3项。转让应用成果8项并取得很高的经济效益。主持研究6项国家自然科学基金项目和1项教育部重点项目，参加多项国家自然科学基金项目，其中1项为国家自然科学重点项目；主持过多项省自然科学基金项目、教育厅基金项目和省环保局项目；教育部创新团队主要成员。主编《科技信息检索与论文写作》线上课程（智慧树、甘肃高等教育智慧教育与超星学习通等平台）已有800多所学校使用，并入选“国家级线上一流课程”。