CN112891373B - 紫磷及基于其的二维纳米片的抗菌应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了紫磷及基于其的二维纳米片的抗菌应用，属于生物医药制备技术领域。本发明首次揭示了紫磷块体及紫磷纳米片具备优异的抗菌性能，无需修饰，单纯的紫磷原材料就具有优异的抗菌性能，能够很好地应用于抗菌剂的制备，没有抗生素耐药性的问题。本发明通过细菌实验证实，在针对两种常见病原体(即大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)进行一系列抗菌测试后，紫磷比黑磷具有更高的抗菌活性。

Description

紫磷及基于其的二维纳米片的抗菌应用
技术领域
本发明属于生物医药制备技术领域，涉及一种杀菌试剂，具体涉及紫磷及基于其的二维纳米片的抗菌应用。
背景技术
随着抗生素耐药性的全球蔓延，寻找能够避免抗生素耐药性的新抗生素对抗菌药物研究提出了前所未有的挑战。近年来，对非抗生素抗菌物质的研究已成为科学研究的热点和发展方向。抗菌纳米材料被认为是一种很有前途的材料，是一种克服细菌耐药性问题的策略。
二维磷(例如，黑磷)是一种抗菌剂，由于其高的病原体消除效率、生物安全性和按需降解性，其在抗菌相关领域吸引了越来越多的兴趣。然而，黑磷在被剥离成黑磷纳米片后稳定性很差，而使用修饰剂，往往存在步骤复杂，处理麻烦，成本高等问题。
紫磷，是一种层状结构的磷的同素异形体。在2019年底，首次被合成宏观单晶。且紫磷已经被证明是比黑磷还要稳定的磷的同素异形体，紫磷可被剥离成二维纳米片——紫磷烯，也被证明比黑磷二维纳米片更加稳定。但是，目前紫磷及紫磷烯在抗菌方面没有任何研究。
发明内容
本发明的目的在于提供紫磷及基于其的二维纳米片的抗菌应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了紫磷或紫磷二维纳米片作为抗菌剂的应用。
优选地，紫磷或紫磷二维纳米片完全杀死107的菌的有效最低浓度为1mg/mL。
优选地，所述的抗菌剂为在光照协同作用下抗菌效果增强的抗菌剂。
进一步优选地，所述光照条件为LED白光。
本发明还公开了紫磷或紫磷二维纳米片在制备抗菌剂中的应用。
优选地，所述的抗菌剂为在光照协同作用下抗菌效果增强的抗菌剂。
进一步优选地，所述光照条件为LED白光。
发明还公开了一种抗菌剂，由紫磷或紫磷二维纳米片制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首次揭示了紫磷块体及紫磷纳米片具备优异的抗菌性能，无需修饰，单纯的紫磷原材料就具有优异的抗菌性能，能够很好地应用于抗菌剂的制备，没有抗生素耐药性的问题。本发明通过细菌实验证实，在针对两种常见病原体(即大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)进行一系列抗菌测试后，紫磷块体及纳米片比黑磷具有更高的抗菌活性。此外，体内小鼠实验证明紫磷可以加速伤口愈合并具有抗感染能力。这项研究提供了一种新型的2D抗菌剂来对抗病原体，并提出了预防细菌耐药性的新方向。
附图说明
图1为剥离后的紫磷原子力显微镜图；
图2为块状黑磷和紫磷的大肠杆菌存活率对比；
图3为紫磷二维纳米片(VPNS)和黑磷二维纳米片(BPNS)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率对比；
图4为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在VPNS样品处理前(对照)和处理后的透射电子显微镜(TEM)图；
图5为在黑暗、自然光和LED白光下紫磷二维纳米片对大肠杆菌的抗菌率；
图6为未处理、经BP、VP和VPNS处理后，肉眼观察小鼠伤口(左)图片及伤口闭合率(右)随时间的变化。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种新型二维材料紫磷纳米片的抗菌应用，包括以下步骤：
步骤1：100mg块状紫磷(VP)和180mL乙醇溶剂一起放入250mL的圆底烧瓶中；
步骤2：将上述圆底烧瓶放入超声清洗机中，在500W的条件下，超声处理2h，然后再放入细胞粉碎机中在冰浴条件下，25KHz,650W的条件下，超声10h，获得分散体；
步骤3：将上述所得的分散体通过两步法进行离心：先将分散体在1000rpm下离心20min，再将分离得到的上清液在15000rpm离心30mim，从而得到1-9nm和大于9nm的两种不同厚度的紫磷纳米片；
步骤4：将上述不同的厚度的紫磷纳米片用去离子水洗3-4遍。
步骤5：最后放入冷冻干燥机中冷冻干燥得到厚度不同的两种样品。
将3-9nm和大于9nm样品进行抗菌测试：
首先，将紫磷样品(浓度为1mg/mL)和实验中所需的其他仪器及用具放入生物安全柜，紫外照射30min，通风15min。
然后，从已经扩大培养的原菌液中吸取1mL 1×109CFU·mL-1的E.coli GB8099(或S.aureus ATCC 6538)菌液加入到1.5mL的离心管中，在转速约为4000rpm条件下离心7min，弃去上清液，加入1mL 0.8wt％无菌氯化钠水溶液洗涤3次后，将菌重新分散在1mL无菌蒸馏水中，涡旋使菌液分散均匀，随后取100μL上述菌液至900μL无菌蒸馏水中，反复吸吹15-20次至菌液分散均匀，得到1×108CFU·mL-1的菌液。
从1×108CFU·mL-1的菌液中取出100μL菌液，加入浓度为1mg/mL的紫磷分散液中，放入摇床中以220r/min的速度在LED白光下振荡3h。随后取出100μL菌液并逐级稀释至1×106CFU/mL、1×104CFU/mL和1×102CFU/mL，将1×106CFU/mL、1×104CFU/mL和1×102CFU/mL的菌悬液各3份分别铺到固体培养板上，再将未经紫磷处理的空白菌液1×106CFU/mL、1×104CFU/mL和1×102CFU/mL作为对照组也分别均匀铺到固体培养板上，待培养板菌液彻底晾干，倒置于37℃培养箱中，分别培养12h(E.coli)和24h(S.aureus)后，计数存活菌落。培养结束后，计数法数出实验组菌落数，与空白组做对照计算出杀菌率。测试结果如下：
本实施例制备的紫磷二维纳米片原子力显微镜图如图1所示，厚度较薄，2±1nm。紫磷二维纳米片对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率，如图3所示，抗菌率均达到90％以上。从图4可以看出，未经紫磷二维纳米片处理的菌，形貌完整，而经过紫磷样品处理后的菌表面变形或破损，有内溶物泄露，表明菌已经死亡。
实施例2
与实施例1的参数条件不同的是：对紫磷和黑磷固体均不做液体剥离处理，简单研磨后，测试对大肠杆菌的抗菌效果。其他条件参数同实施例1。
测试结果如下：
黑磷和紫磷的抗菌效果如图2所示，由图可知，块状紫磷处理后大肠杆菌的存活率远远低于块状黑磷，证明紫磷的抗菌效果更优。
实施例3
与实施例1的参数条件不同的是：在黑暗和自然光条件下做抗菌测试，其他条件参数同实施例1。
测试结果如下：紫磷二维纳米片在黑暗和自然光条件下，抗菌率小于LED灯下的抗菌效果，如图5所示。
实施例4(对照组)
与实施例1的参数条件不同的是：液体剥离黑磷，获得黑磷二维纳米片样品，测试对大肠杆菌的抗菌效果，其他条件参数同实施例1。
测试结果如下：
黑磷二维纳米片抗菌效果如图3，黑磷二维纳米片对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为4.8％和18.5％，远远低于紫磷二维纳米片的抗菌率。
实施例5
与实施例1的参数条件不同的是：对小鼠进行伤口愈合测试。术前腹腔注射10％水合氯醛麻醉小鼠，对四组小鼠均用打孔机在每只小鼠背部打一个4mm的伤口。以金黄色葡萄球菌感染小鼠模型评价其体内抗菌活性。10μL 108CFU·mL-1金黄色葡萄球菌细菌液注入伤口,然后分别将浓度为1mg/mL的黑磷、紫磷及紫磷二维纳米片注入不同组小鼠的伤口及一组未作任何处理,通过观察伤口的愈合面积来评价伤口的愈合程度。其他条件参数同实施例1。
测试结果如下：
如图6所示，紫磷二维纳米片处理后的小鼠伤口愈合最快最好，创面闭合率最高。表明紫磷二维纳米片可以作为一种很好的抗菌剂来解决伤口感染，且具有良好的生物相容性，几乎没有毒副作用。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.紫磷或紫磷二维纳米片在制备抗大肠杆菌或金黄色葡萄球菌菌剂中的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，紫磷或紫磷二维纳米片完全杀死107的菌的有效最低浓度为1mg/mL。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的抗大肠杆菌或金黄色葡萄球菌菌剂为在光照协同作用下抗菌效果增强的抗菌剂。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述光照条件为LED白光。
5.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的抗大肠杆菌或金黄色葡萄球菌菌剂为在光照协同作用下抗菌效果增强的抗菌剂。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述光照条件为LED白光。
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