CN112494512A - 抗菌量子点纳米药物的制备方法 - Google Patents

抗菌量子点纳米药物的制备方法 Download PDF

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CN112494512A CN202011484374.7A CN202011484374A CN112494512A CN 112494512 A CN112494512 A CN 112494512A CN 202011484374 A CN202011484374 A CN 202011484374A CN 112494512 A CN112494512 A CN 112494512A
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谭杨
张晗
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Abstract

本发明公开了一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，通过利用辐照技术对过渡金属双盐化物MeX2进行改性增强得到抗菌量子点材料MeX2‑y，由于抗菌量子点材料MeX2‑y上的原子空位可以产生更多的表面电子态，该表面电子态促使抗菌表面的电荷传输量增大，被增强的抗菌量子点材料MeX2‑y作为p型半导体材料，使得微生物细胞膜与MeX2‑y接触导致pn结限制单向电荷传输，最终使得抗菌量子点材料MeX2‑y产生一个强烈的非ROS依赖的氧化应激，达到杀菌的作用，且该非ROS依赖的氧化应激不会使细菌产生抗药性，具有广阔的应用前景。

Description

抗菌量子点纳米药物的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米药物技术领域，具体涉及一种抗菌量子点纳米药物的制备方法。
背景技术：
细菌引起的感染性疾病严重威胁着人类的健康。尽管抗生素的发现让我们进入了长达四分之三世纪的感染控制时期，但是抗生素的使用也带来了耐药菌的产生，因此，亟待需要研制新的抗菌药物或策略来对抗耐药菌。
随着纳米技术的发展，纳米抗菌材料逐渐进入人们的视野，纳米抗菌材料的抗菌效果好，且不会产生抗药性，但纳米抗菌材料制备工艺复杂，不利于纳米药物的推广和实际使用，在这些材料中，过渡金属双盐化物纳米薄片因其大的表面积、优异的光学特性和易于功能化的表面而被认为是最有希望对抗细菌感染的候选材料。但过渡金属双盐化物MeX2纳米薄片有如下缺点：1)作用慢：光热和光催化处理需要1小时以上才能实现99.9％的灭菌。2)光依赖：由于过渡金属双盐化物MeS2无毒性，其抗菌活性是由其光热和光催化特性诱导产生的，因而强烈的光照是不可避免的。然而，在临床应用中，强烈的光照往往是需要避免或者无法实施的。比如在眼科领域，眼睛作为重要的感光结构，在治疗过程中应避免长时间强光照射，以确保视网膜不受损害；而对于机体深部组织的感染，光线又不能穿透，很难达到有效的杀菌效果。因此，有必要对过渡金属双盐化物MeS2的抗菌功能进行修改，使其具有更广泛的医学应用价值。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种抗菌量子点纳米药物的制备方法。本发明制备的抗菌纳米材料制备工艺简单，抗菌效果好，且不依赖光热催化场合的杀菌材料，与抗菌药物的实际应用场景贴合，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将过渡金属双盐化物MeX2加入无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将所述量子点悬浮液涂覆于载体上，干燥后得到待增强量子点材料；
步骤二、采用辐照方法对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性，得到具有原子空位的抗菌量子点材料MeX2-y；
步骤三、将步骤二中所述抗菌量子点材料MeX2-y加入药用溶剂中得到抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中所述抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成抗菌量子点纳米药物；
其中，所述抗菌量子点材料MeX2-y中过渡金属Me与X的原子比大于1:2。
优选的是，步骤一中所述过渡金属双盐化物MeX2与所述无水乙醇的混合比例为(50～150)μL:50mg。
优选的是，步骤一中所述过渡金属双盐化物MeX2为MoS2或MoSe2。
优选的是，步骤一中所述待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm。
优选的是，步骤二中数值y∈(0，2)。
优选的是，步骤二中辐照方法通过纳秒脉冲激光器实现，利用纳秒脉冲激光对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性，纳秒脉冲激光器的运行参数为：单脉冲宽度为15ns～20ns，单脉冲能量为0.5μJ～1μJ，重复频率为150kHz～200kHz，辐照时间为1min～5min。
优选的是，步骤二中辐照方法为通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量低于500keV，受控通量低于2×1014ions/cm2的氩离子，再利用高能氩离子对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性。
优选的是，步骤二中辐照方法为通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量低于1000keV，离子束流强度低于8000pA，扫描剂量低于3000nC/μm2/s的氦离子，再利用高能氦离子对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性。
优选的是，所述药用溶剂为蒸馏水、生理盐水、葡萄糖溶液中的一种。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、本发明使用辐照方法对过渡金属双盐化物纳米薄片增强改性得到抗菌量子点材料MeX2-y。由于辐照具有较强的轰击力，利用这个方法可以使MeX2顶层的硫原子或硒原子被炸走，降低了抗菌量子点材料MeX2-y中Me:X的原子比，从而抗菌量子点材料MeX2-y上留下大量硫原子空位或硒原子空位，抗菌量子点材料MeX2-y的制备具有实用性广，便于普及推广的优点。
2、本发明中抗菌量子点材料MeX2-y上的原子空位可以产生更多的表面电子态，该表面电子态促使抗菌表面的电荷传输量增大，被增强的抗菌量子点材料MeX2-y作为p型半导体材料，使得微生物细胞膜与MeX2-y接触导致pn结限制单向电荷传输，最终使得抗菌量子点材料MeX2-y产生一个强烈的非ROS依赖的氧化应激，达到杀菌的作用，且该非ROS依赖的氧化应激不会使细菌产生抗药性，具有广阔的应用前景。
3、本发明的抗菌量子点纳米药物在避光的条件下可以起到快速杀菌的作用并且由于杀菌材料上的空位缺陷，使得其不需要依赖光热和光催化即可诱导产生杀菌效果，为纳米材料作为杀菌药物在细菌性疾病的治疗方面的应用提供了一种新思路和新方法。
附图说明：
图1(a)为等浓度的基于MoS2单量子点药物以及基于MoS2-y抗菌量子点纳米药物对金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌效果柱状图；
图1(b)为MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物的孵育时间对金黄色葡萄球菌抗菌(S.aureus)效率趋势图；
图1(c)为等浓度的基于MoS2单量子点药物以及基于MoS2-y抗菌量子点纳米药物对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌效果柱状图；
图1(d)为MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物的孵育时间对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)抗菌效率趋势图；
图2为抗菌量子点材料MoS2-y的TEM图。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将50mgMoSe2加入100μL无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将量子点悬浮液涂覆于载体上，该载体为玻璃，干燥后得到待增强量子点材料，该待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm；
步骤二、采用激光辐照方法对步骤一中待增强量子点材料进行改性，具体的，该激光辐照方法通过纳秒脉冲激光器实现，该纳秒脉冲激光器的运行参数为：单脉冲宽度为18ns，单脉冲能量为1μJ，重复频率为200kHz，辐照时间为5min，从而得到具有原子空位的抗菌量子点材料MoSe2-0.1，其中y＝0.1，激光对待增强量子点材料的表面进行轰击，使MoSe2顶层的硒原子被炸走，降低了MoSe2中Mo:Se的原子比，从而抗菌量子点材料MoSe2-0.1上留下大量硒原子空位，该空位缺陷使得抗菌量子点材料MoSe2-0.1具备良好的杀菌效果；
步骤三、将步骤二中抗菌量子点材料MoSe2-0.1加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的MoSe2-0.1抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成MoSe2-0.1抗菌量子点纳米药物；
其中，该抗菌量子点材料MoSe2-0.1中过渡金属Mo与Se的原子比为1:1.9。
实施例2
一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将50mgMoS2加入100μL无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将量子点悬浮液涂覆于载体上，该载体为铜板，干燥后得到待增强量子点材料，该待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm；
步骤二、采用离子辐照方法对步骤一中待增强量子点材料进行改性，具体的，该离子辐照方法通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量500keV，离子束辐照剂量1×1014ions/cm2的氦离子，高能的氦离子对待增强量子点材料的表面进行轰击，使MoS2顶层的硫原子被炸走，从而得到具有原子空位的抗菌量子点材料MoS2-0.12，其中y＝0.12，降低了MoS2中Mo:S的原子比，从而MoS2上留下大量硫原子空位，该空位缺陷使得抗菌量子点材料MoS2-0.12具备良好的杀菌效果。
步骤三、将步骤二中抗菌量子点材料MoS2-0.12加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的MoS2-0.12抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成MoS2-0.12抗菌量子点纳米药物；
其中，该抗菌量子点材料MoS2-0.12中过渡金属Mo与S的原子比为1：1.88。
实施例3
一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将50mgMoS2加入150μL无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将量子点悬浮液涂覆于载体上，该载体为铜板，干燥后得到待增强量子点材料，该待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm；
步骤二、采用离子辐照方法对步骤一中待增强量子点材料进行改性，具体的，该离子辐照方法通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量为450keV，受控通量为0.75×1013ions/cm2的氩离子，高能的氩离子对待增强量子点材料的表面进行轰击，使MoS2顶层的硫原子被炸走，从而得到具有原子空位的抗菌量子点材料MoS2-0.04，其中y＝0.04，降低了MoS2中Mo:S的原子比，从而MoS2上留下大量硫原子空位，该空位缺陷使得抗菌量子点材料MoS2-0.04具备良好的杀菌效果。
步骤三、将步骤二中抗菌量子点材料MoS2-0.04加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的MoS2-0.04抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成MoS2-0.04抗菌量子点纳米药物；
其中，该抗菌量子点材料MoS2-0.04中过渡金属Mo与S的原子比为1:1.96。
实施例4
一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将50mgMoS2加入150μL无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将量子点悬浮液涂覆于载体上，该载体为铜板，干燥后得到待增强量子点材料，该待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm；
步骤二、采用离子辐照方法对步骤一中待增强量子点材料进行改性，具体的，该离子辐照方法通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量为450keV，受控通量为1.05×1014ions/cm2的氩离子，高能的氩离子对待增强量子点材料的表面进行轰击，使MoS2顶层的硫原子被炸走，从而得到具有原子空位的抗菌量子点材料MoS2-0.1，其中y＝0.1，降低了MoS2中Mo:S的原子比，从而MoS2上留下大量硫原子空位，该空位缺陷使得抗菌量子点材料MoS2-0.1具备良好的杀菌效果。
步骤三、将步骤二中抗菌量子点材料MoSe2-0.1加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物；
其中，该抗菌量子点材料MoS2-0.1中过渡金属Mo与Se的原子比为1:1.9。
实施例5
一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将50mgMoSe2加入150μL无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将量子点悬浮液涂覆于载体上，该载体为铜板，干燥后得到待增强量子点材料，该待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm；
步骤二、采用离子辐照方法对步骤一中待增强量子点材料进行改性，具体的，该离子辐照方法通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量为450keV，受控通量为1.5×1014ions/cm2的氩离子，高能的氩离子对待增强量子点材料的表面进行轰击，使MoS2顶层的硫原子被炸走，从而得到具有原子空位的抗菌量子点材料MoS2-0.11，其中y＝0.11，降低了MoS2中Mo:S的原子比，从而MoS2上留下大量硫原子空位，该空位缺陷使得抗菌量子点材料MoS2-0.11具备良好的杀菌效果。
步骤三、将步骤二中抗菌量子点材料MoS2-0.11加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的MoS2-0.11抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中MoS2-0.11抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成MoS2-0.11抗菌量子点纳米药物；
该抗菌量子点材料MoS2-0.11中过渡金属Mo与S的原子比为1:1.89。
对比例1
步骤一、将过渡金属双盐化物MoSe2加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的MoSe2抗菌药物混悬溶液；
步骤二、将步骤一中MoSe2抗菌药物混悬溶液进行超声震荡形成MoSe2单量子点抗菌药物。
对比例2
步骤一、将过渡金属双盐化物MoS2加入浓度为0.9％(w/v)的生理盐水中得到浓度为60μgmL-1的MoS2抗菌药物混悬溶液；
步骤二、将步骤一中MoS2抗菌药物混悬溶液进行超声震荡形成MoS2单量子点抗菌药物。
一、下面对本发明制得的抗菌量子点纳米药物应用于模拟杀菌环境中，具体的，验证抗菌量子点纳米药物对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌效果，该抗菌功效检测试验的细菌密度恒定在6×106mL-1，比较两种材料在黑暗环境和光照环境下的抗菌效果。光照条件为：以波长为400nm～700nm，光功率密度为0.2W/cm2的医用冷光源作为光源，模拟日常光照环境。
(1)采用平板计数法验证抗菌量子点材料MeX2-y上硫原子空位缺陷或硒原子空位缺陷的抗菌作用。
①验证试验1：将实施例1和对比例1应用于同等条件下的黑暗和光照环境；
②验证试验2：将实施例2和对比例2应用于同等条件下的黑暗和光照环境；
③验证试验3：将实施例3～5和对比例2应用于同等条件下的黑暗和光照环境。
由验证试验1、2、3可知：
a黑暗或光照条件下，具有硒原子空位缺陷的MoSe2-y抗菌量子点纳米药物对S.aureus和MRSA的抗菌效率均优于MoSe2单量子点抗菌药物；
b黑暗或光照条件下，具有硫原子空位缺陷的MoS2-y抗菌量子点纳米药物对S.aureus和MRSA的抗菌效率均优于MoS2单量子点抗菌药物；
c抗菌药物在光照条件下的抗菌效率高于黑暗条件下的抗菌效率，说明光照条件对药物的抗菌效果具有促进作用。
本发明使用辐照方法对过渡金属双盐化物纳米薄片增强改性得到抗菌量子点材料MeX2-y。由于辐照具有较强的轰击力，利用这个方法可以使MeX2顶层的硫原子或硒原子被炸走，降低了抗菌量子点材料MeX2-y中Me:X的原子比，从而抗菌量子点材料MeX2-y上留下大量硫原子空位或硒原子空位，抗菌量子点材料MeX2-y的制备具有实用性广，便于普及推广的优点。
具体的，如图1(a)示出了黑暗环境和光照环境下，MoS2单量子点抗菌药物和MoS2-y抗菌量子点纳米药物对S.aureus的抗菌作用；图1(c)示出了黑暗环境和光照环境下，MoS2单量子点抗菌药物和MoS2-y抗菌量子点纳米药物对MRSA的抗菌作用，从图中可以看出：
a黑暗和光照条件下，具有硫原子空位缺陷的MoS2-y抗菌量子点纳米药物对S.aureus的抗菌效率均优于MoS2单量子点抗菌药物；
b黑暗条件下，MoS2单量子点抗菌药物对S.aureus不具备抗菌效果，光照可促进MoS2单量子点抗菌药物对S.aureus的抗菌作用；
c黑暗和光照条件下，具有硫原子空位缺陷的MoS2-y抗菌量子点纳米药物对MRSA的抗菌效率均优于MoS2单量子点抗菌药物；
d黑暗和光照条件下，MoS2单量子点抗菌药物对MRSA均不具备抗菌效果。
e黑暗和光照条件下，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物对S.aureus和MRSA的抗菌效率均最佳。
其中，在黑暗条件下孵育5min后，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物对S.aureus的灭活效率高达97％，在黑暗条件下孵育20min后，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物对S.aureus的灭活效率高达99.3％。
在光照条件下孵育20min后，MoS2-0.04抗菌量子点纳米药物对S.aureus的灭活效率高达90％，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物对S.aureus的灭活效率高达99.992％，MoS2-0.11抗菌量子点纳米药物对S.aureus的灭活效率高达99.2％。
(2)采用平板计数法研究MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物的孵育时间对S.aureus和MRSA抗菌效率的影响。
a如图1(b)所示，光照条件下，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物孵育10min后，S.aureus的灭活率＞99.9％；黑暗条件下，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物孵育20min后，S.aureus的灭活率＞99.9％。
b如图1(d)所示，光照条件下，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物孵育20min后，MRSA的灭活率＞95％；黑暗条件下，MoS2-0.1抗菌量子点纳米药物孵育60min后，MRSA的灭活率＞95％。
本发明中抗菌量子点材料MoX2-y上的原子空位可以产生更多的表面电子态，该表面电子态促使抗菌表面的电荷传输量增大，被增强的抗菌量子点材料MoX2-y作为p型半导体材料，使得微生物细胞膜与MoX2-y接触导致pn结限制单向电荷传输，最终使得抗菌量子点材料MoX2-y产生一个强烈的非ROS依赖的氧化应激，达到杀菌的作用，该非ROS依赖的氧化应激不会使细菌产生抗药性，具有广阔的应用前景。抗菌单量子点混悬液在避光的条件下可以起到快速杀菌的作用并且由于杀菌材料上的空位缺陷，使得其不需要依赖光热和光催化即可诱导产生杀菌效果，为纳米材料作为杀菌药物在细菌性疾病的治疗方面的应用提供了一种新思路和新方法。
二、如图2示出了增强抗菌量子点材料MoS2-y的扫描电镜谱图，可观察到方框处因辐照在增强抗菌量子点材料MoS2-y上形成的多个空位缺陷。
虽然已经对本发明的具体实施方案进行了描述，但是本发明的许多其他形式和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。应理解所附权利要求和本发明通常涵盖本发明真实精神和范围内的所有这些明显的形式和改变。

Claims (9)

1.一种抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将过渡金属双盐化物MeX2加入无水乙醇中混合，超声震荡得到量子点悬浮液，将所述量子点悬浮液涂覆于载体上，干燥后得到待增强量子点材料；
步骤二、采用辐照方法对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性，得到具有原子空位的抗菌量子点材料MeX2-y；
步骤三、将步骤二中所述抗菌量子点材料MeX2-y加入药用溶剂中得到抗菌量子点药物混悬溶液；
步骤四、将步骤三中所述抗菌量子点药物混悬溶液进行超声震荡形成抗菌量子点纳米药物；
其中，所述抗菌量子点材料MeX2-y中过渡金属Me与X的原子比大于1:2。
2.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤一中所述过渡金属双盐化物MeX2与所述无水乙醇的混合比例为(50～150)μL:50mg。
3.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤一中所述过渡金属双盐化物MeX2为MoS2或MoSe2。
4.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤一中所述待增强量子点材料的涂覆厚度小于500nm。
5.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤二中数值y∈(0，2)。
6.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤二中辐照方法通过纳秒脉冲激光器实现，利用纳秒脉冲激光对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性，纳秒脉冲激光器的运行参数为：单脉冲宽度为15ns～20ns，单脉冲能量为0.5μJ～1μJ，重复频率为150kHz～200kHz，辐照时间为1min～5min。
7.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤二中辐照方法为通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量低于500keV，受控通量低于2×1014ions/cm2的氩离子，再利用高能氩离子对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性。
8.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，步骤二中辐照方法为通过离子束加速器实现，离子束加速器发出辐射能量低于1000keV，离子束流强度低于8000pA，扫描剂量低于3000nC/μm2/s的氦离子，再利用高能氦离子对步骤一中所述待增强量子点材料进行改性。
9.根据权利要求1所述的抗菌量子点纳米药物的制备方法，其特征在于，所述药用溶剂为蒸馏水、生理盐水、葡萄糖溶液中的一种。
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CN106334571A (zh) * 2016-09-20 2017-01-18 中国计量大学 一种MoSe2/碳量子点全光谱响应光催化剂及其制备方法
CN110655110A (zh) * 2019-11-03 2020-01-07 台州学院 一种有原子层台阶的二硫化钼及其制备方法

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