CN110934138A

CN110934138A - 具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料及制备方法与应用

Info

Publication number: CN110934138A
Application number: CN201911156328.1A
Authority: CN
Inventors: 苏健裕; 管靖玮; 方立明; 王文
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-03-31

Abstract

本发明公开了具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料及制备方法与应用，上述具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将六水合硝酸锌分散于溶剂1中，得到溶液1；S2.将姜黄素和2‑甲基咪唑分散于溶剂2中，得到溶液2；S3.将上述溶液1与溶液2混合，得到橙黄色悬浊液；将所得橙黄色悬浊液经离心、洗涤、干燥后，即得具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF‑8包载姜黄素的纳米抗菌材料。通过本发明所述方法制备得到的纳米抗菌材料不仅具有蓝光激发和酸响应释放功能，还具有协同杀菌作用，且不会产生耐药菌的风险，极大地降低了细菌感染的风险。

Description

具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料及制备方法与应用

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别涉及一种具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料及制备方法与应用。

背景技术

自抗生素被发现可作为治疗细菌感染的主要药物之后，人们开始大量使用抗生素并导致耐药菌不断生成，对此，开发有效的抗菌材料是减少抗生素的使用频率，降低耐药菌和各种感染产生的有效手段。

现有抗菌剂主要分为三大类：有机类、生物制剂类、无机类。这三种抗菌剂各有自己的特点，有机类杀菌剂杀菌效果好、价格低，但安全性差、环境污染严重；生物制剂类抗菌剂一般来自天然，安全性高、环境污染小，但价格昂贵，且有产生耐药菌的风险；无机类抗菌剂具有持久性高、耐热性好、不易产生耐药性、安全性高等优良特点，在生物医药、空气净化、建筑涂料、服装、陶瓷、卫生厨具等领域有着广阔的发展空间和应用潜力。然而，现有抗菌剂大多采用单一的抗菌方式作用于细菌。CN101560729B公开了一种毛织物面料抗菌处理的整理剂及整理工艺，所述抗菌整理剂通过向水中加入液体姜黄素和环保粘结剂对毛织物面料进行整理，不仅具有使毛织物面料具有抗菌效果，还具有健康环保的优点。但所述抗菌整理剂中仅姜黄素能够发挥抗菌作用。

目前尚未见有将蓝光激发ZIF-8包载姜黄素纳米材料协同应用于抗菌领域的相关报道。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料的制备方法。本发明通过在制备ZIF-8过程中包载姜黄素，使制备得到的纳米抗菌材料在具有ZIF-8的酸响应功能和姜黄素的蓝光响应功能的同时，还结合了金属离子的杀菌作用与天然产物姜黄素的光敏抑菌作用，双组份协同杀菌；由于本发明制备得到的纳米抗菌材料具有光响应与酸响应机制，在中性与碱性条件下能够保护姜黄素并且不影响姜黄素的光响应杀菌作用，在酸性条件下释放姜黄素与Zn²⁺协同加速杀菌。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料。

本发明的再一目的在于提供上述具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料在制备清除由细菌污染的日化产品中的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将六水合硝酸锌分散于溶剂1中，得到溶液1；

S2.将姜黄素和2-甲基咪唑分散于溶剂2中，得到溶液2；

S3.将上述溶液1与溶液2混合，得到橙黄色悬浊液；其中，六水合硝酸锌与姜黄素和2-甲基咪唑的摩尔比为：(0.336～0.672):(0.008～0.022):(2.436～4.872)；将所得橙黄色悬浊液离心、洗涤、干燥后，即得具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素的纳米抗菌材料。

所述的溶液1中六水合硝酸锌的浓度为0.0672～0.1344mol/L。

所述的溶液2中姜黄素的浓度为0.0008～0.0022mol/L。

所述的溶液2中2-甲基咪唑的浓度为0.2436～0.4872mol/L。

所述的六水合硝酸锌为分析纯级别的试剂。

所述的姜黄素为避光低温保存的姜黄素；所述的姜黄素纯度为98％～100％。

所述的2-甲基咪唑为分析纯级别的试剂。

步骤S1中，所述的溶剂1为甲醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、蒸馏水和超纯水中的至少一种；优选为蒸馏水或超纯水中的至少一种；更优选为超纯水。

步骤S1中，所述的分散为超声分散；超声分散的功率为400～600W，超声分散时间为8～15min，以使六水合硝酸锌均匀分散于溶剂1中；所述的超声分散功率优选为400W，时间优选为10min。

步骤S2中，溶剂2为甲醇和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种；优选为甲醇；更优选为分析纯AR甲醇。

步骤S2中，所述的分散为超声分散；超声分散时间优选为8～15min，以使姜黄素和2-甲基咪唑均匀分散于溶剂2中；所述的超声分散时间更优选为10min。

步骤S3中，所述的混合为搅拌混合，所述的搅拌混合的转速为50～200rpm；优选为磁力搅拌器匀速搅拌混合。

步骤S3中，所述的混合时间为1～15min；优选为1～6min；更优选为3min。

步骤S3中，所述的离心条件为：10000～12000rpm离心10～20min；优选为10000rpm离心15min。

步骤S3中，所述的洗涤为醇洗、水洗，对于醇洗和水洗顺序不作要求，直至表面姜黄素清洗干净为止；所述的醇洗优选为乙醇洗涤，水洗优选为超纯水洗涤；所述的醇洗次数至少3次，水洗次数至少1次；醇洗次数优选3次，水洗次数优选1次。

步骤S3中，所述的干燥为真空干燥、冷冻干燥或真空冷冻干燥；优选为真空冷冻干燥；所述干燥时间不低于12h；优选为12～24h。

一种具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料，由上述制备方法得到。

上述具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料，所述的蓝光的激发波长为420～430nm，强度不小于1000lux；所述的蓝光的强度优选为1000～2000lux。

所述的具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料的抗菌能力为抗革兰氏阴性菌和抗革兰氏阳性菌的能力；所述的革兰氏阴性菌优选为大肠杆菌(Escherichiacoli ATCC43894)；所述的革兰氏阳性菌优选为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureusATCC 23235)。

上述具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料在制备清除由细菌污染的日化产品中的应用。

ZIF-8的制备方法与上述具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素纳米抗菌材料的制备方法基本相同，不同之处在于，制备ZIF-8时不加姜黄素，且将溶液1和不含姜黄素的溶液2混合后得到乳白色悬浊液。

所述的金属有机框架化合物ZIF-8是一种以Zn为金属配位点，以2-甲基咪唑为有机配体的框架材料；在高温、水、碱性环境下ZIF-8具有较高的稳定性，酸性条件下的ZIF-8框架结构会崩解释放出Zn²⁺。

所述的姜黄素是目前世界上销量最大的天然食用色素之一，是世界卫生组织和美国食品药品管理局以及多国准许使用的食品添加剂，成分安全，来源广泛；姜黄素是从姜科、天南星科中的一些植物的根茎中提取的一种化学成分，其中，姜黄约含3％～6％，是植物界很稀少的具有二酮的色素，为二酮类化合物。随着对姜黄素研究的日益深入，已发现其具有抗炎、抗氧化、调脂、抗病毒、抗感染、抗肿瘤、抗凝、抗肝纤维化、抗动脉粥样硬化等广泛的药理活性，且毒性低、不良反应小。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明通过在ZIF-8制备过程中加入姜黄素，使姜黄素包载在ZIF-8上，避免了姜黄素在中性或偏碱性环境下变质失活，对姜黄素具有保护作用，改善了姜黄素不稳定的特性，更易保存；而且姜黄素来源广泛，经常被应用于食品药品中，安全毒副作用小，该发明也拓宽了姜黄素的适用范围，有效提高了其经济附加值。

(2)通过本发明所述方法制备得到的纳米抗菌材料在蓝光照射下具有光响应作用，同时表现出优良的抗菌性能，能够抑制细菌生长，杀菌率高达100％；同时，将按本发明所述方法制备得到的纳米抗菌材料作用于细菌生长的酸性环境下，还能够发挥酸响应机制释放出大量的Zn²⁺协助杀菌，即使在暗处仍具有杀菌性能，且不会产生耐药菌的风险，极大地降低了细菌感染的风险。

附图说明

图1分别为合成的ZIF-8、ZIF包载姜黄素(ZIF@CCM)与模拟ZIF-8的XRD图。

图2为姜黄素在乙醇中的全波长扫描图。

图3为姜黄素在PBS缓冲液中的全波长扫描图。

图4为姜黄素在乙醇中的标准曲线图。

图5为姜黄素在PBS缓冲液中的标准曲线图。

图6分别为ZIF-8包载姜黄素(ZIF@CCM)在pH7.4与pH5.5的PBS缓冲溶液中姜黄素的释放量与时间的关系图。

图7为蓝光照射30min后，不同浓度的ZIF@CCM对大肠杆菌的短时杀菌效果图。

图8为蓝光照射30min后，不同浓度的ZIF@CCM对金黄色葡萄球菌的短时杀菌效果图。

图9为100μg/mL的ZIF@CCM在不同时间的蓝光照射下，对大肠杆菌的杀菌效果图。

图10为200μg/mL的ZIF@CCM在不同时间的蓝光照射下，对金黄色葡萄球菌的杀菌效果图。

图11为将ZIF@CCM、ZIF-8与姜黄素(即ZIF-8和CCM)分别用蓝光照射60min后，对大肠杆菌的杀菌效果图。

图12为将ZIF@CCM、ZIF-8与姜黄素(即ZIF-8和CCM)分别用蓝光照射60min后，对金黄色葡萄球菌的杀菌效果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得；实施例中所用的LB液体培养基购自广东环凯微生物科技有限公司；对大肠杆菌的选择性培养基为VRBA培养基，购自广东环凯微生物科技有限公司；对金黄色葡萄球菌的选择性培养基为甘露醇氯化钠琼脂培养基，购自广东环凯微生物科技有限公司；浓盐酸的质量浓度为36％，购自广州化学试剂厂；乙醇为质量分数为99.7％的分析纯乙醇，购自广州化学试剂厂；甲醇为分析纯甲醇，购自广州化学试剂厂；PBS缓冲液购自生工生物工程上海有限公司。

实施例1

1、ZIF-8的制备

将150mg六水合硝酸锌溶解在5mL超纯水中并超声分散10min得到溶液1；将330mg2-甲基咪唑溶解于10mL甲醇中并超声分散10min得到溶液2；向溶液2中加入磁力搅拌子并将其放置于磁力搅拌器上，在100rpm搅拌的条件下将溶液1快速倒入溶液2中并搅拌3min，得到乳白色悬浊液；将所得悬浊液以10000rpm离心分离15min收集沉淀并水洗3次、醇洗1次后真空冷冻干燥18h即得ZIF-8。

2、ZIF-8包载姜黄素的制备

将150mg六水合硝酸锌溶解在5mL超纯水中并超声分散10min得到溶液1；将5mg姜黄素和330mg 2-甲基咪唑溶解于10mL甲醇中并超声分散10min得到溶液2；向溶液2中加入磁力搅拌子并将其放置于磁力搅拌器上，在100rpm的条件下，将溶液1快速倒入溶液2中并搅拌3min，得到橙黄色悬浊液；将悬浊液以10000rpm的转速离心分离15min收集沉淀并经乙醇洗涤3次、水洗1次后真空冷冻干燥18h，即得能被蓝光激发的具有酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素的纳米抗菌材料。

3、XRD检测

分别将所得的ZIF-8与ZIF@CCM过200目的筛，所得粉体涂布到样品台上，注意制样时样品表面高度要一致，然后将上述两种样品进行XRD检测，同时通过Mercury软件根据ZIF-8的化学结构模拟得到模拟ZIF-8的XRD图谱，上述ZIF-8、ZIF@CCM和模拟ZIF-8的XRD结果如图1所示。

从图1可以看出，合成的ZIF-8与ZIF@CCM的XRD出峰位置与模拟ZIF-8的出峰位置相同，说明ZIF-8与ZIF@CCM合成成功，包载姜黄素的ZIF-8的晶型结构没有发生变化。

实施例2

1、ZIF-8包载姜黄素纳米颗粒的制备

ZIF-8包载姜黄素纳米颗粒的制备方法与实施例1中ZIF-8包载姜黄素的制备方法完全相同。

2、酸响应检测

(1)确定姜黄素分别在乙醇与PBS缓冲液中的最大吸收峰

1)姜黄素在乙醇中的最大吸收峰

配制1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液(姜黄素/乙醇溶液指姜黄素的乙醇溶液，下同)：将100mg姜黄素溶解于100mL乙醇中得到。

配制1μg/mL的姜黄素/乙醇溶液：取上述制备得到的1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液10μL于10mL的容量瓶中，用乙醇定容即得。

取上述1μg/mL的姜黄素/乙醇溶液3.5mL于石英比色皿中在紫外分光光度计上进行全波长扫描，确定最大吸收波长，结果如图2所示。

从图2可以看出，姜黄素/乙醇溶液中姜黄素的最大吸收波长为425nm。

2)姜黄素在PBS缓冲液中的最大吸收峰

配制100μg/mL的姜黄素/乙醇溶液：取步骤1)配制的1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液10mL于100mL的容量瓶中，用乙醇定容即得。

配制7μg/mL的姜黄素/PBS溶液(姜黄素/PBS溶液指姜黄素分散于PBS缓冲液中得到的溶液，所述PBS缓冲液为0.01M pH＝7.4的磷酸缓冲液，且PBS缓冲液中含有0.5％(v/v)的吐温20以保护姜黄素，下同)：取上述100μg/mL的姜黄素/乙醇溶液0.7mL于10mL的容量瓶中，用PBS缓冲液定容即得。

取上述7μg/mL的姜黄素/PBS溶液3.5mL于石英比色皿中在紫外分光光度计上进行全波长扫描，确定最大吸收波长，结果如图3所示。

从图3可以看出，姜黄素/PBS溶液中姜黄素的最大吸收波长为425nm。

(2)制备姜黄素分别在乙醇和PBS缓冲液中的标准曲线

1)姜黄素在乙醇中的标准曲线：将100mg姜黄素溶解于100mL乙醇中，制得1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液；分别取100μL、80μL、60μL、40μL、20μL浓度为1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液于10mL容量瓶中，用乙醇定容后摇晃均匀，用紫外分光光度计测量上述定容后的姜黄素/乙醇溶液在425nm处的吸收强度，并绘制成如图4所示的标准曲线。

从图4可以看出，姜黄素在乙醇中的标准曲线为：y＝0.1521x+0.0401，其中R²＝0.9971，说明有较好的线性关系，可以使用。

2)姜黄素在PBS缓冲液中的标准曲线：将100mg姜黄素溶解于100mL乙醇，制得1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液，分别取100μL、80μL、60μL、40μL、20μL的上述1mg/mL的姜黄素/乙醇溶液于10mL容量瓶中，用PBS缓冲液定容后摇晃均匀，用紫外分光光度计测量定容后的姜黄素/PBS溶液在425nm处的吸收强度，并绘制成标准曲线，如图5所示。

从图5可以看出，姜黄素在PBS缓冲液中的标准曲线为y＝0.0621x-0.0372，其中R²＝0.9845，说明有较好的线性关系，可以使用。

(3)ZIF@CCM(ZIF-8包载姜黄素)中姜黄素的包载量测定

取干燥后的ZIF@CCM 10mg加入1mL浓盐酸，待上述浓盐酸酸解ZIF-8的框架结构后加入9mL乙醇，得到的混合溶液取0.5mL，用乙醇稀释20倍，从稀释后的溶液中取3.5mL混合液于石英比色皿中测量其在425nm处的吸收强度，根据姜黄素在乙醇中的标准曲线计算10mg ZIF@CCM中姜黄素的包载量。

通过计算可知，10mg ZIF@CCM中姜黄素的OD425值为1.126，姜黄素包载量为14.3％。说明本申请制备得到的ZIF@CCM能够使大量姜黄素包载于ZIF-8中。

(4)不同pH下ZIF@CCM中姜黄素的释放量

取10mg ZIF@CCM分散于10mL pH＝7.4的PBS缓冲液中，于37℃下保存，4h后将上述10mL溶液离心，取出1mL上清液备用，将剩余的9mL混合液用上述pH＝7.4的PBS缓冲液定容至10mL以便下个时间取样。将上述备用的1mL上清液用pH＝7.4的PBS缓冲液稀释10倍，取稀释后的稀释液3.5mL于石英比色皿中在425nm处测量吸收强度。按照上述同样方法分别测量8h、12h、16h、20h、24h、34h、44h、54h、64h、72h后，稀释液在425nm处的吸收强度。

按照上述同样方法将10mg ZIF@CCM分散于pH＝5.5的PBS缓冲液中，用上述pH＝5.5的PBS缓冲液分别在4h、8h、12h、16h、20h、24h、34h、44h、54h、64h、72h后制备稀释液，并检测其在425nm处的吸光值。

根据上述姜黄素在PBS缓冲液中的标准曲线计算制备的稀释液中姜黄素的含量，即为本时间段内ZIF@CCM中姜黄素的释放量；本时间段内ZIF@CCM中姜黄素的释放量与本时间段前取出的姜黄素量之和即为姜黄素的累计释放量。结果如下表1所示；同时绘制上述稀释液中姜黄素的释放量与时间的关系图，如图6所示。

表1：不同pH的PBS缓冲液制备的稀释液中姜黄素随时间变化的释放量

通过(3)所述方法计算得知所用的ZIF@CCM中姜黄素的包载量为11％，从图6可以看出，在pH＝5.5的环境下姜黄素在4h内即可达到60％的释放量，最终可以达到80％的释放量；而在pH＝7.4的条件下，65h后仅能达到约30％的释放量。说明ZIF@CCM具有酸响应性，在酸性条件下结构会坍塌释放出里面的姜黄素。

实施例3

1、ZIF-8包载姜黄素纳米抗菌颗粒的制备

ZIF-8包载姜黄素纳米抗菌颗粒的制备方法与实施例1中ZIF-8包载姜黄素的制备方法完全相同。

2、蓝光照射30min条件下不同浓度的ZIF@CCM的短时杀菌能力

本实验采用大肠杆菌(Escherichia coli ATCC 43894)与金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC 23235)为试验菌株。

(1)大肠杆菌菌种活化：将冻存管从-20℃的冰箱中取出后蘸取100μL大肠杆菌于10mL LB液体培养基中(注意有关菌的操作均在超净台中)放置于180rpm、37℃摇床中培养过夜16h，取上述培养过夜的菌液在VRBA平板上划板培养过夜16h得到大肠杆菌的单菌落。

(2)大肠杆菌菌悬液的制备：取活化后的大肠杆菌单菌落于5mL LB液体培养基中培养过夜后，取其中100μL上述大肠杆菌菌液于3mL LB液体培养基中培养2.5h即得到对数期的菌液，用0.9％NaCl稀释，再离心洗涤3次后调整大肠杆菌菌液浓度为0.5麦氏浊度即可使用。

(3)配制2mg/mL的ZIF@CCM/0.9％NaCl分散液(即ZIF@CCM的0.9％NaCl溶液，下同)，取上述含ZIF@CCM溶液100μL与步骤(2)得到的大肠杆菌菌悬液按体积比1:1混合，然后用0.9％NaCl稀释，使ZIF@CCM和大肠杆菌混合液中ZIF@CCM的浓度分别为500μg/mL、400μg/mL、300μg/mL、200μg/mL、100μg/mL、50μg/mL；

按照上述步骤(1)和(2)的方法制备0.5麦氏浊度的金黄色葡萄球菌菌悬液，其中，对金黄色葡萄球菌的选择性培养基为甘露醇氯化钠琼脂培养基；随后用上述步骤(3)的方法制备ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液，使ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液中ZIF@CCM的浓度分别为500μg/mL、400μg/mL、300μg/mL、200μg/mL、100μg/mL、50μg/mL；

将上述不同浓度条件下的ZIF@CCM和大肠杆菌混合液、ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液分别置于蓝光灯下照射30min后用滴板计数法计数，蓝光激发波长为425nm，强度为1500lux，同时在上述相同条件下，设置暗处理组作对照。

蓝光照射30min后，不同浓度的ZIF@CCM对大肠杆菌的短时杀菌效果如图7所示。从图7可以看出，经蓝光照射30min后，当ZIF@CCM的浓度不低于300μg/mL时，对大肠杆菌可以达到100％的杀菌效果。而未经蓝光照射的ZIF@CCM暗处理组的抑菌能力相对较弱，说明了蓝光照射对ZIF@CCM的抗菌性能具有激发作用。

蓝光照射30min后，不同浓度的ZIF@CCM对金黄色葡萄球菌的短时杀菌效果如图8所示。由图8可知，经30min的蓝光照射后，当ZIF@CCM的浓度不低于400μg/mL时，对金黄色葡萄球菌可以达到100％的杀菌效果。而未经蓝光照射的ZIF@CCM暗处理组的抑菌能力相对较弱，说明蓝光照射对ZIF@CCM的抗菌性能具有激发作用。

实施例4

1、ZIF-8包载姜黄素纳米颗粒的制备

2、蓝光照射不同时间下同浓度的ZIF@CCM的抗菌能力

本实施例中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌种活化和菌悬液的制备方法均与实施例3中所述的方法相同；随后将所得大肠杆菌菌悬液和金黄色葡萄球菌菌悬液分别进行如下处理：

配制2mg/mL ZIF@CCM/0.9％NaCl分散液，用0.9％NaCl稀释上述ZIF@CCM/0.9％NaCl分散液，使分散液中ZIF@CCM的浓度为200μg/mL，取上述稀释后的ZIF@CCM/0.9％NaCl分散液100μL与大肠杆菌菌悬液按体积比1:1混合，即得ZIF@CCM浓度为100μg/mL的ZIF@CCM和大肠杆菌混合液；按照上述同样方法制备ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液，使ZIF@CCM的浓度为200μg/mL；分别将ZIF@CCM和大肠杆菌混合液、ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液放置于蓝光灯下分别照射0min、15min、30min、45min、60min后用滴板计数法计数，其中蓝光激发波长为420nm，强度为1000lux，同时设置不加ZIF@CCM的菌液暗处理组和光处理组作对照。

ZIF@CCM浓度为100μg/mL的ZIF@CCM和大肠杆菌混合液在上述不同时间的蓝光照射下，对大肠杆菌的杀菌效果如图9所示。从图9可知，ZIF@CCM对大肠杆菌的杀菌能力随蓝光处理的时间的增加而加强，经蓝光照射45min后可以达到近100％的杀菌效果，而暗处理的ZIF@CCM对大肠杆菌的杀菌能力较弱，说明ZIF@CCM对大肠杆菌的杀菌效果与蓝光照射的时间有关，一定时间的蓝光照射有利于提高ZIF@CCM对大肠杆菌的杀菌效果。

ZIF@CCM浓度为200μg/mL的ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液在上述不同时间的蓝光照射下，对金黄色葡萄球菌的杀菌效果如图10所示。从图10可知，ZIF@CCM对金黄色葡萄球菌的杀菌能力随蓝光处理的时间的增加而加强，在60min的照射后可以达到近99.999％的杀菌效果，而暗处理的ZIF@CCM的杀菌能力较弱，说明ZIF@CCM对金黄色葡萄球菌的杀菌效果与蓝光照射的时间有关，一定时间的蓝光照射有利于提高ZIF@CCM对金黄色葡萄球菌的杀菌效果。

实施例5

1、ZIF-8包载姜黄素纳米颗粒的制备

2、姜黄素+ZIF-8混合物(物理混合非包埋)的制备

将5mg姜黄素与按实施例1所述方法制备得到的ZIF-8直接通过物理方法混合，得到姜黄素与ZIF-8的混合物，即姜黄素+ZIF-8。

3、蓝光照射下ZIF@CCM与同百分比的姜黄素+ZIF-8(物理混合非包埋)的抗菌能力

本实施例中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌种活化方法和菌悬液的制备方法均与实施例3所述的方法相同；随后将所得大肠杆菌菌悬液和金黄色葡萄球菌菌悬液分别进行如下处理：将2mg/mL ZIF@CCM/0.9％NaCl分散液用0.9％NaCl稀释，使稀释后的ZIF@CCM/0.9％NaCl分散液中ZIF@CCM的浓度为200μg/mL；取100μL上述稀释后的分散液与大肠杆菌菌悬液按体积比1:1混合，使最终得到的ZIF@CCM和大肠杆菌混合液中ZIF@CCM的浓度为100μg/mL；按照上述同样方法制备姜黄素+ZIF-8/0.9％NaCl分散液(即姜黄素+ZIF-8的0.9％NaCl分散液，下同)，将上述分散液和大肠杆菌菌悬液混合，使姜黄素+ZIF-8和大肠杆菌混合液中姜黄素+ZIF-8的浓度为100μg/mL；

按照上述同样方法分别制备ZIF@CCM与金黄色葡萄球菌的混合液、姜黄素+ZIF-8与金黄色葡萄球菌的混合液，使所得混合液中ZIF@CCM、姜黄素+ZIF-8的浓度均为200μg/mL；

分别将上述制备得到的ZIF@CCM和大肠杆菌混合液、姜黄素+ZIF-8和大肠杆菌混合液、ZIF@CCM和金黄色葡萄球菌混合液、姜黄素+ZIF-8和金黄色葡萄球菌混合液置于蓝光灯下照射60min后用滴板计数法计数，其中蓝光激发波长为430nm，强度为2000lux，同时设置暗处理组作对照；结果分别如图11和12所示。

从图11和图12可以看出，当上述混合液中ZIF@CCM、姜黄素+ZIF-8的浓度一定时，暗处理组ZIF@CCM与姜黄素+ZIF-8的抑菌能力基本相同，抑菌率约为20％。但经上述条件下的蓝光照射60min后，ZIF@CCM的抑菌率可达99％，而经物理混合的姜黄素+ZIF-8的抑菌率仅为42％，产生这种现象的原因可能是由于物理混合的姜黄素由于没有被保护导致降解，只有一部分参与了光响应，而ZIF@CCM中的姜黄素由于被ZIF-8包载而受到保护，参与光响应的量更多，抗菌能力更强；以上结果说明ZIF@CCM提高了姜黄素的生物利用度，具有更好的抗菌能力。

实施例6

1、ZIF-8包载姜黄素的制备方法

将100mg六水合硝酸锌溶解在5mL DMF中并超声分散15min得到溶液1；将3mg姜黄素和400mg 2-甲基咪唑溶解于10mL N，N-二甲基甲酰胺中并超声分散15min得到溶液2；向溶液2中加入磁力搅拌子并将其放置于磁力搅拌器上，在200rpm的条件下，将溶液1快速倒入溶液2中并搅拌15min至得到橙黄色悬浊液，将悬浊液以12000rpm的转速下离心分离20min收集沉淀并经乙醇洗5次、水洗2次后真空干燥24h，即得具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素的纳米抗菌材料。

通过上述方法制备得到了如实施例1所述的具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料。

实施例7

1、ZIF-8包载姜黄素的制备方法

将200mg六水合硝酸锌溶解在5mL甲醇中并超声分散8min得到溶液1；将8mg姜黄素和200mg 2-甲基咪唑溶解于10mL甲醇中并超声分散8min得到溶液2；向溶液2中加入磁力搅拌子并将其放置于磁力搅拌器上，在50rpm的条件下，将溶液1快速倒入溶液2中并搅拌6min至得到橙黄色悬浊液，将悬浊液以11000rpm的转速下离心分离10min收集沉淀并经乙醇洗6次、水洗3次后冷冻干燥12h，即得具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素纳米抗菌材料。

通过上述方法制备得到了如实施例1所述的具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素的纳米抗菌材料。

对比例1

1、不同包埋材料对姜黄素包埋效果的影响

(1)介孔二氧化硅负载姜黄素：将5mg的姜黄素溶解在10mL的甲醇中，加入20mg的介孔二氧化硅，避光条件下搅拌24h后用酒精与水10000r/min离心洗涤三次后干燥制得。

(2)壳聚糖包载姜黄素：将壳聚糖溶于1％冰醋酸中，制成5mg/mL的壳聚糖溶液，60℃磁力搅拌30min后采用0.45μm微孔滤纸过滤，用2M的NaOH溶液调节滤液pH值至6；1mg姜黄素溶于10mL甲醇中，将姜黄素溶液加入50mL的壳聚糖溶液中，常温搅拌30min；将pH＝6的多聚磷酸钠溶液加入到姜黄素和壳聚糖乳化液中，常温搅拌120min，经10000r/min离心15min后，用蒸馏水洗涤三次并冷冻干燥。

(3)ZIF-8包载姜黄素：将150mg六水合硝酸锌溶解在5mL超纯水中并超声分散10min得到溶液1；将5mg姜黄素与330mg 2-甲基咪唑溶解于10mL甲醇中并超声分散10min得到溶液2；向溶液2中加入磁力搅拌子并将其放置于磁力搅拌器上，在100rpm搅拌的条件下将溶液1快速倒入溶液2中并搅拌3min至得到橙黄色悬浊液，将上述悬浊液在10000rpm条件下离心分离收集沉淀并水洗、醇洗多次后干燥，即得具有蓝光激发和酸响应释放功能的ZIF-8包载姜黄素的纳米抗菌材料。

通过上述试验发现，由于介孔二氧化硅只能进行物理吸附，姜黄素的包载率低；壳聚糖对姜黄素的包载率优于介孔二氧化硅对姜黄素的包载率，但壳聚糖包载姜黄素的抗菌效果并不如ZIF-8包载姜黄素的抗菌效果；本申请通过在ZIF-8制备过程中加入姜黄素制备的纳米抗菌材料不仅具有协同抑菌功能，还具有蓝光激发和酸响应释放功能，故本发明选择本申请所述方法包载姜黄素。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将六水合硝酸锌分散于溶剂1中，得到溶液1；

S2.将姜黄素和2-甲基咪唑分散于溶剂2中，得到溶液2；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的溶液1中六水合硝酸锌的浓度为0.0672～0.1344mol/L；所述的溶液2中姜黄素的浓度为0.0008～0.0022mol/L；所述的溶液2中2-甲基咪唑的浓度为0.2436～0.4872mol/L。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的溶剂1为甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、蒸馏水和超纯水中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的溶剂2为甲醇和N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的混合为搅拌混合，所述的搅拌混合的转速为50～200rpm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的混合时间为1～15min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的离心条件为：10000～12000rpm离心10～20min。

8.一种具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料，其特征在于：由权利要求1～7任一所述的制备方法得到。

9.根据权利要求8所述的纳米抗菌材料，其特征在于，所述的蓝光的激发波长为420～430nm，强度不小于1000lux。

10.权利要求8或9所述的具有蓝光激发和酸响应释放功能的纳米抗菌材料在制备清除由细菌污染的日化产品中的应用。