[发明专利]具有细菌絮凝和抗菌性能的自组装多肽分子及其应用

说明书

本发明公开了一种具有细菌絮凝和抗菌性能的自组装多肽分子及其应用，本发明基于色氨酸分子丰富的非共价键作用能力以及良好的与脂质膜相互作用能力，设计合成了可使革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细菌絮凝同时具有抗菌活性的自组装多肽分子。本发明的系列分子可在pH 7.4的水溶液中，经碱性磷酸酶作用后发生自组装凝胶化形成稳定水凝胶材料，且分子的去磷酸化和自组装可增强其絮凝活性。本发明的自组装多肽分子具有良好的细菌絮凝和抗菌活性，成分单一、不需要复杂的额外化学修饰。该系列分子由于其生物学来源、序列短小，而具有良好生物相容性、生物降解性以及易于合成生产等优点，具有作为一种高效、环保的新型细菌絮凝剂的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种具有细菌絮凝和抗菌性能的自组装多肽分子及其应用，属于絮凝剂技术领域。

背景技术

絮凝即将胶体或其他悬浮在液体中的颗粒聚集在一起，形成更大的颗粒(或絮凝体)，以促进这些颗粒从稳定的悬浮液中沉降的过程。而细菌絮凝的机理与细菌粘附到表面的机制密切相关，如聚合物对细菌的絮凝可以看作是细菌通过吸附在其表面的絮凝剂相互粘附的过程，目前研究对细菌絮凝现象的解释主要为絮凝剂与细菌间的电荷吸引中和以及桥联作用。而悬浮胶体颗粒和病原微生物通常是原水中的主要污染物。因此，有效的去除浊度和有效的杀菌是饮用水处理的主要任务。生产饮用水的传统工艺流程包括混凝/絮凝、沉淀、砂滤和消毒。通过加入絮凝剂，可以有效地去除浊度，从而启动混凝/絮凝过程，从而澄清水。水处理厂常用的氯等消毒剂可以有效地控制和杀死大多数微生物。然而，随着全球工业的快速发展，原水的质量已经严重恶化。为达到国家饮用水卫生标准，必须大量使用絮凝剂和消毒剂。这不仅意味着更高的处理成本，而且还意味着更大的二次污染风险，对人类健康造成不利后果，例如在氯消毒过程中产生的消毒副产品。此外，不同的水处理程序中需要不同类型的化学药剂。例如，在饮用水处理的基本步骤混凝/絮凝和消毒过程中，应相应地使用混凝剂/絮凝剂和消毒剂。然而，功能单一的传统药剂常常操作困难，所需剂量高，从而增加最终成本。而且，所使用的不同化学品之间还可能产生相互抑制，降低实际处理效率。因此，应用具有絮凝和抗菌等两种或两种以上功能的水处理剂具有科学和实际意义。絮凝通常是水净化的第一步，由于其简便、经济、高效的特点而成为了水处理技术中最常用和最重要的技术之一。而絮凝剂是决定絮凝效果乃至整个水处理效果的关键因素之一。因此，开发高效、低成本、环保、多功能的新型絮凝剂具有重要意义。

目前，用于处理水中细菌等微生物的絮凝剂一般可分为三大类：i)无机絮凝剂，如明矾和聚合氯化铝；ii)合成有机絮凝剂，如聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亚胺(PEI)；iii)天然高分子絮凝剂，如壳聚糖、淀粉、海藻酸钠、纤维素、木质素、单宁等。

在目前水处理中常用絮凝剂中，传统的絮凝剂，如无机金属絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂，没有明显的杀菌作用。此外，由于使用过程中残留的金属离子或有害的聚合单体会释放到目标水中，它们本身带有一定的健康风险。例如，丙烯酰胺单体对人体具有致癌性和神经毒性，铝盐絮凝剂可诱发阿尔茨海默病。而天然高分子絮凝剂大多水溶性不好，如纤维素不溶于水、壳聚糖仅可溶于酸性水中、淀粉不溶于冷水等；而且由于自身絮凝及抗菌絮凝较差或不具抗菌性(如淀粉)，其絮凝和抗菌性能常需通过使用阳离子基团(如季铵盐衍生物)进行复杂的化学接枝修饰来实现或增强。

此外，目前虽对具有抗菌活性的天然或人工合成多肽已有大量的报道，但对于多肽尤其是自组装短肽促使细菌产生絮凝或聚集的报道却仍极少。

发明内容

针对目前水处理中常用细菌絮凝中，无机金属絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂无抗菌活性且具有潜在毒性以及天然高分子絮凝剂普遍水溶性较差、常需要额外的化学修饰增强细菌絮凝及抗菌活性的问题，且目前对于同时具有细菌絮凝及抗菌活性的多肽尤其是自组装短肽仍鲜有报道，本发明基于色氨酸分子丰富的非共价键作用能力以及良好的与脂质膜相互作用能力，设计合成了可使金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)和大肠杆菌(革兰氏阴性菌)细菌絮凝同时具有抗菌活性的自组装多肽分子。

本发明的第一个目的是提供一种具有细菌絮凝和抗菌性能的自组装多肽分子，具有如下通式：