CN107363254B

CN107363254B - 一种金铂纳米棒复合材料及其光热抗菌的应用

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Publication number: CN107363254B
Application number: CN201710454458.8A
Authority: CN
Inventors: 冯永海; 刘磊; 张�杰; 董明东
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2037-06-16
Also published as: CN107363254A

Abstract

本发明涉及一种金铂纳米棒复合材料及其光热抗菌的应用，特指以金铂复合纳米棒（Au@Pt）为光热剂，在近红外光（NIR）照射下，通过热消融途径使细菌死亡的方法，属于纳米材料技术领域；本发明将细菌悬浮液置于金铂纳米棒中，静置一会后，在近红外光照射下，照射一段时间后，用磷酸盐缓冲液稀释，取稀释后的悬浮液放到Luria Bertani固体培养基，在37℃培养12 h，计算菌落数，金铂复合纳米棒可高效快速杀死多种细菌，5 min内杀菌效率高达100%。

Description

一种金铂纳米棒复合材料及其光热抗菌的应用

技术领域

本发明涉及一种金铂纳米棒复合材料及其光热抗菌的应用，特指以金铂复合纳米棒（Au@Pt）为光热剂，在近红外光（NIR）照射下，通过热消融途径使细菌死亡的方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

光热治疗法（PTT）又称为光热分解，是指具有较高光热转换效率的光热剂，在易穿透组织的NIR照射下，将光能转化为热能通过细胞热消融途径来实现不可逆细胞破坏的一种治疗方法。PTT作为治疗肿瘤细胞新方法得到了广泛的关注和研究，相比之下，其在抗耐药菌感染中的应用研究甚少。2008年，美国的Sado-Attwood教授课题首先合成了抗体修饰金纳米棒的光热剂，在NIR照射下，实现了对绿脓杆菌光热消融，该研究开拓了PTT作为抗菌技术的新方向（Nano Letters, 2008, 8, 302-306.）。与抗生素抗菌原理不同，光热治疗法是通过热消融机制加速细菌死亡的途径进行杀死细菌，是一种不易引起细菌产生对抗性且具有广阔应用前景的新型抗菌技术。因此，研究开发光热抗菌技术对促进我国抗菌技术的发展与保障我国医院社区环境的健康安全具有重大意义。

在光热抗菌过程中，光热材料起到主导作用。多数科技工作者致力于研究设计制备具有高光热转换效率的无机或有机纳米光热材料，但普遍存在光热转换效率不高、与细菌相互作用较弱等缺点。本发明通过在Au纳米棒表面修饰Pt纳米点制备Au@Pt复合纳米棒，具有高光热转换效率，与细菌相互作用强，且具有良好的生物相容性，能快速杀死细菌。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中光热转换效率不高、与细菌相互作用弱的缺陷，提供一种金铂纳米棒复合材料并将其用于光热抗菌；本发明所合成的金铂纳米棒复合材料用量少，光热转换效率高，与细菌相互作用强，可在短时间内杀死细菌。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种金铂（Au@Pt）纳米棒复合材料，铂纳米点均匀修饰金纳米棒表面。

本发明还提供一种金铂（Au@Pt）纳米棒复合材料光热杀菌的方法，按照下述步骤进行：

将细菌悬浮液置于金铂纳米棒中，静置一会后，在近红外光照射下，照射一段时间后，用磷酸盐缓冲液稀释，取稀释后的悬浮液放到Luria Bertani固体培养基，在37 ℃培养12 h，计算菌落数。

其中所述的细菌悬浮液与金铂纳米棒的体积比例为1：4；其中金铂纳米棒的浓度为10~80 μg mL^–1。

所述的近红外光照射的条件为：功率为0~3 W，照射0~10 min，近红外光波长为808nm；

所述的稀释为稀释10000倍。

所述金铂纳米棒在杀菌前需用聚苯乙烯磺酸钠修饰，具体方法如下：取金铂纳米棒加入水中，加入聚苯乙烯磺酸钠，30 ℃反应3 h；其中所述金铂纳米棒、水、和聚苯乙烯磺酸钠的体积比为：1 mL：1 mL：10~100 μL，其中所述聚苯乙烯磺酸钠的浓度为20 mg mL^–1。

所述细菌为大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌中的一种。

其中所述金铂（Au@Pt）纳米棒，是通过Pt纳米点修饰Au纳米棒所构成，具体制备方法如下：

将2.5~10 μL浓度为0.01mol L^–1铂前驱体溶液滴加到1 mL浓度为80 μgmL^–1金（Au）纳米棒溶液中，再滴加3~12 μL浓度为0.1 mol L^–1还原剂溶液，静置3 h。

其中所述的金纳米棒，其制备方法如下：

将2~8 mL 浓度为0.1 mol L^–1的十六烷基三甲基溴化铵溶液、0.1~0.5 mL浓度为0.01 mol L^–1金前驱体溶液、0.1~0.3 mL浓度为0.01 mol L^–1硝酸银溶液、0.01~0.05 mL浓度为0.1mol L^–1还原剂依次加入试管中，再加入0.005~0.02 mL金晶种溶液在30 ℃反应3h。

其中所述金晶种，其制备方法如下：

配置金前驱体溶液和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液，金前驱体和十六烷基三甲基溴化铵摩尔比为1~5:300，再加入还原剂，所述还原剂与金前驱体摩尔比为20~30：1，反应2 h。

其中所述铂前驱体为氯铂酸，所述金前驱体为氯金酸。

其中所述还原剂为硼氢化钠和柠檬酸钠中的一种。

与现有技术相比较，本发明所具备的有益效果如下：

目前，使用抗生素是常用的杀菌方法，但容易引起细菌耐药。本发明所制备的金铂复合纳米棒光热剂，铂纳米点均匀修饰金纳米棒表面（如附图1所示），可通过改变铂修饰量来调控金铂复合纳米棒的光吸收峰，进而调控其光热转换率，与细菌有强相互作用，能结合在细菌表面（如附图2所示），在近红外光照射下，可局域（在细菌表面）产生过热效应，快速杀死细菌（如附图3所示），不引起细菌耐药，是一种高效、绿色抗菌的新方法。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术作进一步描述。

图1 Au@Pt纳米棒的TEM图。

图2为Au@Pt纳米棒与金黄色葡萄球菌作用的TEM图。

图3为不同浓度的Au@Pt纳米棒光热杀菌效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1:

金晶种制备：

配置氯金酸溶液和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液，氯金酸和十六烷基三甲基溴化铵摩尔比为1:300，再加入硼氢化钠，所述硼氢化钠与氯金酸摩尔比为24：1，反应2 h。

金纳米棒制备：

将4.75 mL 浓度为0.1 mol L^–1的十六烷基三甲基溴化铵溶液、0.2 mL浓度为0.01mol L^–1氯金酸溶液、0.3 mL浓度为0.01 mol L^–1硝酸银溶液、0.032 mL浓度为0.1mol L^–1柠檬酸钠溶液依次加入试管中，再加入0.01 mL金晶种溶液在30 ℃反应3 h。

金铂复合纳米棒制备：

将5 μL浓度为0.01mol L^–1氯铂酸溶液滴加到1 mL浓度为80 μg mL^–1Au纳米棒，再滴加6 μL浓度为0.1 mol L^–1柠檬酸钠溶液，静置3 h。

金铂复合纳米棒表面修饰聚苯乙烯磺酸钠：

取1 mL Au@Pt纳米棒加入1 mL水中，加入50 μL浓度为20 mg mL^–1聚苯乙烯磺酸钠，在30 ℃反应3 h。

金铂复合纳米棒光热杀菌：

将 50 μL金黄色葡萄球菌悬浮液置于200 μL浓度为80μg mL^–1的Au@Pt纳米棒中，静置30 min，在功率为3 W的波长为808 nm的近红外光照射下，照射5 min后，用磷酸盐缓冲液稀释10000倍，取100 μL稀释后的悬浮液放到Luria Bertani固体培养基，在37 ℃培养12h，计算菌落数。所得细菌存活率见表1。

实施例2:

同实施例1，仅改变金铂复合纳米棒制备步骤中的氯铂酸添加量分别为2.5 μL和10 μL，相应改变柠檬酸钠溶液添加量分别为3 μL和12 μL，进行Au@Pt纳米棒光热杀菌，所得的细菌存活率见表1。结果表明，与未修饰的金纳米棒相比，随着铂修饰量的增加，Au@Pt纳米棒杀菌效率增加，但进一步增加铂含量，其杀菌效率降低，可归因于较高铂量的修饰促使Au@Pt纳米棒光吸收峰红移，远离808 nm，使得光热转换效率降低。

表1不同铂修饰量对Au@Pt复合纳米棒杀菌影响

Pt修饰量（Pt与Au摩尔比）	细菌存活率（%）
		0	10.2
0.05	5.3
		0.1	0
0.2	8.6

实施例3:

同实施例1，仅改变金铂复合纳米棒光热杀菌步骤中Au@Pt纳米棒浓度分别为10、20、40 μg mL^–1进行光热杀菌，所得的细菌存活率见表2。由此可见，随着Au@Pt纳米棒浓度升高，光热杀菌效率逐渐升高，可归因于，光热剂浓度越高所产生的热量越高。

表2不同Au@Pt纳米棒浓度对光热杀菌的影响

Au@Pt纳米棒浓度（μg mL<sup>–1</sup>）	细菌存活率（%）
		80	0
40	3.2
		20	19.4
10	40.6
		0	100

实施例4:

同实施例1，仅改变金铂复合纳米棒光热杀菌步骤中近红外光辐射功率分别为0、0.5、1、2 W，所得的细菌存活率见表3。由此可见，随着近红外光辐射功率的升高，光热杀菌效率逐渐升高，可归因于，较高的辐射功率有利于光热剂产生较高的热。

表3不同近红外光辐射功率对光热杀菌的影响

辐射功率（W）	细菌存活率（%）
		3	0
2	6.6
		1	35.4
0.5	67.3
		0	100

实施例5:

同实施例1，仅改变金铂复合纳米棒光热杀菌步骤中细菌分别为0、1、3、5、10 min，所得的细菌存活率见表4。由此可见，延长近红外光辐射时间有利于增加杀菌效率。

表4不同近红外光辐射时间对光热杀菌的影响

辐照时间（min）	细菌存活率（%）
		10	0
5	0
		3	8.4
1	24.6
		0	100

实施例6:

同实施例1，仅改变金铂复合纳米棒光热杀菌步骤中细菌分别为绿脓杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌，所得的细菌存活率见表5。由此可见，在同一条件下，Au@Pt纳米棒均能杀死多种细菌。

表5不同近红外光辐射时间对光热杀菌的影响

细菌类型	细菌存活率（%）
		金黄色葡萄球菌	0
绿脓杆菌	0
		大肠杆菌	0
沙门氏菌	0

实施例7:

同实施例1步骤，仅改变金晶种制备步骤中金前驱体和十六烷基三甲基溴化铵摩尔比为5:300，硼氢化钠与氯金酸摩尔比30：1；改变金纳米棒制备步骤中十六烷基三甲基溴化铵溶液的量为2 mL，氯金酸溶液的量为0.1 mL，硝酸银溶液的量为0.1 mL，柠檬酸钠溶液的量为0.01 mL；改变金铂复合纳米棒表面修饰聚苯乙烯磺酸钠步骤中聚苯乙烯磺酸钠的量为10 μL。其它步骤和参数保持不变。

所制备的Au@Pt纳米棒的在功率为3 W的波长为808 nm的近红外光照射下，照射5min后，细菌存活率为30%。

实施例8:

同实施例1步骤，仅改变金晶种制备步骤中金前驱体和十六烷基三甲基溴化铵摩尔比为2:300，硼氢化钠与氯金酸摩尔比20:1；改变金纳米棒制备步骤中十六烷基三甲基溴化铵溶液的量为8 mL，氯金酸溶液的量为0.5 mL，硝酸银溶液的量为0.5 mL，柠檬酸钠溶液的量为0.05 mL；改变金铂复合纳米棒表面修饰聚苯乙烯磺酸钠步骤中聚苯乙烯磺酸钠的量为100 μL。所制备的Au@Pt纳米棒的在功率为3 W的波长为808 nm的近红外光照射下，照射5 min后，细菌存活率为5%。其它步骤和参数保持不变。

对比实施例1、7和8的结果，改变晶种、金纳米棒和金铂纳米棒制备参数，对光热杀菌效率具有重要影响。

Claims

1.一种用于光热杀菌的金铂纳米棒复合材料，其特征在于，铂纳米点均匀修饰金纳米棒表面；所述金铂纳米棒复合材料的制备方法如下：将铂前驱体溶液滴加到金纳米棒溶液中，再滴加还原剂溶液，静置3 h；所述铂前驱体为氯铂酸；所述铂前驱体溶液与金纳米棒溶液的用量比例为2.5~10 μL：1 mL；所述还原剂为硼氢化钠或柠檬酸钠，所述还原剂溶液与金纳米棒溶液的比例为3~12 μL：1 mL；所述铂前驱体溶液浓度为0.01mol L^-1；金纳米棒溶液的浓度为80 μg mL^–1；所述还原剂溶液浓度为0.1 mol L^–1。

2.权利要求1所述的金铂纳米棒复合材料光热杀菌的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

将细菌悬浮液置于金铂纳米棒复合材料中，静置30min后，在近红外光照射下，照射一段时间后，用磷酸盐缓冲液稀释，取稀释后的悬浮液放到Luria Bertani固体培养基，在37℃培养12 h，计算菌落数；所述的细菌悬浮液与金铂纳米棒复合材料的体积比例为1：4；所述近红外光照射的条件为：功率为0~3 W，照射0~10 min，近红外光波长为808 nm；所述金铂纳米棒复合材料的浓度为10~80 μg mL^–1；所述金铂纳米棒复合材料在杀菌前需用聚苯乙烯磺酸钠修饰。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述稀释为稀释10000倍。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金铂纳米棒复合材料在杀菌前需用聚苯乙烯磺酸钠修饰，具体方法如下：取金铂纳米棒复合材料加入水中，加入聚苯乙烯磺酸钠，30 ℃反应3 h。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金铂纳米棒复合材料、水、和聚苯乙烯磺酸钠的体积比为：1 mL：1 mL：10~100 μL，其中所述聚苯乙烯磺酸钠的浓度为20 mg mL^–1。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述细菌为大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌中的一种。