CN107625963A - 一种纳米结构的杀菌复合药物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米结构的杀菌复合药物及其制备方法，其中，所述方法包括：通过以表面接枝杀菌药物分子的亚纳米银簇为杀菌组分，并通过与金纳米棒载体的化学组装构成稳定的复合药物。该药物利用金纳米棒暗场光学成像和吸光发热的特点能够分别实现药物的精确追踪和银簇的快速解离及可控释放过程，以此充分发挥亚纳米银簇独特的杀菌特性以及与药物分子协同增效的作用，对设计高效杀菌药物具有重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及杀菌复合药物领域，尤其涉及一种纳米结构的杀菌复合药物及其制备方法。
背景技术
在众多的抗菌药物中，纳米银因其具有广谱抗菌性而在抗菌药物中得到广泛应用。目前，对于银的杀菌机理可以归纳为从纳米银解离出来的银离子通过膜损伤、DNA损伤以及解离过程中产生的活性氧影响细胞代谢等。研究发现，随着银颗粒尺寸的降低其表面能增大，表面快速释放银原子和银离子的能力增加，使得银颗粒的杀菌效率显著增强。F.Ruiz等人通过合成不同尺寸的纳米银发现随着颗粒尺寸的降低其杀菌活性明显提高；P.J.J.Alvarez等人进一步研究了银的杀菌机理，发现通过降低银颗粒尺寸能够加快银离子解离，进而提高其杀菌活性。针对传统银杀菌药物通常杀菌活性较低、银离子解离和释放不可控制以及对杀菌机理认识不清等缺点，新型高效银基杀菌药物通常需要具备以下三个特点：（1）小尺寸银颗粒加快银离子解离；（2）药物与载体的化学组装，实现银离子可控释放和精确给药，深入认识杀菌机理；（3）将银颗粒与其他药物分子有效结合发挥协同增效作用。
亚纳米银簇主要是由几个到几十个银原子组成，介于单原子与纳米颗粒之间，因其尺寸接近电子的费米波长而表现出类分子的特征，在电学、光学和化学等领域表现出独特的性质。近些年，超小金属颗粒用于生物医学领域的研究受到了广泛关注。其中，亚纳米银簇因其具有超高的组织摄取量、较高的荧光强度、较高的杀菌效率和较高的肾脏清除率等成为研究的热点。目前，关于超小银簇的专利文献报道较少，主要受限于缺乏可靠的制备方法，其中将其用于医疗杀菌及其机理等方面的研究更是鲜有报道。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米结构的杀菌复合药物及其制备方法，旨在解决现有杀菌药物无法实现定位追踪、精确给药以及高效杀菌的问题。
本发明的技术方案如下：
一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，包括步骤：
A、将谷胱甘肽与银源混合，随后加入硼氢化钠还原并经刻蚀处理生成亚纳米银簇；
B、将所述亚纳米银簇与杀菌药物分子混合，得到银簇复合药物；
C、将金源与表面活性剂混合，随后加入硼氢化钠还原生成金晶核，持续搅拌预定时间后，得到含有表面活性剂的金纳米棒；
D、将所述银簇复合药物与所述金纳米棒通过静电作用进行化学组装，得到纳米结构的杀菌复合药物。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述亚纳米银簇的尺寸为0.5-5nm。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述银源为硝酸银、醋酸银或硫酸银中的一种或多种。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述杀菌药物分子为青霉素类、头孢菌素类、氨基糖苷类、氯霉素类、四环素类或林可酰胺类中的一种或多种。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述金源为氯金酸、碘化金、三氯化金、硫代硫酸金钠或三溴化金中的一种或多种。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述表面活性剂为CTAB、PSS、PEG、PVP或OLA中的一种或多种。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述银源与谷胱甘肽的摩尔比为1:1-1:10。
所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其中，所述金源与表面活性剂的摩尔比为1:1-100:1。
一种纳米结构的杀菌复合药物，其中，采用上述任意一种制备方法制备得到。
有益效果：本发明提供一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，通过以表面接枝杀菌药物分子的亚纳米银簇为杀菌组分，并通过与金纳米棒载体的化学组装构成稳定的复合药物，该药物利用金纳米棒暗场光学成像和吸光发热的特点能够分别实现药物的精确追踪和银簇的快速解离及可控释放过程，以此充分发挥亚纳米银簇独特的杀菌特性以及与药物分子协同增效的作用，对设计高效杀菌药物具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种纳米结构的杀菌复合药物及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其中，包括步骤：
S10、将谷胱甘肽与银源混合，随后加入硼氢化钠还原并经刻蚀处理生成亚纳米银簇；
S20、将所述亚纳米银簇与杀菌药物分子混合，得到银簇复合药物；
S30、将金源与表面活性剂混合，随后加入硼氢化钠还原生成金晶核，持续搅拌预定时间后，得到含有表面活性剂的金纳米棒；
S40、将所述银簇复合药物与所述金纳米棒通过静电作用进行化学组装，得到纳米结构的杀菌复合药物。
具体来说，与大尺寸的纳米银不同，表面接枝杀菌药物分子的亚纳米银簇尺寸小且不太稳定，单个粒子很难起到高效杀菌的效果，需要合适的药物载体与之进行有效的组装构成稳定体系。
本发明优选金纳米棒作为银簇复合药物的载体，金纳米棒作为药物载体具有以下几个特点：首先，金纳米棒通过与银簇复合药物的化学组装可以构成“纳米炸弹”，增加局部释放的阴离子浓度，进一步提高杀菌活性；其次，采用近红外光照射，利用金纳米棒暗场光学成像的特点能够精确追踪药物的杀菌过程，更清楚地了解其杀菌机理；最后利用金纳米棒近红外吸光发热的特点，实现表面银簇的快速解离和可控释放，达到精确给药的目的。
进一步，在所述步骤S10中，将谷胱甘肽与银源混合，随后加入硼氢化钠还原并经刻蚀处理生成亚纳米银簇，所述银源为硝酸银、醋酸银或硫酸银中的一种或多种，但不限于此；较佳地，所述银源与谷胱甘肽的摩尔比为1:1-1:10。
示例性地，以硝酸银为例，本发明采用硼氢化钠（NaBH4）连续还原法制备亚纳米银簇，首先将硝酸银与谷胱甘肽（GSH）充分混合形成GSH-Ag+络合物，随后在NaBH4还原下形成深红色银纳米颗粒。持续搅拌3 h后由于S基团的刻蚀作用将溶液变成无色，继续添加NaBH4持续搅拌20 h后得到酒红色溶液，经纯化后获得亚纳米银簇。表面富集银离子的多少主要是通过添加NaBH4的量的不同来调节。
较佳地，在本发明中，所述亚纳米银簇的尺寸为0.5-5nm，结合纳米银杀菌剂的杀菌活性随着颗粒尺寸减小而明显提高的特点，本发明优选制备出的亚纳米银簇的尺寸为0.5-5nm，在该尺寸范围内，纳米银在催化反应中表现出独特的催化性能，其催化活性比铂族金属高2-3倍。
更进一步，在所述步骤S20中，亚纳米银簇与杀菌药物分子的结合主要是通过将银簇与杀菌药物分子充分混合后加入EDC（碳二亚胺）剧烈搅拌1h，进一步稳定亚纳米尺寸的银簇，将获得的产物经纯化后获得表面接枝药物分子的亚纳米银簇。较佳地，所述杀菌药物分子为青霉素类、头孢菌素类、氨基糖苷类、氯霉素类、四环素类或林可酰胺类中的一种或多种，但不限于此。
进一步地，在所述步骤S30中，将金源与表面活性剂混合，随后加入硼氢化钠还原生成金晶核，持续搅拌预定时间后，得到含有表面活性剂的金纳米棒，所述金源为氯金酸、碘化金、三氯化金、硫代硫酸金钠或三溴化金中的一种或多种，但不限于此；所述表面活性剂为CTAB( 十六烷基三甲基溴化铵)、PSS（ 聚苯乙烯磺酸钠）、PEG(聚乙二醇)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)或OLA(油胺)中的一种或多种，但不限于此；所述金源与表面活性剂的摩尔比为1:1-100:1。
示例性地，在本发明中，金纳米棒的合成采用两步法，即晶核生成和纳米棒生长。首先以HAuCl4作为金源与表面活性剂CTAB充分混合，随后在不断搅拌条件下加入NaBH4合成金晶核，将合成的金晶核加入到含有CTAB、HAuCl4、AgNO3和H2SO4的混合溶液中，在不断搅拌条件下各向异性生长为金纳米棒。将获得的金纳米棒与PSS充分混合，常温下搅拌10 h后，取出并离心取出多余的PSS，最后获得的样品为PSS修饰的金纳米棒。
更进一步地，在所述步骤S40中，将所述银簇复合药物与所述金纳米棒通过静电作用进行化学组装，得到纳米结构的杀菌复合药物。
具体来说，所述金纳米棒表面经过表面修饰剂修饰后显负电荷，而银簇复合药物由于表面银离子的富集而显正电荷；将所述金纳米棒和银簇复合药物充分混合并缓慢搅拌，带正电荷的银簇通过静电作用均匀有序地排列到带负电荷的金纳米棒表满。在该制备过程中，通过改变加入银簇的量来调节金纳米棒表面银簇的数量。本发明制备的杀菌复合药物利用金纳米棒在近红外光区域吸光发热并将产生的热量传递给表面的银簇，使银簇很快解离成银离子并从表面释放出来。
基于上述方法，本发明还提供一种纳米结构的杀菌复合药物，其中，采用上述任意一种制备方法制备得到。
下面通过具体实施例对本发明一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法做进一步的解释说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
（1）将硝酸银溶液（5mL，20mM）和谷胱甘肽（5mL, 50 mM）加入到6mLs水中，充分搅拌形成GSH-Ag+络合物，随后加入3mL硼氢化钠水溶液，静置18小时得到亚纳米银簇，最后将银簇（0.5mL,100μg/mL）与达托霉素充分搅拌8小时后，取出并11000转/分钟离心20分钟后得到表面接枝药物分子的亚纳米银簇A；
（2）将氯金酸（5mL，0.5mM）与CTAB（5mL，0.2M）充分搅拌至混合均匀，随后加入硼氢化钠（0.6mL，0.01mM）得到金晶核，然后取1mL上述溶液加入到含有氯金酸（250mL,1mM）和CTAB（9g）的500mL的生长溶液中静置12h得到CTAB稳定的金纳米棒B；
（3）将上述合成的银簇A（0.5mL,100μg/mL）与金纳米棒B（0.5mL,1mg/mL）加入到5mL水中并不断搅拌2小时，使其进行静电组装构成杀菌复合药物；
（4）将反应结束后获得的产物经离心、再分散得到新型高效杀菌复合药物。
实施例2
（1）将醋酸银溶液（6mL，20mM）和谷胱甘肽（5mL, 50 mM）加入到6mLs水中，充分搅拌形成GSH-Ag+络合物，随后加入3mL硼氢化钠水溶液，静置18小时得到亚纳米银簇，最后将银簇（0.6mL,100μg/mL）与苯唑青霉素充分搅拌8小时后，取出并11000转/分钟离心20分钟后得到表面接枝药物分子的亚纳米银簇A；
（2）将氯金酸（5mL，0.5mM）与PSS（5mL，0.2M）充分搅拌至混合均匀，随后加入硼氢化钠（0.6mL，0.01mM）得到金晶核，然后取1mL上述溶液加入到含有氯金酸（250mL,1mM）和PSS（18g）的500mL的生长溶液中静置12h得到PSS稳定的金纳米棒B；
（3）将上述合成的银簇A（0.6mL,100μg/mL）与金纳米棒B（0.6mL,1mg/mL）加入到5mL水中并不断搅拌2小时，使其进行静电组装构成杀菌复合药物；
（4）将反应结束后获得的产物经离心、再分散得到新型高效杀菌复合药物。
实施例3
（1）将草酸银溶液（10mL，20mM）和谷胱甘肽（5mL, 50 mM）加入到6mLs水中，充分搅拌形成GSH-Ag+络合物，随后加入6mL硼氢化钠水溶液，静置18小时得到亚纳米银簇，最后将银簇（0.6mL,100μg/mL）与苯唑青霉素充分搅拌8小时后，取出并11000转/分钟离心20分钟后得到表面接枝药物分子的亚纳米银簇A；
（2）将三氯化金（4mL，0.8mM）与PEG（5mL，0.2M）充分搅拌至混合均匀，随后加入硼氢化钠（0.6mL，0.01mM）得到金晶核，然后取1mL上述溶液加入到含有三氯化金（100mL,2.5mM）和PEG（18g）的500mL的生长溶液中静置12h得到PEG稳定的金纳米棒B；
（3）将上述合成的银簇A（0.8mL,50μg/mL）与金纳米棒B（0.8mL,1mg/mL）加入到5mL水中并不断搅拌2小时，使其进行静电组装构成杀菌复合药物；
（4）将反应结束后获得的产物经离心、再分散得到新型高效杀菌复合药物。
实施例4
（1）将硝酸银溶液（4mL，25mM）和谷胱甘肽（5mL, 50 mM）加入到6mLs水中，充分搅拌形成GSH-Ag+络合物，随后加入3mL硼氢化钠水溶液，静置18小时得到亚纳米银簇，最后将银簇（0.5mL,100μg/mL）与链霉素充分搅拌8小时后，取出并11000转/分钟离心20分钟后得到表面接枝药物分子的亚纳米银簇A；
（2）将氯金酸（1mL，0.5mM）与CTAB（1mL，0.2M）充分搅拌至混合均匀，随后加入硼氢化钠（0.6mL，0.01mM）得到金晶核，然后取1mL上述溶液加入到含有氯金酸（500mL,0.5mM）和CTAB（12g）的500mL的生长溶液中静置12h得到CTAB稳定的金纳米棒B；
（3）将上述合成的银簇A（1mL,100μg/mL）与金纳米棒B（2mL,1mg/mL）加入到5mL水中并不断搅拌2小时，使其进行静电组装构成杀菌复合药物；
（4）将反应结束后获得的产物经离心、再分散得到新型高效杀菌复合药物。
实施例5
（1）将硝酸银溶液（8mL，1mM）和谷胱甘肽（5mL, 50 mM）加入到6mLs水中，充分搅拌形成GSH-Ag+络合物，随后加入3mL硼氢化钠水溶液，静置18小时得到亚纳米银簇，最后将银簇（0.5mL,100μg/mL）与四环素充分搅拌8小时后，取出并11000转/分钟离心20分钟后得到表面接枝药物分子的亚纳米银簇A；
（2）将三溴化金（1mL，0.5mM）与CTAB（1mL，0.2M）充分搅拌至混合均匀，随后加入硼氢化钠（0.6mL，0.01mM）得到金晶核，然后取1mL上述溶液加入到含有三溴化金（200mL,0.75mM）和CTAB（9g）的500mL的生长溶液中静置12h得到CTAB稳定的金纳米棒B；
（3）将上述合成的银簇A（0.25mL,100μg/mL）与金纳米棒B（1mL,1mg/mL）加入到5mL水中并不断搅拌2小时，使其进行静电组装构成杀菌复合药物；
（4）将反应结束后获得的产物经离心、再分散得到新型高效杀菌复合药物。
实施例6
（1）将草酸银溶液（5mL，0.5mM）和谷胱甘肽（6mL, 50 mM）加入到6mLs水中，充分搅拌形成GSH-Ag+络合物，随后加入3mL硼氢化钠水溶液，静置18小时得到亚纳米银簇，最后将银簇（0.5mL,100μg/mL）与琥珀氯霉素充分搅拌8小时后，取出并11000转/分钟离心20分钟后得到表面接枝药物分子的亚纳米银簇A；
（2）将氯金酸（2mL，0.25mM）与PSS（1mL，0.2M）充分搅拌至混合均匀，随后加入硼氢化钠（0.6mL，0.01mM）得到金晶核，然后取1mL上述溶液加入到含有氯金酸（25mL,1mM）和PSS（15g）的500mL的生长溶液中静置12h得到PSS稳定的金纳米棒B；
（3）将上述合成的银簇A（0.8mL,100μg/mL）与金纳米棒B（2mL,1mg/mL）加入到5mL水中并不断搅拌2小时，使其进行静电组装构成杀菌复合药物；
（4）将反应结束后获得的产物经离心、再分散得到新型高效杀菌复合药物。
综上所述，本发明提供一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，通过以表面接枝杀菌药物分子的亚纳米银簇为杀菌组分，并通过与金纳米棒载体的化学组装构成稳定的复合药物，该药物利用金纳米棒暗场光学成像和吸光发热的特点能够分别实现药物的精确追踪和银簇的快速解离及可控释放过程，以此充分发挥亚纳米银簇独特的杀菌特性以及与药物分子协同增效的作用，对设计高效杀菌药物具有重要的指导意义。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将谷胱甘肽与银源混合，随后加入硼氢化钠还原并经刻蚀处理生成亚纳米银簇；
B、将所述亚纳米银簇与杀菌药物分子混合，得到银簇复合药物；
C、将金源与表面活性剂混合，随后加入硼氢化钠还原生成金晶核，持续搅拌预定时间后，得到含有表面活性剂的金纳米棒；
D、将所述银簇复合药物与所述金纳米棒通过静电作用进行化学组装，得到纳米结构的杀菌复合药物。
2.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述亚纳米银簇的尺寸为0.5-5nm。
3.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述银源为硝酸银、醋酸银或硫酸银中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述杀菌药物分子为青霉素类、头孢菌素类、氨基糖苷类、氯霉素类、四环素类或林可酰胺类中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述金源为氯金酸、碘化金、三氯化金、硫代硫酸金钠或三溴化金中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为CTAB、PSS、PEG、PVP或OLA中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述银源与谷胱甘肽的摩尔比为1:1-1:10。
8.根据权利要求1所述的纳米结构的杀菌复合药物的制备方法，其特征在于，所述金源与表面活性剂的摩尔比为1:1-100:1。
9.一种纳米结构的杀菌复合药物，其特征在于，采用上述权利要求1-8任意一种制备方法制备得到。
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