水性聚氨酯(WPU)是一种环保、生物相容性良好和易于改性的聚合物,已广泛应用于纺织、皮革、食品包装和生物医学等领域。但WPU在使用过程中容易受到细菌攻击,降低其使用寿命,甚至危害生命健康。这限制了其在高抗菌领域的应用。本研究基于氨基酸和季铵盐(QAs)的生物安全性、抗菌活性等特点,选用疏水氨基酸—苯丙氨酸(L-Phe)、带正电氨基酸—赖氨酸(Lys)和精氨酸(L-AEmpagliflozin纯度rg),通过化学键合的方式将它们的功能基团与QAs同时引入到WPU中,制备得到抗菌水性聚氨酯乳液。(1)通过原位乳液聚合Postmortem biochemistry法将氨基酸和季铵盐引入WPU分子骨架中,合成了氨基酸和季铵盐改性的WPU复合体系。该方法简单高效、绿色环保,通过共价结合的方式赋予材料抗菌性能,从根本上解决了传统添加型抗菌材料与基体相容性差、环境迁移污染、抗菌持久性降低和毒性等问题。(2)研究了氨基酸和季铵盐对WPU分散性、表面、结晶度及力学性能的影响。粒径与Zeta电位测试结果表明所有乳液的均匀分散性及稳定性。通过引入疏水氨基酸LPhe,可以使WPU薄膜疏水性得到有效提高,接触角最大提高了34.5°。XRD结果、DSC测试以及力学数据的相关性表明,氨基酸(Lys、L-Arg)的引入显著增加了WPU膜PS-341采购的氢键强度,改善了WPU的力学性能,拉伸强度从3.9 MPa提高到14.7 MPa。(3)采用圆盘扩散法研究了所制备的复合体系对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌活性,并与纯WPU和单体系的抗菌活性进行了比较。在此基础上,通过扫描电子显微镜(SEM)初步探索了其抗菌机制。其次,通过MTT测试与激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)考察了不同体系WPU对生物性能的影响。抗菌结果表明,含氨基酸和QAs的复合体系对E.coli和S.aureus具有良好的抗菌活性,且均优于单体系。WRPU7的抗菌效果最佳,从L-Arg和QAs抑制圈的总和(E.coli:8.3 mm+8.3 mm=16.6 mm和S.aureus:9.8 mm+9.5 mm=19.3 mm)分别达到21.4 mm和22.6mm,净效率提高了29%和17%,充分体现了“1+1>2”的协同增效抗菌效果。这突出了氨基酸和QAs的协同作用对WPU抗菌活性的重要性。细菌的SEM图像结果证明,由于L-Arg和QAs协同增效作用对细菌细胞膜具有更大的破坏性,造成其机械损伤。这些损伤使细菌的表面无法修复,加速了细菌的死亡。另外,由于氨基酸和QAs的引入,WPU复合体系表现出更好的生物相容性。这有利于WPU材料在生物医疗、食品包装、纺织等领域的应用,扩大其使用价值。