CN113797227A - 一种化学自驱动微机器人在生物杀菌中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学自驱动微机器人在生物杀菌中的应用，通过微机器人在燃料溶液中高速运动击穿、肢解生物膜并释放出银离子杀灭生物膜内细菌。微机器人由(Ag7O8)X超结构材料构成，超结构材料为柱状结构，柱状前后端一端为尖端，一端为粗大端，柱状结构表面带有呈中心对称分布的凹痕，整体呈流线型。实验结果表明，该结构的Ag7O8NO3在医用过氧化氢燃料溶液中运动速度最快可以达到1666μm/s。通过体外和体内实验分别证明了该方法能够高效治疗超级细菌感染的伤口。本发明还通过震动频率和振幅可调的震动电极实现结构尺寸的筛选，电沉积制备后选择性剥离下尺寸完整的结构，留下生长不完整的结构在电极表面继续电沉积，循环往复实现超结构粉末的宏量制备。

Description

一种化学自驱动微机器人在生物杀菌中的应用
技术领域
本发明属于电化学沉积体系，特别涉及(Ag7O8)X超结构材料、及电化学宏量制备方法，和研究其作为化学自驱动微机器人和生物杀菌的应用。
背景技术
1929年，抗生素的发现使人类在与致病菌的战役中短期内拥有了绝对的优势。但是，近年来由于抗生素的滥用和细菌的不断繁殖进化，很多细菌对抗生素产生了耐药性(即超级细菌)，且有愈演愈烈之势。曾经被认为是由抗生素完全控制的疾病和病原体正在以新的方式对这些传统抗生素疗法产生抗药性。当前，全球的研究现状是不断研发新的抗生素对抗超级细菌。但是，新的抗生素研发耗时、耗力、耗财，相对的超级细菌会一方面通过结构变异，另一方面形成致密的细菌生物膜(biofilm)，获得耐新抗生素的能力。因此，在抗生素与超级细菌的战役中，抗生素的优势几乎荡然无存。超级细菌已经对人类健康和经济造成重大影响，美国科学杂志的观点论文预测，到2050年全球每年因耐抗生素超级细菌造成的死亡人数可能将增加到1000万人，远远超过癌症致死人数，造成全球经济损失将高达100万亿美元。因此，研发具有广谱杀灭超级细菌的技术和材料迫在眉睫。可以说谁掌握了有效杀灭超级细菌的技术或材料，谁在这个世纪的医疗健康军民用领域就有绝对的优势。
近年来，欧洲和美国的诸多研究机构在研发采用银和细菌生物膜分解试剂联用的方式杀灭超级细菌，取得了不错的进展。譬如，美国北科罗拉多州立大学的Orlin D.Velev教授将银离子束缚在木质素中，获得了具有广谱杀菌性的药剂；美国伦斯勒理工大学的George John教授通过将银纳米颗粒分散在植物油中，获得了具有广谱抗菌性的油漆；牛津大学的Roel Dullens教授采用磁性镍纳米颗粒实现了细菌的捕获和杀灭。
虽然银离子或者其它纳米材料展现出优异的广谱杀菌性，能够有效杀灭耐药菌，但是这些杀菌材料对细菌生物膜却无能为力。
化学自驱动微机器人的运动机理一般情况下可以理解为，微机器人通过局部催化分解或反应液体燃料，在其表面或界面区域形成不对称的力，从而驱动微机器人运动。为了实现这种化学自驱动，需要在微纳米尺度的物体上产生各向异性的力，这种力可通过构建不对称的纳米或微米结构产生。过氧化氢(H2O2)燃料溶液能量密度极高，可以提供这类能源。
发明内容
本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，通过电沉积的方式制备结构复杂、形貌均匀的(Ag7O8)X超结构材料。以上述方式得到的超结构材料作为微机器人(微马达)与燃料溶液组成化学自驱动微机器人，该超结构材料在医用H2O2燃料溶液中快速运动可以击穿生物膜并释放银离子，从而杀灭藏在生物膜中的耐药菌。宏量制备复杂超结构，制备过程包括电沉积、剥离、电解液抽离、电解液抽滤、电解液回流，这五个步骤循环往复实现批量制备。
本发明采用的技术方案具体为：
一种化学自驱动微机器人在生物杀菌中的应用，微机器人在燃料溶液中高速运动击穿、肢解生物膜并释放出银离子杀灭生物膜内细菌。
进一步地，微机器人在燃料溶液中的速度大于等于56μm/s。
进一步地，所述化学自驱动微机器人的燃料溶液为医用过氧化氢溶液。
进一步地，所述微机器人由(Ag7O8)X超结构材料构成，其中X阴离子包含NO3 -,HSO4 -,ClO4 -,F-,BF4 -中的一种或多种。
进一步地，所述超结构材料为柱状结构，柱状前后端一端为尖端，一端为粗大端，柱状结构表面带有呈中心对称分布的凹痕，整体呈流线型。
进一步地，所述超结构材料的长度为10-40μm，粗大端的尺寸为2-10μm。
进一步地，微机器人的浓度大于等于36.5μg/ml。
进一步地，所述(Ag7O8)X超结构材料通过如下方法制备获得：采用三电极系统，以包含银离子化合物与H3BO3的去离子水溶液为电解液，采用逐步递减变电压模式或多次逐步递减变电压模式在工作电极电沉积获得(Ag7O8)X超结构材料。其中，电沉积的电压为1.5V及以上，所述银离子化合物为AgNO3,Ag2SO4,AgClO4,AgF,AgBF4中的一种或多种。优选地，银离子化合物的浓度为0.06M，H3BO3的浓度为0.16M。
进一步地，所述逐步递减变电压模式的变电压的速度为大于等于0.001V/s。
进一步地，所述(Ag7O8)X超结构材料通过如下方法制备获得：多次逐步递减变电压模式中，逐步递减变电压的速率可以任意改变。变电压的速度对微鱼雷结构形貌产生影响。其中，每次逐步递减边电压模式都会在多级微鱼雷结构上留下一个节，节的位置和节与节之间的距离取决于逐步递减电沉积速率的变化情况。其中，电沉积速率保持一致，多级鱼雷表面节与节之间距离保持一致；电沉积速率愈来愈慢，多级微鱼雷表面节与节之间距离越来越小；电沉积速率越来越快，多级微鱼雷表面节与节之间距离越来大。
一种所述(Ag7O8)X超结构材料的宏量制备方法，包括：
第一步，采用三电极系统，以包含银离子化合物与H3BO3的去离子水溶液为电解液，采用逐步递减变电压模式或多次逐步递减变电压模式在安装有震动电机的工作电极上电沉积获得(Ag7O8)X超结构材料。其中，电沉积的起始电压为大于等于6V，终止电压为大于等于1.5V，所述银离子化合物为AgNO3,Ag2SO4,AgClO4,AgF,AgBF4中的一种或多种。此时通过电沉积法制备出的为结构、尺寸大小不均匀的复杂超结构。
第二步，一次电沉积后，采用震动或超声选择性将尺寸较大且生长完整的超结构材料从工作电极上剥离至电解液中(留下生长不完整的超结构在下一个循环继续电化学生长)；本步骤中，由于电沉积得到的产物与电极表面粘附力随尺寸变化而变化，通过调节震动或超声产生力的大小实现微结构尺寸的筛选，从而可以收集得到形貌均匀、结构复杂的超结构。
第三步，经过多次电化学沉积和剥离，电解液中包含大量超结构材料，抽离电解液；
第四步，过滤电解液，在滤纸上收集大量结构均匀超结构粉末；
第五步，将抽滤后得到的液体补充离子后回流至电解槽中继续进行电沉积。多次循环便可以制备得到大量的结构均匀的超结构。
进一步地，工作电极背部安装有机械震动组件或超声组件，通过调节震动电极的频率、功率、振幅等参数实现震动电极的物理参数调节以实现电沉积产物尺寸筛选。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明将(Ag7O8)X超结构材料应用于化学自驱动微机器人，通过结构的调控得到了目前已知运动速度最快微机器人；微机器人和医用H2O2协同反应，快速运动的微机器人击穿生物膜并释放银离子，杀灭藏在生物膜中的超级耐药菌。实验结果表明，本发明制备的微鱼雷结构Ag7O8NO3的在医用过氧化氢燃料溶液中运动速度最快可以达到1666μm/s。不仅如此，该体系可以在深伤口治疗、等领域得到广泛应用。
本发明还提供了一种(Ag7O8)X超结构材料的宏量制备方法，其中所提供的电化学体系，弥补了现在电化学只能通过调节电沉积参数以实现电沉积镀层物理化学性能改变，结合电沉积、剥离、电解液抽离、电解液抽滤、电解液回流这五个步骤，实现了电化学宏量制备结构复杂、形貌均匀的超结构。
附图说明
图1为实施例1、实施例2、实施例3电化学宏量制备复杂超结构的流程图，其中A为工作电极电沉积前、电沉积后、震动剥离的正面和侧面图。B为电解液抽离图。C为电解液抽滤过程，插图为抽滤前后滤纸状态。D为电解液回流。E为整个实验装置图；
图2为实施例1中电化学宏量制备出的微鱼雷粉末照片；
图3为实施例1中微鱼雷结构的制备电压-时间图(A)。电沉积后工作电极表面微鱼雷结构的断面SEM图(B)。单个生长完整的微鱼雷结构(C)。通过震动电极筛选剥离下的结构均匀的大量微鱼雷结构(D)。震动剥离后，没有被剥离下的不完整的鱼雷结构(E)。大面积剥离下的微鱼雷结构(F)；
图4为实施例2中不同电沉积参数制备出的多级微鱼雷结构和剥离下的大面积多级微鱼雷结构。其中A、E、I、M为不同电沉积参数制备多级鱼雷的电压-时间参数图。B、F、J、O不同电沉积参数对应制备得到的多级鱼雷结构的断面图。C、G、K、P为对应的生长完整的单个多级微鱼雷结构。D、H、L、Q为筛选剥离到的结构完整、尺寸均匀的多级鱼雷结构；
图5为实施例3中通过控制电沉积参数实现批量的、尺寸均匀的多级微鱼雷结构制备。其中A、F、K、P、U为不同电沉积参数制备多级鱼雷的电压-时间参数图。B、G、L、Q、V为不同电沉积参数对应制备得到的大面积尺寸均匀的多级鱼雷结构。C、H、M、R、W为对应的相对较小面积多级鱼雷。D、I、N、S、X为对应的生长完整的单个多级微鱼雷结构。E、J、O、T、Y为对应的大面积多级鱼雷尺寸分布图；
图6为应用例1中四种典型结构的Ag7O8NO3微米机器人的运动示意图和显微镜下的运动截图，其中A为微鱼雷结构运动示意图。B中从左至右依次为Ag7O8NO3金字塔结构的SEM图、显微镜下运动每帧垛堞图、排除气泡影响后的显微镜下运动每帧垛堞图。C中从左至右依次为Ag7O8NO3棒状结构的SEM图、显微镜下运动截图、排除气泡影响后的显微镜下运动每帧垛堞图。D中从左至右依次为Ag7O8NO3埃菲尔铁塔结构的SEM图、显微镜下运动每帧垛堞图、排除气泡影响后的显微镜下运动每帧垛堞图。E中从左至右依次为Ag7O8NO3鱼雷结构的SEM图、显微镜下运动截图、排除气泡影响后的显微镜下运动每帧垛堞图；F为不同Ag7O8NO3微结构的速度关系图。
图7为微鱼雷结构机器人与医用过氧化氢协同作用治疗感染伤口示意图。
图8为微鱼雷结构机器人与医用过氧化氢协同作用治疗感染伤口体外实验图。其中A为体外培养的生物膜照片(上)和荧光染色后的显微镜图(下)。B为用医用过氧化氢(双氧水)处理后继续培养24小时候的生物膜照片(上)和荧光染色后的显微镜图(下)。C为用微鱼雷结构处理后继续培养24小时候的生物膜照片(上)和荧光染色后的显微镜图(下)。D为用微鱼雷和医用过氧化氢协同作用处理后继续培养24小时候的生物膜照片(上)和荧光染色后的显微镜图(下)。E为荧光染色后生物膜的100μm(上)、20μm(下)标尺显微镜图。F为医用过氧化氢处理过的荧光染色后生物膜的100μm(上)、20μm(下)标尺显微镜图。G为微鱼雷处理过的荧光染色后生物膜的100μm(上)、20μm(下)标尺显微镜图。H为微鱼雷机器人和医用过氧化氢协同作用处理过的荧光染色后生物膜的100μm(上)、20μm(下)标尺显微镜图。I为四组提取绿浓素结果柱状图。G、K分别为四组处理情况后培养菌落数的照片和菌落数统计柱状图。L、M、O、P分别为鱼雷插入生物膜的SEM图和能谱图。
图9为微鱼雷结构与医用过氧化氢协同作用体内治疗小鼠伤口感染图。
图10为图9中15天后小鼠伤口模型的断面荧光显微镜图，其中绿色为细菌感染部分，蓝色为正常组织。
图11为微鱼雷结构与医用过氧化氢协同作用体内治疗兔子烧伤伤口感染图。
图12为图11中15天后兔子烧伤伤口感染的断面图，其中深色为细菌感染组织，浅色为正常组织，虚线标记为伤口长度。
具体实施方式
下面结合具体实施例、应用例及说明书附图对本发明作进一步说明：
实施例1宏量制备Ag7O8NO3微鱼雷超结构材料
(1)取一片硅片，放在蒸镀仪中。第一层蒸镀2nm钛作为缓冲层，第二层蒸镀50nm金，蒸镀速度保持在0.1nm/s。把蒸镀好的硅片切割为2cm×4cm大小，得到工作电极。得到的工作电极分别放在乙醇、去离子水中超声清洗10min。
(2)在上述得到的工作电极，背后安装一个震动频率和振幅可调的机械震动电机，构成振动电极，如图1A所示。
(3)取AgNO3和H3BO3溶于600ml去离子水中得到电解液，其中，AgNO3浓度为0.06M，H3BO3浓度为0.16M。
(4)在三电极系统里，以(2)中制备的电极为工作电极，长80mm宽60mm厚1mm的碳板为对电极，Ag/AgCl为参比电极，工作电极和对电极的距离保持在4cm，且工作电极与对电极之间有一层滤纸，保持工作电极端产物无任何杂质，电沉积温度保持在25℃，即室温。在三电极系统里，选用电压逐步递减的电沉积模式的电压模式，参数设置为：高电压10V，低电压2V，扫描速度为0.2V/s，如图3A所示。
(5)整个循环系统如图1所示，一次电沉积后金片电极表面覆盖一层灰黑色粉末，震动后电极表面飘出灰黑色的雾状物质，如图1A所示，经过多次电沉积和震动剥离后，电解液中含有大量生长成熟的鱼雷结构。然后把电解液抽到滤杯中，如图1B所示。抽滤电解液，抽滤系统中的滤纸表面会留下一层灰黑色粉末，如图1C所示。最后过滤完成且离子补充好的电解液回流到电解槽中，如图1D所示。图1E给出了整个循环过程示意图。经过多次循环可以得到大量的Ag7O8NO3超结构材料粉末，如图2所示。
该电压逐步递减的电沉积模式电沉积获得的Ag7O8NO3超结构材料如图3所示，为柱状结构，柱状前后端一端为尖端，一端为粗大端，柱状结构表面带有呈中心对称分布的凹痕，整体呈流线型，类似于鱼雷，本实施方式中均称之为微鱼雷结构且依据表面节数该电压逐步递减的电沉积模式制得的为一级微鱼雷结构，从电极表面的断面图(图3B)可以看到，微鱼雷结构尺寸有大有小，而所需要的是生长结构完整的鱼雷结构，如图3C所示。通过调节震动电极的震动频率和振幅，可以实现结构的筛选，只剥离下生长完整的微鱼雷结构如图3D、F所示，可以看到用该方法剥离的超结构形貌完整、尺寸均匀。剥离后的工作电极表面，如图3E所示，可以看出电极表面还保留了生长不完整的微鱼雷结构。通过此方法，实现了电沉积法筛选制备结构完整、尺寸均匀的Ag7O8NO3超结构材料。
实施例2宏量制备Ag7O8NO3微鱼雷超结构材料
(1)取一片硅片，放在蒸镀仪中。第一层蒸镀2nm钛作为缓冲层，第二层蒸镀50nm金，蒸镀速度保持在0.1nm/s。把蒸镀好的硅片切割为2cm×4cm大小，得到工作电极。得到的工作电极分别放在乙醇、去离子水中超声清洗10min。
(2)在上述得到的工作电极背后安装一个震动频率和振幅可调的机械震动电机，构成振动电极，如图1A所示。
(3)取AgNO3和H3BO3溶于600ml去离子水中得到电解液，其中，AgNO3浓度为0.06M，H3BO3浓度为0.16M。
(4)在三电极系统里，以(2)中制备的电极为工作电极，长80mm宽60mm厚1mm的碳板为对电极，Ag/AgCl为参比电极，工作电极和对电极的距离保持在4cm，且工作电极与对电极之间有一层滤纸，保持工作电极端产物无任何杂质，电沉积温度保持在25℃，即室温。在三电极系统里，选用逐步递减变电压模式：多次逐步递减(递减速度越来越慢)，具体参数如图4A、E、I、M所示。
(5)整个循环系统如图1所示，一次电沉积后金片电极表面覆盖一层灰黑色粉末，震动后电极表面飘出灰黑色的雾状物质，如图1A所示，经过多次电沉积和震动剥离后，电解液中含有大量生长成熟的鱼雷结构。然后把电解液抽到滤杯中，如图1B所示。抽滤电解液，抽滤系统中的滤纸表面会留下一层灰黑色粉末，如图1C所示。最后过滤完成且离子补充好的电解液回流到电解槽中，如图1D所示。图1E给出了整个循环过程示意图。
该电沉积模式下电沉积获得的Ag7O8NO3超结构材料为多级微鱼雷结构(多一个递减电压的循环多一节)，如图4所示。从电极表面的断面图可以看到超级复杂的多级微鱼雷结构，如图4B、F、J、O所示，所需要的收集的是生长完整的多级微鱼雷结构，如图4C、G、K、P所示为单个超结构。通过调节震动电极的震动频率和振幅精确筛选出结构完整、尺寸均匀的超结构，如图4D、H、I、Q。充分证明，通过电沉积与震动筛选实现了宏量制备结构完整、尺寸均匀的超复杂微结构。
实施例3宏量制备Ag7O8NO3超结构材料
(1)取一片硅片，放在蒸镀仪中。第一层蒸镀2nm钛作为缓冲层，第二层蒸镀50nm金，蒸镀速度保持在0.1nm/s。把蒸镀好的硅片切割为2cm×4cm大小，得到工作电极。得到的工作电极分别放在乙醇、去离子水中超声清洗10min。
(2)在上述得到的工作电极背后安装一个震动频率和振幅可调的机械震动电机，构成振动电极，如图1A所示。
(3)取AgNO3和H3BO3溶于600ml去离子水中得到电解液，其中，AgNO3浓度为0.06M，H3BO3浓度为0.16M。
(4)在三电极系统里，以(2)中制备的电极为工作电极，长80mm宽60mm厚1mm的碳板为对电极，Ag/AgCl为参比电极，工作电极和对电极的距离保持在4cm，且工作电极与对电极之间有一层滤纸，保持工作电极端产物无任何杂质，电沉积温度保持在25℃，也就是室温。在三电极系统里，选用逐步递减变电压模式：多次逐步递减(递减速度越来越快)，具体参数如图5A、F、K、P、U所示。
(5)整个循环系统如图1所示，以多级微鱼雷超结构为例，电沉积后金片电极表面覆盖一层灰黑色粉末，震动后电极表面飘出灰黑色的雾状物质，如图1A所示，经过多次电沉积和震动剥离后，电解液中含有大量生长成熟的鱼雷结构。然后把电解液抽到滤杯中，如图1B所示。抽滤电解液，抽滤系统中的滤纸表面会留下一层灰黑色粉末，如图1C所示。最后过滤完成且离子补充好的电解液回流到电解槽中，如图1D所示。图1E给出了整个循环过程示意图。
该电沉积模式电沉积获得的Ag7O8NO3超结构材料为多级微鱼雷结构，如图5所示。结构明显与图4不同，此时的多级鱼雷结构节的位置明显更靠近尾端，通过剥离筛选出了结构完整且尺寸均匀(E、J、O、T、Y)的多级鱼雷超结构如图5所示。
应用例1化学自驱动微机器人制备应用
将采用实施例1制备得到的鱼雷状及金字塔状、棒状、埃菲尔铁塔状(对照，制备方法参见专利ZL201910371723.5)的Ag7O8NO3超结构材料作为微机器人与医用过氧化氢溶液组成化学自驱动微机器人，图6为上述微机器人(36.5μg/ml)在极低浓度的H2O2(1.5wt％)运动情况，Ag7O8NO3超结构机器人主要的驱动力是Ag7O8NO3与H2O2反应持续放出氧气气泡，反应方程式为4Ag7O8NO3+3H2O2＝28Ag+18O2↑+2H2O+4HNO3。可以看出相同成份的微机器人在同样浓度的燃料溶液中的运动速度差距极大，速度最快的微鱼雷结构图6E比速度最慢的金字塔结构机器人运动速度快1000倍，如图6F所示。如此大的运动速度差主要来源于几何结构的差异，微鱼雷结构机器人正是得益于其结构前后端尺寸差极大而左右对称的流线型结构，氧气气泡在粗大端聚集长大脱附，推动微鱼雷机器人朝尖端方向沿长轴运动，如图6A所示。
基于相同的理论，可以预见同等结构的(Ag7O8)X超结构材料，其中X阴离子包含HSO4 -,ClO4 -,F-,BF4 -也具有优异的运动速度。
应用例2化学自驱动微机器人在肢解生物膜并杀灭隐藏在其中细菌的应用
大肠杆菌生物膜制备：105CFU/ml的浮游大肠杆菌在6孔板中培养2天得到致密的大肠杆菌生物膜。
得到的大肠杆菌分别使用PBS、2wt％的医用过氧化氢、75μg/ml的实施例1制备得到的微鱼雷结构水溶液、实施例1制备得到的微鱼雷(75μg/ml)和过氧化氢(2wt％)联合溶液滴加到大肠杆菌生物膜上继续培养24h；
图8A、B、C、D分别代表大肠杆菌生物膜原始状态、医用过氧化氢处理过的生物膜、微鱼雷结构处理过的生物膜、微鱼雷和过氧化氢联合处理过的生物膜的照片和荧光染色图片，其中绿色部分是染色后的细菌，可以看出微鱼雷和过氧化氢协同处理过的生物膜大面积被破坏，荧光显微镜下也无明显染色的细菌。从荧光断面图可以看出，其他三种生物膜很致密，而微鱼雷和过氧化氢联合处理过的生物膜上有明显的界线清晰圆润的孔洞，表明快速运动的微机器人击穿了生物膜，如图8E、F、G、H所示。绿浓素提取物和菌落数的结果进一步充分证明微鱼雷和过氧化氢协同作用能够高效肢解生物膜并杀灭其中的细菌，如图8I、G、K所示。把处理过程中的生物膜放在电子显微镜下观察可以看到，微鱼雷结构穿刺进入生物膜，更加直观的证明高度运动微鱼雷结构对生物膜的肢解作用，如图8L、M、O、P。表明实施例1中制备出的鱼雷结构和医用过氧化氢联合作用肢解生物膜并杀灭隐藏在其中细菌具有高效和实用性，图7为微鱼雷和过氧化氢协同作用作用治疗感染伤口示意图。
应用例3微鱼雷结构与医用过氧化氢协同治疗小鼠感染的伤口应用
建立小鼠伤口模型：在小鼠皮肤上切出一个0.8cm2大小的全层切除性皮肤创面。用108CFU/ml大肠杆菌预形成的生物膜感染创面培养24小时。
在小鼠感染伤口分别使用100μl PBS培养基、2wt％的医用过氧化氢、75μg/ml的实施例1制备得到的微鱼雷结构水溶液、实施例1制备得到的微鱼雷(75μg/ml)和过氧化氢(2wt％)联合溶液滴加到小鼠伤口模型上5min后，连续观察小鼠伤口变化。如图9所示。可以看到，未处理和用医用双氧水处理后的小鼠伤口在初期均有伤口变大的趋势，而微鱼雷结构和微鱼雷加医用过氧化氢处理过的伤口在初期并没有伤口扩张，不仅如此11天后微鱼雷加医用双氧水处理过的小鼠伤口基本愈合，而其他三种伤口较大。15天后虽然伤口从表面看4种处理方式都愈合了，但从伤口断面荧光显微镜图可以看到，只有微鱼雷加医用双氧水处理过的伤口没有任何细菌残留且愈合效果最好，如图9所示。
应用例4微鱼雷结构与医用过氧化氢协同治疗兔子烫伤伤口
用大肠杆菌建立兔子的烫伤伤口模型：取约2kg健康家兔建立模型，兔耳静脉注射3％戊巴比妥钠(1ml/kg)麻醉，将家兔背部毛刮掉，用直径3cm的铜片加热100℃，立刻压在家兔背部10s。待烧伤创面冷却后，将109CFU/ml的大肠杆菌均匀涂抹于创面。为了防止细菌悬浮液滑落，将家兔四肢仰卧10min后送回繁育室，静待24小时。
分别使用100μl PBS(对照)、2wt％的医用过氧化氢、75μg/ml的实施例1制备得到的微鱼雷结构水溶液、实施例1制备得到的微鱼雷(75μg/ml)和过氧化氢(2wt％)联合溶液滴加到兔子烫伤伤口模型上，观察小兔子烫伤伤口变化。如图11所示，处理后12天时，联合治疗处理过的兔子烧伤伤口已经基本愈合，而其他三种情况处理的伤口还有很明显的疤痕。18天后联合治疗处理过的兔子烧伤伤口已经全部愈合，而其他三种情况伤口还处于十分明显的情况，如图11所示。此时断面图也能充分看出，只有联合处理过的兔子烧伤伤口处无感染组织且伤痕尺寸最小，而其他三种处理18天后还有明显的感染组织并且伤口较大，如图12所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种化学自驱动微机器人在生物杀菌中的应用，其特征在于，微机器人在燃料溶液中高速运动击穿、肢解生物膜并释放出银离子杀灭生物膜内细菌。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述化学自驱动微机器人的燃料溶液为医用过氧化氢溶液。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，微机器人在医用过氧化氢燃料溶液中的速度大于56μm/s。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述微机器人由(Ag7O8)X超结构材料构成，其中X阴离子包含NO3 -,HSO4 -,ClO4 -,F-,BF4 -中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述超结构材料为柱状结构，柱状前后端一端为尖端，一端为粗大端，柱状结构表面带有呈中心对称分布的凹痕，整体呈流线型。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述超结构材料的长度为10-40μm，粗大端的尺寸为2-10μm。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，微机器人的浓度大于等于36.5μg/ml。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述(Ag7O8)X超结构材料通过如下方法制备获得：采用三电极系统，以包含银离子化合物与H3BO3的去离子水溶液为电解液，采用逐步递减变电压模式或多次逐步递减变电压模式在工作电极上电沉积获得(Ag7O8)X超结构材料。其中，电沉积的电压大于等于1.5V，所述银离子化合物为AgNO3,Ag2SO4,AgClO4,AgF,AgBF4中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述逐步递减变电压模式的变电压速度为大于等于0.001V/s。
10.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述(Ag7O8)X超结构材料通过如下方法制备获得：
采用三电极系统，以包含银离子化合物与H3BO3的去离子水溶液为电解液，采用逐步递减变电压模式或多次逐步递减变电压模式在工作电极上电沉积获得(Ag7O8)X超结构材料。其中，电沉积的电压大于等于1.5V，所述银离子化合物为AgNO3,Ag2SO4,AgClO4,AgF,AgBF4中的一种或多种。
一次电沉积后，采用震动或超声将单个生长完整的超结构材料从工作电极上剥离至电解液中。当电解液中包含大量超结构材料时，抽离电解液并抽滤获得生长完整的超结构材料，并抽滤后得到的液体补充离子后回流至电解槽中继续进行电沉积。
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