CN107184981A - 一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液及其制备方法和应用 - Google Patents

一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液及其制备方法和应用。主要是以硝酸银为银源，依次加入表面活性剂、双氧水及还原剂，采用一步合成法制备而成。该方法简单温和、绿色环保、无需晶种，耗时少、能耗低、易规模化，仅通过一步反应即可快速合成片状三角形银纳米粒(Ag‑Tri)。由于本发明合成的片状三角形银纳米粒尺寸小、分散度优良，可被细菌摄取且释放银离子，达到抑菌杀菌效果，本身可作为抗菌剂用于抗菌治疗中。且在808nm近红外光照射下，通过表面等离子共振效应可以实现光与热的转化，发生光热效应，破坏细菌结构，其较高的光热转换效率使片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液可用于抗菌的光热治疗(PTT)，有效治愈外伤性感染。

Description

一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液及其制备方法和应用。
背景技术
在生活中，充斥着各种有害细菌，给人们带来各种疾病。随着人民生活水平的提高，健康和卫生越来越受到重视，抗菌材料及其制品日益引起人们的关注。银的抗菌能力很强并具有广谱的杀菌效果，又不会在人体积累产生毒害，在很早以前就被用作抗菌活性材料。以银作为抗菌活性成份的抗菌剂是很理想的安全环保型抗菌剂。
传统银抗菌剂的杀菌性能，主要是依靠释放银离子途径实现：1.银离子接触反应。细菌的细胞膜的主要构成成分是磷脂分子和蛋白质，而磷脂分子中的磷酸根带有负电荷，这使得细菌的细胞膜带有负电，银离子能依靠库伦引力牢固吸附在细胞膜上，与膜蛋白质结合，使其结构变化，产生损伤。并且，银离子还能进一步穿透细胞壁进入细菌内，强烈吸引细菌体内的巯基，并与之迅速结合，使细菌的蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而死亡。此外，银离子也能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统、物质传输系统。当菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，周而复始不断杀灭细菌，因此其抗菌效果持久。2.银离子激光催化反应。在激光的作用下，银离子及纳米级颗粒能起到催化活性中心的作用，激活水中或空气中的氧，产生羟基自由基及负氧离子。羟基自由基和负氧离子能在短时间内破坏细菌的增殖能力，致使细胞死亡，从而达到抗菌的目的。
近年来，纳米技术已经成为物理、化学、生物、医学和材料科学等各学科间的前沿技术，因对能源、医学、电子学、航空工业等具有无法估量的巨大影响而备受研究人员的关注。而银纳米粒具有优良的传热性、导电性、表面活性和催化性能，在光学、催化、微电子、生物传感、抗菌等领域具有巨大的应用价值。通过纳米技术制备方法，可获得银纳米粒材料，则由于银纳米材料本身具有的量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积特性，可显著提高杀菌效果。银纳米粒就是将粒径做到纳米级的金属银单质。作为最新一代的天然抗菌剂，银纳米粒杀茵具有广谱抗菌和安全无毒的特点。
细菌的结构包括基本结构和特殊结构两部分。基本结构是各种细菌所共有的，包括细胞壁、细跑膜、细胞质和核质等；特殊结构是某些细菌在一定条件下所特有的结构，包括荚膜、鞭毛、菌毛和芽孢等。
细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，又称粘肽。细胞壁的主要功能是：1.维持菌体固有外形，保护细菌抵抗低渗的外环境。细菌细跑内各种营养物质的浓度高出胞外数百倍，渗透压可达25个大气压，细胞壁的存在避免了细菌在此环境中的破裂和变形；2.与细胞内外物质交换相关。细胞壁上有许多微孔，可使水和直径小于1nm的物质自由通过，并阻碍大分子物质，因而它与细胞膜共同完成细胞内外物质交换。
细胞膜是住于细胞壁内侧紧包在细胞质外面的一层富有弹性、具有半渗透性的生物膜。厚约5nm至10nm，占细菌干重的10％至30％。细菌细胞摸的结构与其他生物膜基本相同，为脂质双层并镶嵌有许多蛋白质，这些蛋白是具有特殊作用的酶和载体蛋白。细胞膜具有选择性通透作用，与细胞壁共同完成菌体内外物展交换。
银纳米粒广谱抗菌的机制与银纳米粒与蛋白质和核酸的结合作用有关。银纳米粒进入菌体后可与含至巯基的代谢酶结合，导致细菌死亡；银纳米粒也可能与细菌DNA结合，导致其结构改变，抑制DNA复制，导致细菌失去活性。经国内权威机构研究发现：其对耐药病原菌如耐药大肠杆菌、耐药金萄萄球菌、耐药绿脓杆菌、化脓链球茵、耐药肠球菌，厌氧菌等有全面的抗菌活性；对烧汤伤及创伤表面常见的细菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念珠萄及其它革兰氏阴性、革兰氏阳性致病菌都有杀菌件用；对沙银衣原体、引起性传播性疾病的淋球菌也有强大的杀菌作用。
根据银纳米粒的抗菌机理，银纳米粒必须要突破(破坏)细菌的细胞壁和细胞膜屏障，进入细跑质后才能破坏细跑质中的酶系统，干扰细菌新陈代谢，或者进入核质，破坏细菌DNA。
高温用于抗菌治疗(即热疗)很久以前人们即发现，高温能够使细菌死亡。当温度上升至44℃以上时，热能开始使细菌受损伤。热能对细菌的损伤的程度取决于温度高低和暴露在热能下的时间。现代的热疗是使用仪器，通过超声、微波、射频等方式，将人体某个部位或器官的温度升高到具有治疗作用的水平，以达到杀死局部细菌的治疗方法。这种方式存在极大的缺陷，即热传递的非专属性，这极易造成感染组织器官周围正常组织器官的损伤。
光热治疗，是光热转换材料吸收外界激光(通常为近红外光)，将光能转化为热能，达到杀灭细菌的目的，同时对周围组织影响较小。特殊结构的银纳米材料具有良好的表面等离子共振效应，通过合理控制合成条件，可以制备出从可见光到近红外光波段的纳米材料，可以通过相应的光激发而产生热疗作用，且加速银离子的释放，高温破坏细菌表面，使银纳米粒突破细胞壁细胞膜屏障，这一特性在抗菌治疗中展现了良好的应用前景。
传统的银纳米粒的制备分为物理法和化学法。物理法对仪器设备要求较高，生产费用昂贵。化学法多采用水合肼、甲醛、多元醇、有机胺等做还原剂，虽然这些还原剂具有高活性，但对环境有害，并且制得的纳米银易发生团聚现象。且单一的外用治疗方式限制了其疗效。
检索国内外有关光热抗菌治疗纳米平台方面的文献和专利结果表明：目前还没有发现基于片状三角形银纳米粒悬浮液绿色制备方法和光热抗菌治疗应用的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色环保、合成方法简单、易放大生产、成本低廉的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液及其制备方法和应用，本发明制备得到的纳米粒子具有优异的稳定性，粒径小至50nm至100nm，可被细菌摄取，较快的释放银离子，起到抗菌治疗效果。
本发明的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液，其制备方法包括如下步骤：
将表面活性剂与硝酸银溶液混合，搅拌后加入含过氧化氢的溶液，搅拌，再加入还原剂溶液，搅拌得到片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液，上述所有搅拌均为在避光室温条件下匀速搅拌。
上述技术方案中，所述的表面活性剂可以为聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、聚乙二醇、壳聚糖。
所述的还原剂通常采用植物多酚、或硼氢化钠。
作为优选，所述的表面活性剂可以采用浓度为0.001-10g/L的柠檬酸钠溶液，硝酸银溶液浓度为0.001-1M，柠檬酸钠溶液与硝酸银溶液的体积比为10000:1-1:1。另外，采用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、壳聚糖作为表面活性剂的浓度为0.001-10g/L。
所述的含过氧化氢的溶液中过氧化氢的重量百分比优选为10％-50％，硝酸银溶液浓度优选为0.001-1M，含过氧化氢的溶液与硝酸银溶液的体积比为100:1-1:1。
作为优选，所述的还原剂采用浓度为0.001-10M的硼氢化钠溶液，硝酸银溶液浓度为0.001-1M，硼氢化钠溶液与硝酸银溶液的体积比为100:1-1:1。另外，采用植物多酚作为还原剂的浓度为0.001-10M。
采用本发明方法所获得的银纳米粒抗菌悬浮液，其中银纳米粒呈片状三角形，具有表面等离子共振效应，拥有良好光热转换效率，可用于热成像，可以结合激光照射实现热成像的应用。
此外，本发明制得的片状三角形银纳米粒还可作为抗菌剂用于抗菌治疗或结合激光照射实现光热抗菌治疗的应用。
所述的纳米粒呈片状三角形，近似正三角形，通过调节硝酸银与还原剂的浓度可以调控产物的尺寸等，可获得三角边长约为50nm至100nm的纳米银粒子，因其具有表面等离子共振效应，拥有良好光热转换效率，在808nm的激光照射下，经数分钟便可将局部温度快速提升至70℃以上，满足细菌被杀灭的条件，可结合激光照射应用于光热抗菌治疗。
在抗菌治疗或光热治疗中，可根据患者组织及器官感染程度的临床状况给予不同剂量的片状三角形银纳米粒。本发明抗菌光热剂的给药剂量和浓度，可由临床医生例行确定。用药方案取决于各种因素，例如患者感染的区域、器官或组织是分散、局部或者全身，患者的健康程度，年龄性别等。通过参照其他抗菌制剂的用药方案，本领域技术人员能够确定本发明药物的最佳有效剂量及浓度。
本发明的片状三角形银纳米粒可通过任何已知的递送方法方式给药：外用给药、全身递送(静脉注射)，动脉内，胃肠外，肺腔内，局部、或局部给药的区域递送形式。如动脉内注射能够被用来“局域效果”成像及特定区域的光热治疗。
附图说明
图1为片状三角形银纳米粒的透射电子显微镜照片；
图2为片状三角形银纳米粒的紫外可见近红外吸收光谱曲线图；
图3为片状三角形银纳米粒的升温曲线(808nm激发光,5W/cm2)；
图4为片状三角形银纳米粒与细菌共培养后经808nm激光照射后，损毁细菌表面的扫描电子显微镜照片；
图5为片状三角形银纳米粒治疗由金黄色葡萄球菌引起的外伤感染小鼠模型，分别在治疗后0、2、4、6、8天的照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
将1L的0.001g/L的柠檬酸钠溶液与100mL的0.001M硝酸银溶液混合，在室温避光条件下匀速搅拌5min，然后加入500mL的重量百分比10％过氧化氢溶液，在室温避光条件下匀速搅拌10min，加入300mL新鲜制备的0.001M硼氢化钠溶液，在室温避光条件下匀速搅拌30min，得到片状三角形纳米银悬浮液，用去离子水反复清洗，超滤离心后得到三角形纳米银颗粒。
实施例2：
将500mL的0.01g/L的柠檬酸钠溶液与250mL的0.01M硝酸银溶液混合，在室温避光条件下匀速搅拌5min，然后加入700mL的重量百分比20％过氧化氢溶液，在室温避光条件下匀速搅拌10min，加入900mL新鲜制备的0.001M硼氢化钠溶液，在室温避光条件下匀速搅拌30min，得到三角形纳米银悬浮液，用去离子水反复清洗，超滤离心后得到三角形纳米银颗粒。
实施例3：
将50mL的0.001g/L的柠檬酸钠溶液与50mL的0.001M硝酸银溶液混合，在室温避光条件下匀速搅拌5min，然后加入50mL的重量百分比30％过氧化氢溶液，在室温避光条件下匀速搅拌10min，加入50mL新鲜制备的0.001M硼氢化钠溶液，在室温避光条件下匀速搅拌30min，得到三角形纳米银悬浮液，用去离子水反复清洗，超滤离心后得到三角形纳米银颗粒。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将表面活性剂与硝酸银溶液混合，搅拌后加入含过氧化氢的溶液，搅拌，再加入还原剂溶液，搅拌得到片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液，上述所有搅拌均为在避光室温条件下匀速搅拌。
2.根据权利要求1所述的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、聚乙二醇、壳聚糖。
3.根据权利要求1所述的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的制备方法，其特征在于：所述的还原剂为植物多酚、或硼氢化钠。
4.根据权利要求1所述的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂采用浓度为0.001-10g/L的柠檬酸钠溶液，硝酸银溶液浓度为0.001-1M，柠檬酸钠溶液与硝酸银溶液的体积比为10000:1-1:1。
5.根据权利要求1所述的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的制备方法，其特征在于：所述的含过氧化氢的溶液中过氧化氢的重量百分比为10％-50％，硝酸银溶液浓度为0.001-1M，含过氧化氢的溶液与硝酸银溶液的体积比为100:1-1:1。
6.根据权利要求1所述的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的制备方法，其特征在于：所述的还原剂采用浓度为0.001-10M的硼氢化钠溶液，硝酸银溶液浓度为0.001-1M，硼氢化钠溶液与硝酸银溶液的体积比为100:1-1:1。
7.一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液，其特征在于：采用如权利要求1-6任一项所述的方法制备而成，所述的银纳米粒呈片状三角形。
8.如权利要求7所述的片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液，其特征在于：所述的片状三角形银纳米粒的三角边长为50nm-100nm。
9.一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液的应用，其特征在于：该悬浮液作为抗菌剂用于抗菌治疗或光热治疗中。
10.一种片状三角形银纳米粒抗菌悬浮液在热成像中的应用。
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