CN113522269B - 基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途 - Google Patents
基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113522269B CN113522269B CN202110963577.2A CN202110963577A CN113522269B CN 113522269 B CN113522269 B CN 113522269B CN 202110963577 A CN202110963577 A CN 202110963577A CN 113522269 B CN113522269 B CN 113522269B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biocatalyst
- nanocrystalline
- salt
- use according
- drug
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 176
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title claims abstract description 175
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title claims abstract description 175
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 title claims description 8
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 39
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000013154 zeolitic imidazolate framework-8 Substances 0.000 claims abstract description 25
- MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N zinc;2-methylimidazol-3-ide Chemical compound [Zn+2].CC1=NC=C[N-]1.CC1=NC=C[N-]1 MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims abstract description 21
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229940124350 antibacterial drug Drugs 0.000 claims abstract description 13
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 23
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 10
- RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N Methicillin Chemical compound COC1=CC=CC(OC)=C1C(=O)N[C@@H]1C(=O)N2[C@@H](C(O)=O)C(C)(C)S[C@@H]21 RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N 0.000 claims description 9
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 claims description 9
- 229960003085 meticillin Drugs 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 claims description 6
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical group 0.000 claims description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 5
- XQQSWXUDAPLMKD-UHFFFAOYSA-N N,N-dimethylheptadecan-1-amine hydrobromide Chemical group Br.CCCCCCCCCCCCCCCCCN(C)C XQQSWXUDAPLMKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 33
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 26
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 25
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 25
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 abstract description 14
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001937 non-anti-biotic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 206010059866 Drug resistance Diseases 0.000 abstract description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract description 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 abstract description 2
- 206010041925 Staphylococcal infections Diseases 0.000 abstract 3
- 208000015688 methicillin-resistant staphylococcus aureus infectious disease Diseases 0.000 abstract 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 165
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 17
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 11
- 108010059993 Vancomycin Proteins 0.000 description 10
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 10
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 229960003165 vancomycin Drugs 0.000 description 10
- MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N vancomycin Natural products O1C(C(=C2)Cl)=CC=C2C(O)C(C(NC(C2=CC(O)=CC(O)=C2C=2C(O)=CC=C3C=2)C(O)=O)=O)NC(=O)C3NC(=O)C2NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(CC(C)C)NC)C(O)C(C=C3Cl)=CC=C3OC3=CC2=CC1=C3OC1OC(CO)C(O)C(O)C1OC1CC(C)(N)C(O)C(C)O1 MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-O vancomycin(1+) Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=C2C=C3C=C1OC1=CC=C(C=C1Cl)[C@@H](O)[C@H](C(N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H]3C(=O)N[C@H]1C(=O)N[C@H](C(N[C@@H](C3=CC(O)=CC(O)=C3C=3C(O)=CC=C1C=3)C([O-])=O)=O)[C@H](O)C1=CC=C(C(=C1)Cl)O2)=O)NC(=O)[C@@H](CC(C)C)[NH2+]C)[C@H]1C[C@](C)([NH3+])[C@H](O)[C@H](C)O1 MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-O 0.000 description 10
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 9
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 9
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 9
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 9
- 108700020962 Peroxidase Proteins 0.000 description 8
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 210000002889 endothelial cell Anatomy 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M propidium iodide Chemical compound [I-].[I-].C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CCC[N+](C)(CC)CC)=C1C1=CC=CC=C1 XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 6
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 6
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 210000003606 umbilical vein Anatomy 0.000 description 6
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 5
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 5
- 230000002147 killing effect Effects 0.000 description 5
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 5
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 5
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000980 acid dye Substances 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 4
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 4
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 4
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 3
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 3
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 206010034133 Pathogen resistance Diseases 0.000 description 3
- 102100024616 Platelet endothelial cell adhesion molecule Human genes 0.000 description 3
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004998 X ray absorption near edge structure spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 3
- MYPYJXKWCTUITO-KIIOPKALSA-N chembl3301825 Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=C2C=C3C=C1OC1=CC=C(C=C1Cl)[C@@H](O)[C@H](C(N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H]3C(=O)N[C@H]1C(=O)N[C@H](C(N[C@H](C3=CC(O)=CC(O)=C3C=3C(O)=CC=C1C=3)C(O)=O)=O)[C@H](O)C1=CC=C(C(=C1)Cl)O2)=O)NC(=O)[C@@H](CC(C)C)NC)[C@H]1C[C@](C)(N)C(O)[C@H](C)O1 MYPYJXKWCTUITO-KIIOPKALSA-N 0.000 description 3
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 3
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 3
- 238000000731 high angular annular dark-field scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 3
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 3
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 3
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- IZTQOLKUZKXIRV-YRVFCXMDSA-N sincalide Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(N)=O)NC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O)C1=CC=C(OS(O)(=O)=O)C=C1 IZTQOLKUZKXIRV-YRVFCXMDSA-N 0.000 description 3
- 238000007447 staining method Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CDOWNLMZVKJRSC-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyterephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C(O)=C1 CDOWNLMZVKJRSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTANTQQOYSUMLC-UHFFFAOYSA-O Ethidium cation Chemical compound C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CC)=C1C1=CC=CC=C1 QTANTQQOYSUMLC-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 2
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- 108010087230 Sincalide Proteins 0.000 description 2
- 101710143559 Vanadium-dependent bromoperoxidase Proteins 0.000 description 2
- 238000000952 abberration-corrected high angular annular dark-field scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 238000010609 cell counting kit-8 assay Methods 0.000 description 2
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 2
- 238000001218 confocal laser scanning microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 210000004969 inflammatory cell Anatomy 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- -1 nanoliposomes Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- BHZOKUMUHVTPBX-UHFFFAOYSA-M sodium acetic acid acetate Chemical compound [Na+].CC(O)=O.CC([O-])=O BHZOKUMUHVTPBX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- VQVUBYASAICPFU-UHFFFAOYSA-N (6'-acetyloxy-2',7'-dichloro-3-oxospiro[2-benzofuran-1,9'-xanthene]-3'-yl) acetate Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(Cl)=C(OC(C)=O)C=C1OC1=C2C=C(Cl)C(OC(=O)C)=C1 VQVUBYASAICPFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VCUVETGKTILCLC-UHFFFAOYSA-N 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide Chemical compound CC1(C)CCC=[N+]1[O-] VCUVETGKTILCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 206010002091 Anaesthesia Diseases 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011409 Cross infection Diseases 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004373 HOAc Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010048723 Multiple-drug resistance Diseases 0.000 description 1
- 206010028885 Necrotising fasciitis Diseases 0.000 description 1
- 206010029803 Nosocomial infection Diseases 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 206010040047 Sepsis Diseases 0.000 description 1
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000033809 Suppuration Diseases 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007383 Zn2V2O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010000269 abscess Diseases 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000037005 anaesthesia Effects 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- IRERQBUNZFJFGC-UHFFFAOYSA-L azure blue Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[S-]S[S-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] IRERQBUNZFJFGC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000003385 bacteriostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002210 biocatalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002977 biomimetic material Substances 0.000 description 1
- BQRGNLJZBFXNCZ-UHFFFAOYSA-N calcein am Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(CN(CC(=O)OCOC(C)=O)CC(=O)OCOC(C)=O)=C(OC(C)=O)C=C1OC1=C2C=C(CN(CC(=O)OCOC(C)=O)CC(=O)OCOC(=O)C)C(OC(C)=O)=C1 BQRGNLJZBFXNCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013211 curve analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000003511 endothelial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002362 energy-dispersive X-ray chemical map Methods 0.000 description 1
- 238000001952 enzyme assay Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 238000007490 hematoxylin and eosin (H&E) staining Methods 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000003125 immunofluorescent labeling Methods 0.000 description 1
- 238000010952 in-situ formation Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 210000000265 leukocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 231100000324 minimal toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002253 near-edge X-ray absorption fine structure spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001338 necrotic effect Effects 0.000 description 1
- 201000007970 necrotizing fasciitis Diseases 0.000 description 1
- 210000000440 neutrophil Anatomy 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000696 nitrogen adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 229920002866 paraformaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 210000005259 peripheral blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000011886 peripheral blood Substances 0.000 description 1
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004537 potential cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 230000006950 reactive oxygen species formation Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001350 scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 208000013223 septicemia Diseases 0.000 description 1
- CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N sodium metavanadate Chemical compound [Na+].[O-][V](=O)=O CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N trifluralin Chemical compound CCCN(CCC)C1=C([N+]([O-])=O)C=C(C(F)(F)F)C=C1[N+]([O-])=O ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 description 1
- 229910000166 zirconium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
- B01J23/22—Vanadium
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
- A61K33/24—Heavy metals; Compounds thereof
- A61K33/30—Zinc; Compounds thereof
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
- A61K33/40—Peroxides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P17/00—Drugs for dermatological disorders
- A61P17/02—Drugs for dermatological disorders for treating wounds, ulcers, burns, scars, keloids, or the like
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
- A61P31/02—Local antiseptics
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
- A61P31/04—Antibacterial agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/01—Crystal-structural characteristics depicted by a TEM-image
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oncology (AREA)
- Communicable Diseases (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途,属于抗菌药物领域。该生物催化剂是钒掺杂ZIF‑8前驱体热处理后得到的,其中含Zn2V2O7纳米晶体。该生物催化剂具有良好的仿氧化酶活性、仿过氧化物酶活性和仿卤素过氧化物酶活性,能够用来制备高催化活性的仿酶制剂。此外,该生物催化剂不仅在体外对耐药细菌MRSA具有良好的抗菌活性,还能在体内有效地杀死MRSA并促进MRSA细菌感染的动物皮肤伤口愈合。本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂是一种非抗生素材料,而且具有优良的生物相容性,其能够解决抗生素滥用带来的细菌耐药问题,在制备仿生材料和抗菌药物中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于抗菌药物领域,具体涉及一种基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途。
背景技术
目前,细菌耐药已成为全球范围的重大公共健康问题,抗生素的滥用是造成细菌耐药的重要原因。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcusaureus,简称“MRSA”)具有多重耐药性并伴有高发病率和高死亡率,是导致坏死性肺炎、严重败血症、坏死性筋膜炎等疾病的重要致病菌,是医院感染和社区感染的重要病原菌之一,给临床治疗带来了极大的困难。MRSA对绝大多数的抗菌药物或制剂耐药,甚至对目前临床抗耐药菌最为有效的万古霉素也开始出现耐药,一旦MRSA 发展到对万古霉素普遍耐药的程度,感染MRSA的患者将面临无药可治的危险境地。因此,针对细菌耐药日趋严重的情况,亟需开发非抗生素类药物来对抗细菌。
有研究者提出可以通过化学、光动力或声动力材料产生活性氧(ROS)来作为替代的抗菌策略。在各种ROS产生材料中,仿酶催化剂(包括纳米脂质体,金属有机骨架和无机材料等)由于能够活化过氧化氢(H2O2)产生ROS而获得了极大的关注。然而,当以非常低的浓度处理时,现有的仿酶催化剂往往表现出细菌杀灭能力不足的问题,而高浓度的使用又容易引起对细胞的毒性,存在生物相容性差的问题。因此,开发抗菌效果更好的、生物相容性优良的非抗生素类药物对于抗耐药细菌非常重要。
林楠等(过渡金属钒酸盐纳米带、纳米棒的合成、电化学及光催化特性,安徽工业大学硕士学位论文,2016年)以乙酸锌和钒酸钠为原料,通过水热过程合成了钒酸锌纳米棒。XRD和HRTEM图像分析表明该钒酸锌纳米棒由单晶单斜Zn2V2O7晶相构成,该论文通过在太阳光照射下光催化降解MB 研究了钒酸锌纳米棒的光催化活性。研究发现,在太阳光照射4h后,浓度为10mg·L-1的亚甲基蓝溶液可以被完全降解。在太阳光照射下,该钒酸锌纳米棒在光催化降解有机污染物方面具有良好的应用前景。但是,该钒酸锌纳米棒需要在太阳光照射下才具有催化性能,限制了其应用场所,而且,该论文完全没有报道该钒酸锌纳米棒具有抗菌性能。
也有报道称V2O5纳米棒具有HClO产生和仿卤代过氧化物酶(HPO)活性,但是V2O5潜在的细胞毒性和较差的细菌捕获能力限制了其应用。因此,开发抗菌效果优良、生物相容性优良的材料对于抗耐药细菌具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途。
本发明提供了一种生物催化剂,它是钒掺杂ZIF-8前驱体热处理后得到的,所述生物催化剂中含Zn2V2O7纳米晶体。
进一步地,所述钒掺杂ZIF-8前驱体是以包含Zn2+盐、钒酸盐、有机配体、表面活性剂和溶剂在内的原料制得的。
进一步地,所述钒掺杂ZIF-8前驱体是以Zn2+盐、钒酸盐、有机配体、表面活性剂和溶剂为原料制得的。
进一步地,所述Zn2+盐为Zn(NO3)2或其水合物,所述钒酸盐含VO3 -,所述有机配体为2-甲基咪唑,所述表面活性剂为季铵盐,所述溶剂为水;
所述Zn2+盐与钒酸盐的摩尔比为1:(0.2~2.0),所述Zn2+盐与季铵盐的摩尔比为1:(0.01~0.50),所述Zn2+盐与2-甲基咪唑的摩尔比为1:(30~80)。
进一步地,所述Zn2+盐为Zn(NO3)2·6H2O,所述钒酸盐为NaVO3,所述表面活性剂为溴化十六烷基三甲胺;
所述Zn2+盐与钒酸盐的摩尔比为1:(0.2~1),优选为1:1,所述Zn2+盐与季铵盐的摩尔比为1:0.04,所述Zn2+盐与2-甲基咪唑的摩尔比为1:56.7。
进一步地,所述钒掺杂ZIF-8前驱体的制备方法包括以下步骤:
(1)取Zn2+盐、钒酸盐、表面活性剂,加入溶剂,混合均匀,得溶液1;
(2)取2-甲基咪唑,加入溶剂,混合均匀,得溶液2;
(3)将溶液1与溶液2混合均匀,静置,分离出沉淀,即得钒掺杂ZIF-8 前驱体。
进一步地,所述热处理温度为300~500℃,优选为400℃;热处理的时间为1~3小时,优选为2小时;
和/或,所述热处理是在空气中进行的。
本发明还提供了上述生物催化剂在制备仿酶制剂中的用途。
进一步地,所述仿酶制剂为仿氧化酶制剂、仿过氧化物酶制剂或仿卤素过氧化物酶制剂。
本发明还提供了上述生物催化剂在制备抗菌药物中的用途。
本发明还提供了上述生物催化剂与双氧水联用在制备抗菌药物中的用途。
进一步地,所述抗菌药物为抗革兰氏阳性菌的药物。
进一步地,所述抗菌药物为抗耐药细菌的药物。
进一步地,所述耐药细菌为耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌。
关于本发明的使用术语的定义:除非另有说明,本文中术语提供的初始定义适用于整篇说明书的该术语;对于本文没有具体定义的术语,应该根据公开内容和上下文,给出本领域技术人员能够给予它们的含义。
ZIF-8是一种金属有机骨架材料。
实验结果表明,本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂具有良好的仿氧化酶(OXD)活性、仿过氧化物酶(POD)活性和仿卤素过氧化物酶(HPO)活性,在H2O2存在下能够大量ROS(·OH、·O2-和HClO),能够用来制备高催化活性的仿酶制剂。并且,与V2O5和ZnO基纳米生物催化剂相比,本发明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的催化活性更高。
本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有优异的体外抗菌活性;并且,与V2O5和ZnO基纳米生物催化剂相比,基于Zn2V2O7纳米晶的抗菌活性更高。
本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂能够在体内有效地杀死 MRSA并促进伤口愈合;在低浓度的H2O2存在下,本发明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对MRSA具有优异的体内抗菌活性,并能加速伤口愈合,其治疗效果与万古霉素相当。
本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂是一种非抗生素材料,其能够解决抗生素滥用带来的细菌耐药问题,对非耐药细菌和耐药细菌均具有优良的杀灭性能。此外,本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂具有优良的生物相容性,在制备仿生材料和抗菌药物中具有广阔的应用前景。
显然,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1:形貌表征结果。基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的高分辨率TEM(a) 和AC-HAADF-STEM图像(b),a图的比例尺是50纳米,b图的比例尺是10 纳米;c.Zn2V2O7结晶单体1个晶粒尺寸为2×2×2;d.Zn、V、O元素的高分辨率TEM图像及EDX映射图像,比例尺:1nm。
图2:晶体结构表征结果。(a)ZnO基纳米生物催化剂、V2O5、基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的XRD谱;高分辨率XPS光谱分析结果:基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和V2O5中的V(b),基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和ZnO基纳米生物催化剂中的Zn(c);(d)基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和ZnO基纳米生物催化剂以及V2O5中的Zn和V的含量比。
图3:仿酶活性研究结果。仿POD酶活性:(a)TMB溶液在H2O2存在下与 ZnO基纳米生物催化剂、V2O5和基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂共孵育后的紫外-可见光谱;(b)EPR检测到基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和ZnO 基纳米生物催化剂的·OH信号;(c)TA检测反应体系中产生的·OH;(d)EPR 记录ZnO基纳米生物催化剂、V2O5和基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂反应中产生典型的·O2 -信号;(e)自由基猝灭实验结果,其中·OH被TBA猝灭,·O2-被BQ猝灭。仿HPO酶活性:(f)以CB为试剂检测HPO活性,用520 nm/650nm的吸光度表示。
图4:体外抗菌活性研究结果。a.各组细菌经典平板实验;b各组细菌的活/ 死荧光图像;c.各组的抑菌率统计,其中***表示与对照组相比有显著差异, p<0.001;d.通过活/死荧光图像统计细菌生存能力;e.流式细胞术分析不同条件处理后的细菌内ROS量。
图5:体内抗菌能力研究结果。a.15天内感染伤口治疗过程照片;b.各组在治疗过程中的新生血管的增殖情况统计;c、d.从H2O2组和基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂组的创面皮肤中提取MRSA细胞,平板计数;各组治疗后表皮组织切片的H&E染色(e),Masson染色(f)。
图6:V掺杂ZIF-8前驱体以及热处理后基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的 SEM图像及粒径分布。a为实施例1步骤1制得的V掺杂ZIF-8前驱体的SEM 图像,b为实施例1步骤2制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的SEM 图像,c为图b的粒径分布。
图7:纯立方ZIF-8前驱体和热处理后ZnO基纳米生物催化剂的SEM图像及粒径分布。a为对照例1步骤1制得的纯立方ZIF-8前驱体的SEM图像, b为对照例1步骤2制得的ZnO基纳米生物催化剂的SEM图像,c为图b的粒径分布。
图8:V2O5的SEM图像。
图9:基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的TEM图像。
图10:基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的HR-HAADF STEM图像。
图11:基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂合成示意图以及抗耐药菌示意图。
图12:BET测定结果。
图13:仿氧化酶活性测试结果。其中,VOx-AE表示实施例1制得的基于 Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,ZnO表示对照例1制得的ZnO基纳米生物催化剂,V2O5为市售的V2O5。
图14:基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂在不同气体中的OXD活性。
图15:CCK-8法检测不同浓度基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂作用下脐静脉内皮细胞的细胞存活率。
图16:活/死荧光染色法检测不同浓度基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂作用下脐静脉内皮细胞的细胞存活情况。
图17:不同Zn、V比例下所得样品的SEM图。其中,“ZIF-8”表示对照例1 的样品,“Zn-V=5-1”表示实施例2的样品,“Zn-V=1-1”表示实施例1的样品,“Zn-V=1-2”表示实施例3的样品。
图18:仿POD酶活性测试结果:TMB溶液在H2O2存在下与ZnO基纳米生物催化剂、实施例2制得的生物催化剂和实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂共孵育后的紫外-可见光谱。其中,“Control”表示对照组,“ZnO”表示ZnO基纳米生物催化剂,“V-ZnO”表示实施例2制得的生物催化剂,“Zn2V2O7”表示实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂。
具体实施方式
本发明所用原料与设备均为已知产品,通过购买市售产品所得。
其中,CTAB是十六烷基三甲基溴化铵的简称。
实施例1制备基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂
1、制备V掺杂ZIF-8前驱体
将Zn(NO3)2·6H2O(0.3626g)、NaVO3(NaVO3与Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为1:1)和CTAB(0.0175g)溶于18mL去离子水中,得溶液1。将2-甲基咪唑(5.6752g)溶于82mL去离子水中,得溶液2。将溶液1快速注入溶液2 中,搅拌5分钟以达到充分分散,得到悬浮液。将悬浮液在28℃下静置3 小时,离心得到沉淀,将沉淀用乙醇和纯水的混合溶液洗涤3次,然后冻干得到V掺杂ZIF-8前驱体。
2、制备基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂
将V掺杂ZIF-8前驱体在空气中加热至400℃,于400℃保持2小时后自然冷却至室温,制得基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂。
实施例2制备生物催化剂
1、制备前驱体
参照实施例1步骤1的方法,区别仅在于将NaVO3与Zn(NO3)2·6H2O 的摩尔比由1:1修改为1:5,制得前驱体。
2、制备生物催化剂
以本实施例步骤1制得的前驱体为原料,按照实施例1步骤2的热处理方法,制得对应的生物催化剂。
实施例3制备生物催化剂
1、制备前驱体
参照实施例1的方法,区别仅在于将NaVO3与Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比由1:1修改为2:1,制得前驱体。
2、制备生物催化剂
以本实施例步骤1制得的前驱体为原料,按照实施例1步骤2的热处理方法,制得对应的生物催化剂。
为了与本发明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂进行对照,制备了以下对照样品:
对照例1制备ZnO基纳米生物催化剂
1、制备制备纯立方ZIF-8前驱体
将Zn(NO3)2·6H2O(0.3626g)和CTAB(0.0175g)溶于18mL去离子水中,得溶液1。将2-甲基咪唑(5.6752g)溶于82mL去离子水中,得溶液2。将溶液1快速注入溶液2中,搅拌5分钟以达到充分分散,得到悬浮液。将悬浮液在28℃下静置3小时,离心得到沉淀,将沉淀用乙醇和纯水的混合溶液洗涤3次,然后冻干得到纯立方ZIF-8前驱体。
2、制备ZnO基纳米生物催化剂
将纯立方ZIF-8前驱体在空气中加热至400℃,于400℃保持2小时后自然冷却至室温,得到ZnO基纳米生物催化剂。
以下通过实验例证明的有益效果。
实验例1形貌表征
1、测试样品
实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,实施例2、3制得的生物催化剂,对照例1制得的ZnO基纳米生物催化剂,市售的V2O5。
2、实验方法
表征各测试样品的形貌。使用Apreo S HiVoc(Thermo Fisher Scientific, FEI)获得扫描电镜(SEM)图像。透射电子显微镜(TEM)图像和映射通过Talos F200x TEM显微镜(FEI有限公司,美国)在200kV下运行获得。用Bruker D8 聚焦x射线衍射(XRD)仪在电压为40kv的Cu辐射下,分析晶体的相态。
3、实验结果
结果如图1、图6-图10所示。可以看出,V离子的掺杂对ZnO基纳米生物催化剂的形貌有明显的影响(图7),ZnO基纳米生物催化剂表现出均匀的收缩立方结构,而基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂表现出更大的平均尺寸和更圆的内部中空结构(100.5nm,图6)。此外,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的形貌与V2O5也截然不同(图8)。高分辨率高角度-环-暗场扫描透射电镜(HR-HAADF-STEM)图像(图9)进一步证实了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂空心立方的形貌。为了进一步研究Zn2V2O7晶体的原子结构,进行了畸变校正(AC)-HAADF-STEM表征。Zn2V2O7纳米晶在视场上均匀分散,Zn2V2O7晶粒为2×2×2尺寸的超级单体结构。标准Zn2V2O7晶胞呈四面晶状体结构,由四面体配位的VO4层状结构和扭曲的三棱锥状ZnO5多面体组成,原子分辨率AC-HAADF-STEM所观察到的[022]、[002]和[-202]晶面的图像分别显示在图1中。Zn2V2O7晶体的原子柱层序明确,显示出原子有序的金属间化合物结构,这与Zn2V2O7金属间化合物相应的原子排列一致。对应的晶面距离和快速傅里叶变换(FFT)剖面显示Zn2V2O7相沿[0 1-1]轴以指定的平面呈现单斜相,表明Zn2V2O7晶粒的形成。原子分辨EDX图显示了对应Zn2V2O7晶体中Zn和V原子的良好堆积序列。从图10中还可以推断,Zn、 V和O点均匀地分散在C-N衬底上。
另外,比较实施例1~3制得的前驱体和生物催化剂的SEM图片(图17) 可以看出,本发明实施例1所得基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂形貌更规则。
上述测试结果表明,本发明实施例1成功制得了具有空心立方形貌的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂。
实验例2晶体结构表征
1、测试样品
实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,对照例1制得的ZnO 基纳米生物催化剂,市售的的V2O5。
2、实验方法
晶体的相态分析:用Bruker D8聚焦x射线衍射仪在电压为40kv的Cu 辐射下,分析晶体的相态。样品在5°~80°的2θ范围内进行扫描。过x射线光电子能谱(XPS,ESCAL 250)来检测基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的组成并确认金属的成功引入。并进行x射线吸收近边结构(XANES)和扩展x射线吸收精细结构(EXAFS)的测量。
Brunauer-Emmett-Teller(BET,比表面积)测定:氮气吸附分析是在配备了自动表面积的TriStar 3020加速表面积和孔隙测量仪上进行的,在77K 下,使用布鲁诺尔-埃米特-泰勒计算表面积和孔径分布。
3、实验结果
结果如图2和图12所示。基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂中的碳在x 射线衍射中没有衍射峰,从x射线衍射(XRD)结果可以看出(图2a),基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的所有衍射峰都与单斜晶相Zn2V2O7 (JCPDS no.29-1396)相符;晶格参数β=111.37°,与α-Zn2V2O7的晶格参数一致;此外,在2θ=25.80°和28.59°处发现了两个明显的峰,分别对应于(022)晶面和(-202)晶面。因此,结合前文的形貌表征结果和XRD表征结果可以看出,本发明实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂中含有Zn2V2O7纳米晶体。
通过x射线光电子谱(XPS)进一步证实基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂中V的价态远低于V2O5,说明相比于V2O5,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂中V已经降低了化学价态。与此同时,高分辨率观察锌元素的XPS 谱中可见锌离子的价态相比ZnO没有明显的差异,这与Zn是一种氧化态稳定的过渡金属的事实是一致的。从XPS数据计算可知,实施例1制得的基于 Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂中V原子的含量约为2.76wt.%,表明其在N-C 衬底上呈分散状态。理论上,Zn与V的原子比远高于1,这可能是ZnO在 N-C衬底上共存的结果。为了探究基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的局部配位,本发明进行了x射线吸收近边结构(XANES)和扩展x射线吸收精细结构(EXAFS)的测量。在K-edge处的XANES光谱显示,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂中V的线位置(吸收边)位于V2O5附近,表明V元素的价态接近V5+,这与XPS结果一致。V的傅立叶变换(FT)k3加权EXAFS谱显示主峰位于属于V-O配位,几乎与理论Zn2V2O7晶胞的计算距离相同。为了验证这一结果,本发明进行了小波变换(WT)分析,发现与V箔中V-V 键产生的强度最大值≈不同的是,与V2O5标准样品类似,V-O键产生的强度最大值约为
Brunauer-Emmett-Teller(BET)N2吸附-脱附等温线表明,Zn2V2O7纳米晶体具有介孔结构;因此它具有更高的表面积,为23.51m2 g-1。高的比表面积和孔隙率有利于生物催化性能,并使其与基体有较大的接触面积(图12)。
上述实验结果表明,本发明实施例1成功制备了原子级掺杂Zn/V复合氧化物的Zn2V2O7微晶生物催化剂,该生物催化剂中含Zn2V2O7纳米晶体。
实验例3仿酶活性研究
1、测试样品
受试催化剂:实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,实施例2制得的生物催化剂,对照例1制得的ZnO基纳米生物催化剂,市售的 V2O5。
2、实验方法
(1)用TMB测定仿过氧化物酶活性。将受试催化剂溶液(2mg·ml-1,25 μL)加入含H2O2(0.1M,25μL)和TMB(10mg·ml-1,24μL)的NaOAc-HOAc 缓冲液(100mM,pH 4.0)中。用NaOAc-HOAc缓冲液调整混合物的最终体积至2mL。然后,取混合物在652nm的吸光度下进行紫外-可见光谱测量。
(2)测定仿氧化酶活性。除了不加H2O2外,其余操作与仿过氧化物酶活性测定方法相同。
(3)测定仿卤素过氧化物酶活性。首先,在NaOAc/HOAc缓冲液(pH 5.8)中制备200μM的CB溶液。在1980μL的CB溶液中加入17μL受试催化剂、3μL H2O2和NaCl引发反应。CB、NaCl、H2O2和受试催化剂的最终浓度分别为200.0mM、100.0mM、0.1M和17.0μg mL-1。通过测定天青石蓝(CB)在645~520nm波长范围内的吸收变化,研究受试催化剂的催化活性。
3、实验结果
3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)是一种典型的检测POD催化活性的比色探针。在H2O2存在下,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂催化TMB氧化生成氧化产物(oxTMB),其特征吸收峰位于652nm处,强度高于ZnO基纳米生物催化剂和V2O5(图3)。
另外,根据图18可以看出,与实施例2制得的生物催化剂相比,实施例 1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的POD催化活性明显提高。
对基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂、ZnO基纳米生物催化剂和V2O5三种受试催化剂进行Michaelis-Menten动力学曲线分析。可以看出,在一定TMB或H2O2浓度范围内,随着TMB或H2O2浓度的增加,催化反应速率也随之增加。对于底物H2O2,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的Vmax值是 ZnO基纳米生物催化剂的近4倍,是V2O5的2倍;而对于TMB为底物,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的Vmax值也明显高于ZnO基纳米生物催化剂和V2O5。也就是说,无论以TMB还是H2O2作底物,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的Km值都远低于ZnO基纳米生物催化剂和V2O5(图3)。
此外,对于基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,从XPS数据计算出其中钒wt.%是2.76%,根据方程式TON=Vmax/[E0]计算出TON(最大数量的单位活性催化中心)是26×10- 3s-1,明显高于大多数具有POD样活性金属氧化物和已报道过的一些单原子催化剂,如CeO2,Fe3O4,MnO2,CuO,Au,Pd, Pt。
本发明还发现,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂可以在没有H2O2的情况下加速TMB的氧化,模拟氧化酶(OXD)的性质(图13)。与基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂在空气饱和缓冲液中的652nm吸光度相比,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂催化的TMB氧化反应速率在O2饱和条件下显著升高,而在Ar2饱和条件下显著降低(图14)。
为了进一步阐明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的催化机理,本发明采用电子顺磁共振(EPR)和特异荧光探针测定了自由基产物的类型。以5,5- 二甲基-1-吡咯啉-氧化物(DMPO)作为·OH捕获剂,在基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和ZnO基纳米生物催化剂催化反应中观察到·OH(1:2:2:1)的特征信号。利用非发光的对苯二甲酸(TA)可以与·OH快速反应生成发光的2- 羟基对苯二甲酸(TAOH)(λem=435nm)的原理证明了该反应体系中·OH的原位生成。从实验结果可以看出,在H2O2存在下,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的相对荧光强度高于ZnO基纳米生物催化剂。在H2O2存在下的三种催化反应中观察到·O2 -的特征峰,其中基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的强度最强。然后用·O2 -特异性探针氢乙二胺(HE)也证实了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂产生·O2 -的能力。HE可与·O2 -反应生成荧光乙锭,乙锭可发出以610nm为中心的强荧光。此外,通过自由基猝灭实验中叔丁醇(TBA)淬灭·OH,苯醌(BQ)淬灭·O2 -催化TMB的氧化过程,验证了在H2O2存在时,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的催化产物是·OH和·O2 -,其中·OH为主要产物。
本发明还发现,除了具有仿POD和OXD酶活性外,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂还可模拟钒卤代过氧化物酶(V-HPOs)产生次氯酸。CB(天青石蓝)水溶液的特征吸收光谱在650nm处达到最大,在次卤酸存在时,650 nm处的吸光度下降,同时520nm处吸收峰升高,这是由于在氧化过程中CB 变成了一种粉红色产物。本发明以520nm/650nm的吸光度比作为判断 V-HPO活性的指标。可以看出,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂、V2O5和ZnO基纳米生物催化剂中,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的V-HPO 活性最高。
上述实验结果表明,本发明制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂同时具有良好的仿氧化酶活性、仿过氧化物酶活性和仿卤素过氧化物酶活性;并且,与V2O5和ZnO基纳米生物催化剂相比,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的催化活性更高;与实施例2制得的生物催化剂相比,实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的POD催化活性明显提高。
实验例4体外抗菌活性研究
1、测试样品
实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,对照例1制得的ZnO 基纳米生物催化剂,市售的V2O5。
2、实验方法
抗菌活性检测:以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(ATCC 43300,革兰氏阳性)为实验菌,研究模拟酶催化体系的细菌清除能力。
实验分组:(Ⅰ)Control,(Ⅱ)H2O2,(Ⅲ)ZnO基纳米生物催化剂+H2O2, (Ⅳ)V2O5+H2O2,(Ⅴ)基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2。浓度:基于 Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂200μL(2mg·mL-1),H2O2 10μL(20mM),菌液1.79mL(1x106 CUF·mL-1)。菌液和不同材料混合后放在37℃,180转每分钟的摇床孵育2小时后将样品溶液稀释1000倍接种到在琼脂平板上,37℃孵育箱中培养24h,进行CFU计数。该实验是重复3遍。细菌存活率计算公式如下:存活率%=C/C0×100%
其中,C为细菌的终末数量,C0为实验中对照组的数量。
活/死荧光染色法:荧光核酸染料碘化丙啶(PI)(λex=536nm,λem=617 nm)只能穿透受损的细胞壁,用来标记死亡细菌。绿色荧光核酸染料SYTO 9(λex=488nm,λem=498nm)可以穿透整个细胞膜,作为活细菌细胞的标记物。用H2O2或纳米晶处理后,离心采集细菌,用SYTO 9和PI在室温黑暗下染色30分钟。然后用显微镜(OLYMPUS,日本)观察细胞。
细菌形态观察:不同样品处理后,用含4%多聚甲醛的磷酸盐缓冲液 (PBS)溶液在4℃下固定12h,然后用乙醇/水梯度脱水。然后,获得扫描电镜图像,观察细菌形态。
细菌体内ROS检测:按照上述步骤进行不同处理后,立即收获细菌,用 DCFH-DA在37℃黑暗中孵育30分钟。使用流式细胞仪(Beckman,Cytoflex) 观察细菌细胞,激发波长为488nm。
细菌膜通透性检测:按照上述步骤进行不同处理后,立即收获细菌,用 PI(10μg·mL-1)在黑暗中染色30分钟。用流式细胞仪(Beckman,Cytoflex)在 630nm的激发下观察染色细菌细胞的膜通透性。
3、实验结果
前文的实验结果证实了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂表现出优异的仿POD、OXD和V-HPO性质,能够将H2O2转化为·OH、·O2 -和ClO-。本实验例以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)为模型细菌,研究了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的抗菌特性。基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂被认为是通过诱导活性氧(ROS)的形成来杀死细菌的。
为了评价抗菌活性,本实验例采用经典平板计数法对抗菌性能进行定量分析。结果显示,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的最小杀菌浓度(MBC) 值为0.25mg/mL,低于ZnO基纳米生物催化剂(0.35mg/mL)和V2O5 (0.3mg/mL)。为进一步比较基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和V2O5的抗菌性能,实验分为以下五组:I)空白组,II)H2O2组,III)ZnO基纳米生物催化剂 +H2O2组,IV)V2O5+H2O2组,Ⅴ)基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组。结果显示,V组抗菌活性最高(抗菌率达95±5%),这是因为基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂在H2O2作用下可产生大量ROS(·OH、·O2 -和HClO)。通过引入ROS荧光探针2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)对MRSA细胞进行染色,再进行流式细胞术证明了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组产生的ROS水平高于其他各组。为进一步研究基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的抗菌活性,采用荧光法测定其活性。红色荧光核酸染料PI(λex=536 nm,λem=617nm)只能穿透受损的细胞壁,用来标记死亡的细菌。相比之下,绿色荧光核酸染料SYTO 9(λex=488nm,λem=498nm)可以穿透完整细胞膜作为活细菌细胞的标记物。I-III组细菌大部分存活,V2O5组细菌大部分染成红色,而基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂组细菌几乎全部染成红色,说明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对MRSA的杀伤效果最好,与铺板结果一致。流式细胞计数再次证实基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对MRSA 的杀伤力最大(死亡率为94.13%;同时,当ZnO基纳米生物催化剂和V2O5作用于MRSA时,细菌的死亡率下降到76.7%和85.04%。扫描电镜(SEM) 观察到未经处理的MRSA细胞呈球菌状,细胞壁光滑完整。经ZnO基纳米生物催化剂和H2O2处理后,一小部分细胞膜变得粗糙,而在基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂和V2O5组中可看到更多的细菌皱缩,细胞膜变得粗糙、凹陷。高分辨率透射电镜(HRTEM)成像揭示了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂引起的不可逆损伤。经基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2处理后,大部分细菌发生变形,甚至细胞膜碎片化,说明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2具有清除细菌能力,而ZnO基纳米生物催化剂+H2O2组只有一小部分细菌发生变形。
上述实验结果表明,本发明制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)具有优异的体外抗菌活性;并且,与V2O5和ZnO基纳米生物催化剂相比,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的抗菌活性更高。
实验例5体内抗菌活性研究
1、测试样品
实施例1制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂,对照例1制得的ZnO 基纳米生物催化剂,市售的V2O5。
2、实验方法
(1)细胞毒性评估
本实验例评估了待测样品与人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的生物相容性。实验步骤如下:
CCK-8法:人脐静脉内皮细胞(HUVECs)在96孔板中孵育24h,每孔包含1×105个细胞。丢弃96孔板中的培养基,然后用磷酸盐缓冲液(PBS)清洗。随后,将含有基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂的完全培养基连续浓度为 0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3mg·mL-1加入96孔板,孵育12h。根据标准方案进行细胞计数试剂盒-8(CCK8)检测,以确定细胞活力。
活/死荧光染色法:将人脐静脉内皮细胞(HUVECs)以0.05、0.1、0.15、 0.2、0.25、0.3mg·mL-1的浓度与基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂共孵育 12h,分别用钙黄素-AM(calcein-AM,活细胞,绿色)染色30min。碘化丙啶 (PI,死细胞,红色)染色2-5分钟。然后在显微镜下(OLYMPUS IX83,日本)观察细胞。
(2)体内抗菌活性研究
选取雄性兔,麻醉后在背部用手术刀去除直径约1cm的皮肤组织,注入 MRSA菌液(剂量:100μL,浓度:1×108CFU·mL-1)。1天后全层皮肤内形成严重感染创面,伤口周围组织红肿,有些伤口甚至渗出脓液。在本实验中使用的H2O2的终浓度为0.1mM。万古霉素是现有的最有效的抗生素,在本实验中它被用来模拟传统的抗生素治疗。
将已成模的实验兔分为5组:I)PBS组,II)H2O2组,III)万古霉素组,IV) 基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂组,Ⅴ)基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂 +H2O2组。直接向脓肿区注射相应物质(基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂: 2.5mg mL-1,100μL;万古霉素:16mg)后,观察15天内各组创面愈合过程。
3、实验结果
首先,本实验例评估了待测样品与人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的生物相容性,结果表明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对HUVECs细胞表现出极微的毒性,特别是在低浓度(1mM)H2O2的情况下(图15、图16)。
从图5可以看出,治疗过程中,对照组创面愈合比其他组缓慢,基于 Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂组、基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组与万古霉素组化脓性创面逐渐恢复,表皮组织逐渐再生,其中基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组在第15天的创面愈合效果最佳。创面愈合率显示,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组第15天的创面愈合率接近 100%。第15天从创面皮肤采集MRSA细胞,用平板计数统计。可以看出,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组几乎没有菌落,而H2O2组有较多的菌落(约600CFU)。
本实验进一步利用病理组织学实验评估了基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂在抗感染及伤口愈合中的作用。H&E染色显示对照组炎性细胞浸润较多,部分细胞核呈分叶状(矩形框),而基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂 +H2O2组与万古霉素组相似,炎性细胞浸润较少,和外周血白细胞和中性粒细胞百分比(NEUT)的含量统计相符合。用Masson染色验证在伤口愈合过程中胶原纤维的形成(蓝色)。结果显示,基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂组、基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组和万古霉素组创面表皮胶原含量丰富、致密;基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂组、基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2组和万古霉素组胶原体积分数(CVF)平行,高于对照组和 H2O2组。
CD31是一种在早期血管生成中表达的跨膜蛋白,主要用于证明内皮细胞组织的存在,并可用于评估血管生成。新生血管通常伴随着伤口愈合的过程,而新生血管内皮细胞可被CD31和DAPI染色。实验结果显示,共焦激光扫描显微镜(CLSM)借助CD31免疫荧光染色进行三维(3D)重建反映新生血管再生过程,与对照组(9±2支/mm2)和H2O2组(15±6支/mm2)相比,基于 Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂+H2O2(64±支血管/mm2),基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂(60±3支血管/mm2)和万古霉素(63±3支血管/mm2)治疗组新毛细血管数量明显更多,创面愈合效果更好。
上述实验结果表明,本发明制得的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂能够在体内有效地杀死MRSA并快速促进伤口愈合,其治疗效果与万古霉素相当。
综上,本发明提供了一种基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂。该材料具有良好的仿氧化酶活性、仿过氧化物酶活性和仿卤素过氧化物酶活性,能够用来制备高催化活性的仿酶制剂。该材料不仅在体外对耐药细菌MRSA具有良好的抗菌活性(MBC值为0.25mg/mL),还能在体内有效地杀死MRSA并促进MRSA细菌感染的动物皮肤伤口愈合;在低浓度的H2O2存在下,本发明基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂对MRSA具有优异的体内抗菌活性,并能加速伤口愈合,其治疗效果与万古霉素相当。本发明提供的基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂是一种非抗生素材料,而且具有优良的生物相容性,其能够解决抗生素滥用带来的细菌耐药问题,在制备仿生材料和抗菌药物中具有广阔的应用前景。
Claims (18)
1.生物催化剂在制备仿酶制剂中的用途,所述生物催化剂是钒掺杂ZIF-8前驱体热处理后得到的,所述生物催化剂中含Zn2V2O7纳米晶体。
2.根据权利要求1所述的用途,其特征在于:所述仿酶制剂为仿氧化酶制剂、仿过氧化物酶制剂或仿卤素过氧化物酶制剂。
3.生物催化剂在制备抗菌药物中的用途,所述生物催化剂是钒掺杂ZIF-8前驱体热处理后得到的,所述生物催化剂中含Zn2V2O7纳米晶体。
4.根据权利要求3所述的用途,其特征在于:所述抗菌药物为抗革兰氏阳性菌的药物。
5.根据权利要求4所述的用途,其特征在于:所述抗菌药物为抗耐药细菌的药物。
6.根据权利要求5所述的用途,其特征在于:所述耐药细菌为耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌。
7.生物催化剂与双氧水联用在制备抗菌药物中的用途,所述生物催化剂是钒掺杂ZIF-8前驱体热处理后得到的,所述生物催化剂中含Zn2V2O7纳米晶体。
8.根据权利要求7所述的用途,其特征在于:所述抗菌药物为抗革兰氏阳性菌的药物。
9.根据权利要求8所述的用途,其特征在于:所述抗菌药物为抗耐药细菌的药物。
10.根据权利要求9所述的用途,其特征在于:所述耐药细菌为耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌。
11.根据权利要求1-10任一项所述的用途,其特征在于:所述钒掺杂ZIF-8前驱体是以包含Zn2+盐、钒酸盐、有机配体、表面活性剂和溶剂在内的原料制得的。
12.根据权利要求11所述的用途,其特征在于:所述钒掺杂ZIF-8前驱体是以Zn2+盐、钒酸盐、有机配体、表面活性剂和溶剂为原料制得的。
13.根据权利要求12所述的用途,其特征在于:所述Zn2+盐为Zn(NO3)2或其水合物,所述钒酸盐含VO3 -,所述有机配体为2-甲基咪唑,所述表面活性剂为季铵盐,所述溶剂为水;
所述Zn2+盐与钒酸盐的摩尔比为1:(0.2~2.0),所述Zn2+盐与季铵盐的摩尔比为1:(0.01~0.50),所述Zn2+盐与2-甲基咪唑的摩尔比为1:(30~80)。
14.根据权利要求13所述的用途,其特征在于:所述Zn2+盐为Zn(NO3)2·6H2O,所述钒酸盐为NaVO3,所述表面活性剂为溴化十六烷基三甲胺;
所述Zn2+盐与钒酸盐的摩尔比为1:(0.2~1),所述Zn2+盐与季铵盐的摩尔比为1:0.04,所述Zn2+盐与2-甲基咪唑的摩尔比为1:56.7。
15.根据权利要求14所述的用途,其特征在于:所述Zn2+盐与钒酸盐的摩尔比为1:1。
16.根据权利要求13所述的用途,其特征在于:所述钒掺杂ZIF-8前驱体的制备方法包括以下步骤:
(1)取Zn2+盐、钒酸盐、表面活性剂,加入溶剂,混合均匀,得溶液1;
(2)取2-甲基咪唑,加入溶剂,混合均匀,得溶液2;
(3)将溶液1与溶液2混合均匀,静置,分离出沉淀,即得钒掺杂ZIF-8前驱体。
17.根据权利要求1-10任一项所述的用途,其特征在于:所述热处理温度为300~500℃;热处理的时间为2小时;
和/或,所述热处理是在空气中进行的。
18.根据权利要求17所述的用途,其特征在于:所述热处理温度为为400℃;热处理的时间为2小时。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110963577.2A CN113522269B (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110963577.2A CN113522269B (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113522269A CN113522269A (zh) | 2021-10-22 |
CN113522269B true CN113522269B (zh) | 2023-05-02 |
Family
ID=78091343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110963577.2A Active CN113522269B (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113522269B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114180621B (zh) * | 2021-12-13 | 2024-04-26 | 川北医学院附属医院 | 一种原子分散的钒掺杂二氧化钛及其制备方法和用途 |
CN114420950B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-08-29 | 齐鲁工业大学 | 一种ZIF-8衍生Zn3(VO4)2电催化材料及其制备方法与应用 |
CN118370819B (zh) * | 2024-06-25 | 2024-08-20 | 山东第二医科大学 | 一种基于聚氧钒的共价有机框架抗菌材料 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL6814976A (zh) * | 1968-05-15 | 1969-11-18 | ||
US10529003B2 (en) * | 2008-04-07 | 2020-01-07 | Mohammad A. Mazed | Optical biomodule for detection of diseases at an early onset |
WO2010117757A1 (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-14 | Cytec Technology Corp. | Water based non-chromated primers for structural bonding applications |
BR112013002226A2 (pt) * | 2010-07-29 | 2016-05-24 | Colgate Palmolive Co | composições para o cuidado oral, livres de fosfato baseadas em agente antibacteriano magnólia |
CN105895894A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-08-24 | 淮阴工学院 | 一种钒酸铜材料及其制备方法与电化学性能 |
CN107706412A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-02-16 | 青海民族大学 | 一种zif‑8沸石咪唑酯骨架多孔碳包覆磷酸钒锂正极材料的方法 |
CN108172815B (zh) * | 2017-12-25 | 2021-03-30 | 青岛科技大学 | 一种微球状钒酸锌及其制备方法与应用 |
CN110003131B (zh) * | 2019-03-12 | 2020-07-14 | 中国医药集团总公司四川抗菌素工业研究所 | 一种三取代噻唑类化合物的晶型及其制备方法 |
CN113262810A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-17 | 四川大学 | 一种单原子催化剂m-sac及其制备方法和用途 |
-
2021
- 2021-08-20 CN CN202110963577.2A patent/CN113522269B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113522269A (zh) | 2021-10-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113522269B (zh) | 基于Zn2V2O7纳米晶的生物催化剂及其在制备仿酶制剂和抗菌药物中的用途 | |
Wang et al. | Insights into rapid photodynamic inactivation mechanism of Staphylococcus aureus via rational design of multifunctional nitrogen-rich carbon-coated bismuth/cobalt nanoparticles | |
Wang et al. | Bifunctionalized novel Co-V MMO nanowires: Intrinsic oxidase and peroxidase like catalytic activities for antibacterial application | |
Mahmoodabadi et al. | Characterization, antibacterial and cytotoxicity studies of graphene-Fe3O4 nanocomposites and Fe3O4 nanoparticles synthesized by a facile solvothermal method | |
Rahmati et al. | Ag-doped magnetic metal organic framework as a novel nanostructured material for highly efficient antibacterial activity | |
Szegedi et al. | Silver-and sulfadiazine-loaded nanostructured silica materials as potential replacement of silver sulfadiazine | |
Cui et al. | Rice husk based porous carbon loaded with silver nanoparticles by a simple and cost-effective approach and their antibacterial activity | |
CN113413919B (zh) | 具有原子催化中心的刺猬状催化材料及其在制备抗菌药物中的用途 | |
Das et al. | Biophysico-chemical interfacial attributes of Fe 3 O 4 decorated MWCNT nanohybrid/bio-based hyperbranched polyurethane nanocomposite: An antibacterial wound healing material with controlled drug release potential | |
Shan et al. | Flexible, mesoporous, and monodispersed metallic cobalt-embedded inorganic nanofibrous membranes enable ultra-fast and high-efficiency killing of bacteria | |
US20210260191A1 (en) | Method for Synthesizing a New Ferrihydrite Nano-photosensitizer and its Antibacterial and Anticancer Use | |
CN113244393B (zh) | 一种二氧化钛纳米管/二硫化钼纳米花复合物及其制备方法和应用 | |
CN105031711A (zh) | 一种胶原/壳聚糖复合海绵生物敷料及其制备方法 | |
Zhang et al. | Cu (II)@ ZIF-8 nanoparticles with dual enzyme-like activity bound to bacteria specifically for efficient and durable bacterial inhibition | |
Li et al. | Self-template synthesis of mesoporous vanadium oxide nanospheres with intrinsic peroxidase-like activity and high antibacterial performance | |
Lin et al. | Ultrathin trimetallic metal–organic framework nanosheets for accelerating bacteria-infected wound healing | |
Zhang et al. | Modulating the local coordination environment of cobalt single-atomic nanozymes for enhanced catalytic therapy against bacteria | |
CN113403069A (zh) | 碳量子点、基于碳量子点含纳米银的高效抗菌材料及其制法 | |
Abdieva et al. | RETRACTED: An Efficient Ultrasound-Assisted Synthesis of Cu/Zn Hybrid MOF Nanostructures With High Microbial Strain Performance | |
Jiang et al. | Antimicrobial activity and synergistic antibacterial mechanism of a combination of zinc and rare-earth scandium against Escherichia coli | |
Shateran et al. | Preparation of NiFe 2 O 4@ MIL-101 (Fe)/GO as a novel nanocarrier and investigation of its antimicrobial properties | |
Bronzato et al. | Virucidal, photocatalytic and chiromagnetic cobalt oxide quantum dots | |
CN115304053B (zh) | 碳纳米点、可注射碳纳米点-ε-聚赖氨酸水凝胶及其制备方法与应用 | |
CN115176816A (zh) | 一种Fe3O4@CuOx复合材料及其制备方法和应用 | |
Bhosale et al. | Effect of Zn Doping on Antibacterial Efficacy of CuO Nanostructures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |