CN112021333A

CN112021333A - 一种光敏抗菌材料的制备方法

Info

Publication number: CN112021333A
Application number: CN202010960214.9A
Authority: CN
Inventors: 陈静怡; 黄明东; 袁彩; 江龙光
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2020-12-04

Abstract

本发明公开了一种光敏抗菌材料的制备方法，其是采用沉淀法，将带有羧基的光敏剂通过强效吸附效应富集在氧化锌纳米颗粒表面上而制得。该光敏抗菌材料经光照射能够产生大量的活性氧，因而具有很强的抗菌性能，且其制备工艺简单、反应条件相对温和、适合工业化生产，可用来制备医用抗菌材料或者建筑涂层材料。

Description

一种光敏抗菌材料的制备方法

技术领域

本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种光敏抗菌材料的制备方法。

背景技术

在历史的长河中，我们因为细菌病毒的侵害，导致无数人口死伤和高额的经济损失。在过去的60年中，抗菌药物被认为是治愈社区或医院感染的万能药。实际上，抗菌素耐药性（AMR）现在已成为对全人类的威胁。各国政府和世界卫生组织（WHO）已认识到应对AMR的紧迫性以及应对这一挑战的全球合作努力的重要性。所以，解决耐药菌感染问题迫在眉睫。

最近柳叶刀杂志提议光动力抗菌疗法可以作为一种有效的杀菌疗法(Wainwrightet al. “Photoantimicrobials—are we afraid of the light”, Lancet InfectionDiseases, 2016)。光动力疗法（photodynamic therapy，PDT）利用光敏剂在可见光存在下产生的活性氧来杀死细胞，具有一系列独特的优点。

发明内容

本发明针对现有抗菌材料抗菌效果有限的问题，提供了一种光敏抗菌材料的制备方法，该光敏抗菌材料由光敏剂和氧化锌纳米粒子制备形成，利用两者间较强的相互促进作用，可使所得材料发挥优异的抗菌效果，且其制备方法简便，适合工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光敏抗菌材料的制备方法，其是采用沉淀法，将光敏剂通过强效吸附效应富集在氧化锌纳米颗粒表面上而制得；其包括如下步骤：

1）在室温、搅拌条件下，将硝酸锌于水中完全溶解并继续搅拌1-5小时（优选为2-4小时，更优选为3-3.5小时），然后向该溶液中缓慢滴加氢氧化铵，直至白色沉淀不再生成为止；再调节溶液pH至9，搅拌2-8小时（优选为3-6小时，更优选为4-5小时）后，用蒸馏水洗涤沉淀物数次（3-6次，优选为4-6次，更优选为5次），直到滤液的pH降至7，再煮沸2-30分钟（优选为5-25分钟，更优选为10-15分钟），然后于300-600℃（优选为350-550℃，更优选为400-500℃）煅烧1-5小时（优选为2-4小时，更优选为3小时），得到氧化锌纳米颗粒；

2）将光敏剂溶解在有机溶剂（优选为二甲亚砜DMSO、N,N-二甲基甲酰胺DMF、四氢呋喃THF，更优选为DMSO）中，配成浓度为10μM-100mM的溶液，然后取10ml，加入10mg步骤1）制得的氧化锌纳米颗粒，超声2-20分钟（优选为5-15分钟，更优选为10-15分钟）后静置1-24小时（优选为3-20小时，更优选为5-10小时），再用DMSO洗涤至洗涤液无色，水洗涤数次（3-6次，优选为4-6次，更优选为5次），烘干或晾干，即得。

其中，所述氧化锌纳米颗粒的尺寸<800nm。

所述光敏剂可以为现有任何已知的光敏剂，如酞菁及其衍生物、卟啉及其衍生物和氟硼二吡咯（BODIPY）及其衍生物等，优选结构中带有羧基的光敏剂或将光敏剂先进行羧基取代。

优选地，所用光敏剂可以为酞菁类光敏剂，如β-单羧基取代酞菁染料，其化学结构式为：

，

其中，M为Zn、Al、Si、Cu、Fe、Co等金属中的任意一种。

更优选地，所用光敏剂具体为β-单羧基取代酞菁锌，其化学结构式为：

。

本发明的显著优点在于：

本发明制备的光敏抗菌材料中使用的光敏剂抗菌谱广，扩散距离短，对毗邻的寄主组织损伤小，而纳米氧化锌可通过光动力方法提高杀菌的作用，因而使所得材料具有双重抗菌性能，且对人体安全。

本发明制备工艺简单、反应条件也相对温和、适合工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料（试样1）与纳米氧化锌（试样2）、酞菁锌（试样3）对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抗菌性能对比图。

图2为实施例1制备的酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料（试样1）与纳米氧化锌（试样2）、酞菁锌（试样3）活性氧产生性能的对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明进行详细阐述。但本领域技术人员了解，下述实施例不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

实施例1：酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料的制备

1、氧化锌纳米颗粒通过预沉淀技术制备：在该技术中，在恒定速度的搅拌条件下，在室温下将0.05mol硝酸锌完全溶解在50mL蒸馏水中并继续搅拌3小时，然后向该溶液中缓慢滴加氢氧化铵直至白色沉淀不再生成为止；再将其pH调节至9，搅拌3小时后，用蒸馏水洗涤沉淀物4次，使滤液的pH降至7，再煮沸10分钟，最后于500℃下煅烧1小时，得到氧化锌纳米颗粒；

2、将β-单羧基取代酞菁锌溶解在DMSO中，配成浓度为50μuM的溶液，然后取10ml，加入10mg氧化锌纳米颗粒，超声5分钟后静置5小时，再用DMSO洗涤至洗涤液无色，用水洗涤3次，烘干，得到酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料。

实施例2：抗菌性能测试

实验菌株分别选用革兰氏阳性的金黄葡萄球菌(ATCC 6358)和革兰氏阴性的大肠杆菌（ATCC 8739），测试方法依据《AATCC 100-2012纺织品材料中抗菌整理剂的鉴定》并结合光动力试验的要求进行适应性调整，具体步骤如下：

将实施例1制备的酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料（试样1）、纳米氧化锌（试样2）分别用PBS稀释至ZnO浓度为100mg/L，将酞菁锌（试样3）用PBS稀释至酞菁锌的浓度与（试样1）中酞菁锌的浓度一致，然后取各试样溶液及PBS（对照）各20μl加入到96孔板中，然后各加入180μl菌液（10⁶-10⁸CFU/ml），之后在37℃培养箱中孵育1小时，随后使用无菌PBS分别将各组稀释成不同浓度梯度，取100μl涂抹于预先配置好的细菌培养板中，培养12-24小时后，做活菌菌落计数并计算抑菌率。培养前，将各材料分别设置光照组和避光组，光照组使用波长670nm、功率25mw的光源照射10分钟，避光组不进行光照。

抑菌率计算公式为：

X＝(A-B)/A×100%，

式中：X-抑菌率（％）；A-对照样品平均菌落数；B-被试样品平均菌落数。

结果如图1可见，对大肠杆菌，试样1的抑菌率为99.56%，试样2的抑菌率为36.39%，试样3为21.36%；对金黄色葡萄球菌，试样1的抑菌率为99.92%，试样2的抑菌率为21.66%，而试样3为44.10%，即试样1的抑菌活性明显高于试样2和试样3，这表明利用光动力和纳米氧化锌共同作用的光敏抗菌材料对革兰氏阴性菌及革兰氏阳性菌均具有良好的杀灭活性，可减少细菌量100至1000倍。

实施例3：活性氧产生能力检测

取实施例1制备的酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料（试样1）、纳米氧化锌（试样2）、酞菁锌（试样3，经过定量确定与试样1中酞菁锌浓度一致）与PBS（对照）各20μL至96孔板中，然后各加入180μL的PBS，并加入活性氧检测试剂，然后每组都使用波长670nm、功率25mw的光源进行照射，每照射1分钟检测溶液荧光强度。试验重复3次。

结果如图2可见，酞菁锌-纳米氧化锌光敏抗菌材料的活性氧产生能力远远高于酞菁锌、纳米氧化锌。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明的技术方案及其改进均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims

1.一种光敏抗菌材料的制备方法，其特征在于：采用沉淀法，将光敏剂通过强效吸附效应富集在氧化锌纳米颗粒表面上而制得。

2.根据权利要求1所述的光敏抗菌材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：

1）在室温、搅拌条件下，将硝酸锌于水中完全溶解并继续搅拌1-5小时，然后向该溶液中缓慢滴加氢氧化铵，直至白色沉淀不再生成为止；再调节溶液pH至9，搅拌2-8小时后，用蒸馏水洗涤沉淀物数次，直到滤液的pH降至7，再煮沸2-30分钟，然后于300-600℃煅烧1-5小时，得到氧化锌纳米颗粒；

2）将光敏剂溶解在有机溶剂中，配成浓度为10μM-100mM的溶液，然后取10ml，加入10mg步骤1）制得的氧化锌纳米颗粒，超声2-20分钟后静置1-24小时，再用DMSO洗涤至洗涤液无色，水洗涤数次，烘干或晾干，即得。

3.根据权利要求1或2所述的光敏抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述氧化锌纳米颗粒的尺寸<800nm。

4.根据权利要求1或2所述的光敏抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述光敏剂包括酞菁、卟啉、氟硼二吡咯及其衍生物中的任何一种。