抗生素的滥用已经促使多药耐药细菌不断进化，因而也亟需研发新型先进活性成分。具有短暂离子对（ion-pair）结构的离子液体是一种高度可调的材料，在许多领域均有广泛的应用。除了独特的物化特点以外，离子液体新近发现的生物学活性也激励着生化学家、微生物家以及医学工作者对其进行深入研究。特别是对于离子液体的抗菌性能来说，为克服与打击耐抗生素病菌相关的挑战开辟了全新的道路。
法国艾克斯马塞大学的Eric Lichtfouse、美国的奥古斯塔大学的Franklin R. Tay和意大利理工学院的Pooyan Makvandi团队联合撰写了综述文章，讨论了各种具有抗菌活性的单体或者聚合物形式的离子液体衍生物。作者还考量了离子液体的抗菌机制，以及能够影响其抗菌活性的参数如链长、阳离子/阴离子类型、阳离子密度以及聚合度等。最后，文章还探讨了离子液体在生物医学领域包括再生医学、生物检测以及药物/生物大分子递送等方向的潜在应用价值。相关工作以“Antimicrobial Ionic Liquid-Based Materials for Biomedical Applications”为题发表在Advanced Functional Materials。
【文章要点】
一、离子液体
目前已见报道的离子液体根据分子结构和物化性质可分化四代。第一代离子液体主要的组分是作为阳离子的二烷基咪唑六氟磷酸盐/烷基吡啶六氟磷酸盐和作为阴离子的金属卤化物，他们是理想的电化学溶剂，然而对空气和水非常敏感。第二代离子液体由铵盐等作为常用的阳离子，而六氟磷酸盐等作为阴离子，从而可在空气和水中稳定。第三代离子液体则包括了氨基酸和胆碱等天然离子或者是具有生物活性的离子。而第四代则最早出现在2018年，他们与其他分子液体混合后或者溶解后可展现出独特的性能。
图1离子液体中典型的阳离子和阴离子
二、抗菌机制
离子液体可以穿过细菌细胞膜，进入细胞质并改变细胞壁的膜特性（包括膜电位、流动性、粘性以及磷脂的排列）。特别是在改变细胞膜流动性方面，离子液体可以改变膜上蛋白质的扩散速率和稳定性，从而严重影响正常的膜功能如分子传输、辨识、迁移、黏附或者力学转导。离子液体也能通过创造孔结构改变膜的渗透性。造成不可逆的毁坏。
图2离子液体破坏细菌细胞壁
三、控制抗菌活性的参数
·取代烷基链长度是影响离子液体抗菌性能的重要因素。例如离子特体的抗菌效果会随着烷基链长度的增加而增加，直至达到特定的阈值。烷基链疏水性的增加或者缺乏极性功能基团均会提高抗菌效果。碳链更长（超过十个碳原子）的离子液体具有更强效的抗菌性能。
·离子液体中的阳离子和阴离子组分也会影响其抗菌性能。活性药物成分和阳离子表面活性剂能够与细菌细胞膜上的负电荷相互作用，从而造成细胞膜的破裂。此外，通过增加阳离子数密度（每一离子液体中的阳离子数目）也能够加强外部膜与阳离子之间的静电相互作用，从而提高离子液体分子在细胞膜上的吸附并导致快速有效的细菌清除。
·离子液体单体可集成形成聚合的离子液体，而聚合形式的离子液体在聚合物链上拥有许多阳离子位点。因此，当聚合离子液体与细菌细胞膜发生静电作用时，能够在膜上重整扩散，从而更加有效的破坏细菌结构。
图3烷基链长度对离子液体抗菌性能的影响
四、挑战与展望
研究人员目前正在探索离子液体的新型应用领域。由于离子液体具有正电荷特性，对带负电的细菌细胞膜可展现出高度的亲和性，因此可高效杀菌。离子液体还具有阴离子可交换性，具有不同疏水性的阴离子或许能够被设计从而实现对离子液体抗菌性能的调控。而在制备方法方面，研究也在探索利用绿色替代溶剂来取代易挥发的有机溶剂来合成离子液体。通过绿色化学合成的离子液体有望在生物活性成分如蛋白质等的分离/纯化和提取方面展现出应用价值。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202104148
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来源：高分子科学前沿
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