CN114288406B - 一种Zn-MOF@Ti3C2Tx杂化材料及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Zn‑MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料及其制备方法、应用，属于抑菌材料领域。本发明的Zn‑MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，包括Ti₃C₂T_x MXene纳米片以及固定在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上的Zn‑MOF材料；所述Zn‑MOF材料由Zn²⁺和姜黄素自组装形成。本发明的Zn‑MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，对生物组织的副作用小，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热效应能够促进Zn‑MOF材料中姜黄素和Zn²⁺的释放，而Zn‑MOF材料能够降低Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热效应，避免热能过高使生物组织灼伤，二者具有协同抑菌的作用。

Description

一种Zn-MOF@Ti3C2Tx杂化材料及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及一种Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料及其制备方法、应用，具体属于抑菌材料领域。

背景技术

因外界刺激或外伤而受伤的皮肤和组织在修复过程中，常发生多种细菌引起的伤口感染，进而导致严重的炎症和诸多疾病。到目前为止，研究人员已经开发了多种治疗策略，如多肽、治疗性抑菌剂、干细胞治疗、纳米纤维敷料、水凝胶、光辅助光热疗法等，以提高伤口愈合效率，减少感染的发生。上述方法中，基于光辅助光热疗法(PTT)是一种有效的伤口愈合方法。为进一步增强治疗效果，纳米材料在近红外光(NIR)的照射下产生的局部热能，具有副作用少、无侵袭性、穿透深层组织、愈合能力高等优点，可大大促进细菌的裂解。在PTT方法中，金纳米粒子(GNP)、石墨烯量子点(GQDs)、CuS纳米粒子、聚多巴胺(PDA)、普鲁士蓝(PB)纳米粒子等光热转换剂在创面愈合和抑菌治疗过程中发挥重要作用。其中，MXene纳米材料由于其优异的生物相容性和近红外光的高吸收能力，在生物医学和生物传感领域有着广泛的应用，特别是在伤口愈合领域。但Ti₃C₂T_x Mxene纳米材料具有较高的转换效率(超过65℃)，而较高的温度可能会伤害生物组织。

MOF是由金属节点(金属离子或团簇)和有机配体合成的低密度结晶多孔材料，近二十年来在药物输送系统、气体存储、吸附和分离、传感、催化，储能及从水中去除污染物和电化学领域广泛应用。MOF及其杂化材料，或衍生物通过负载银纳米团簇、抑菌药物或金属离子或直接作为抑菌剂、模拟酶和光敏剂，通过分解金属配体，释放生物活性金属离子或配体到介质中来显示抑菌活性。然而，金属纳米颗粒或MOF释放的金属离子除了对细菌有害外，也可能对宿主组织有害。通常，在MOF合成过程中加载药物或将合成的MOF浸入药物溶液中是成功加载MOF药物的两种主要途径。合成后载药方法虽然可以避免在苛刻条件下合成过程中药物的降解，但会导致载药效率较低。为了解决这个问题，研究员开发出了bioMOF材料，bioMOF材料使用天然药物作为有机配体，多种金属中心作为节点，可用于气体分离、降解、荧光传感器、药物传递、骨修复和糖尿病创面愈合。然而，bioMOF的配体从MOF中释放的速率较低，从而大大降低了抗菌和伤口愈合效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，用于光热疗法中的光热试剂时，既能利用光热效应、快速释放Zn²⁺和姜黄素进行抑菌，又不伤害生物组织。

本发明的第二个目的在于提供一种上述杂化材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种上述杂化材料作为光热疗法体外抑菌或创面愈合中光热试剂的应用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，包括以下步骤：包括Ti₃C₂T_x MXene纳米片以及固定在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上的Zn-MOF材料；所述Zn-MOF材料由Zn²⁺和姜黄素自组装形成。

本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，由Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF材料组成，对生物组织的副作用小，Ti₃C₂T_x MXene纳米片在近红外光照射下可产生局部热能，促进细菌的裂解，光热抑菌作用，Zn-MOF材料通过释放姜黄素和Zn²⁺起到抑菌的作用；在近红外光照射后，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热效应能够促进Zn-MOF材料中姜黄素和Zn²⁺的释放，而Zn-MOF材料能够降低Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热效应，避免热能过高使生物组织受热灼伤，二者具有协同抑菌的作用。

进一步地，所述Zn-MOF材料在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上原位自组装形成。原位自组装可以增大Zn-MOF和Ti₃C₂T_x的接触面积，有利于电子传输，从而增强活性氧的产生。

本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法所采用的技术方案为：

一种上述Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，包括以下步骤：将分散有锌盐、姜黄素、Ti₃C₂T_x MXene纳米片的混合分散液在70～80℃下进行自组装反应。例如，将分散有锌盐、姜黄素、Ti₃C₂T_x MXene纳米片的混合分散液在75℃下进行自组装反应。

本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，反应条件温和，步骤简单，易于在工业化中实现大规模生产。

进一步地，在70～80℃进行自组装反应前，将所述混合分散液在室温下搅拌混合3～5h。例如，在70～80℃进行自组装反应前，将所述混合分散液在室温下搅拌混合4h。

进一步地，所述自组装反应的反应时间为70～90h。自组装反应过程中对混合分散液进行搅拌处理。例如，所述自组装反应的反应时间为72h。

50℃是正常细胞和生物组织能够承受的温度，进一步地，为了降低Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在近红外光产生的热能使材料温度处于正常细胞和生物组织的最适宜温度，所述姜黄素和Ti₃C₂T_x MXene纳米片的质量比为6:(0.8～1.2)。所述姜黄素和锌盐的摩尔比为1:(1.4～1.6)。例如，所述姜黄素和Ti₃C₂T_x MXene纳米片的质量比为6:1。所述姜黄素和锌盐的摩尔比为1:1.5。

进一步地，所述锌盐为醋酸锌。

为了促进Zn-MOF材料的形成，进一步地，所述混合分散液的混合溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和无水乙醇。所述N,N-二甲基乙酰胺和无水乙醇的体积比为4:(0.8～1.2)。每1mg的Ti₃C₂T_x MXene纳米片对应采用的混合溶剂的体积为0.5mL。例如，所述N,N-二甲基乙酰胺和无水乙醇的体积比为4:1。

进一步地，上述混合分散液的制备是先将Ti₃C₂T_x MXene纳米片分散在混合溶剂中，再将姜黄素和锌盐分散到混合溶剂中。

进一步地，为了使Ti₃C₂T_x MXene纳米片在混合溶剂中分散均匀，所述Ti₃C₂T_xMXene纳米片在超声条件下分散在混合溶剂中。

进一步地，所述超声的功率为150～200W，时间为0.5～1.5h。

进一步地，上述Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，还包括以下步骤：在自组装反应完成后，固液分离，对分离所得固体进行洗涤，干燥。

进一步地，干燥的温度为60℃。

本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的应用所采用的技术方案为：

一种上述Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料作为光热疗法在体外抑菌或创面愈合中光热试剂的应用。本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，在光辅助光热疗法中的创面愈合和抗菌治疗过程中发挥重要作用。

进一步地，所述应用为Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料作为光热疗法体外抑制革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌中光热试剂的应用。进一步地，所述革兰氏阴性菌为大肠杆菌。所述革兰氏阳性菌为金黄色葡萄球菌。

进一步地，将Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料作为光热疗法体外抑菌或创面愈合中光热试剂的应用时，采用近红外光对Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料进行照射。

进一步地，光热疗法采用近红外光。更进一步地，所述近红外光的波长为808nm。

附图说明

图1：图1a为本发明实施例1的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的1μm标尺的FESEM图，图1b为本发明实施例1的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的200nm标尺的FESEM图，图1c为本发明实施例1的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的1μm标尺的TEM图，图1d为本发明实施例1的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的50nm标尺的TEM图，图1e为本发明实施例1的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的5nm标尺的HR-TEM图；

图2：图2a为本发明实施例1的Zn-MOF材料(i)、Ti₃C₂T_x MXene纳米片(ii)和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(iii)的XRD谱图，图2b为本发明实施例1的Zn-MOF材料(i)、Ti₃C₂T_xMXene纳米片(ii)和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(iii)的FT-IR谱图，图2c为本发明实施例1的Zn-MOF材料(i)、Ti₃C₂T_x MXene纳米片(ii)和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(iii)在77k时的N₂吸附/脱附等温线图，图2d为本发明实施例1的Zn-MOF材料(i)、Ti₃C₂T_x MXene纳米片(ii)和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(iii)的XPS全谱图；

图3：图3a为近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后去离子水以及浓度为100μg·mL^-1的Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的水的分散液的温度变化曲线图，图3b为近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的水的分散液的温度变化曲线图，图3c为近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的水的分散液(100μg·mL^-1)的先升温再自然冷却至室温的温度变化曲线图，图3d为近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的水的分散液(100μg·mL^-1)的加热/冷却循环的温度变化曲线图；

图4：图4a为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料的液体培养基在没有光照情况下培养金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线图，图4b为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Ti₃C₂T_x MXene纳米片的液体培养基在没有光照情况下培养金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线图，图4c为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的液体培养基在没有光照情况下培养金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线图，图4d为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料的液体培养基在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后培养金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线图，图4e为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Ti₃C₂T_x MXene纳米片的液体培养基在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后培养金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线图，图4f为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的液体培养基在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后培养金黄色葡萄球菌的细菌生长曲线图；

图5：图5a为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料的液体培养基在没有光照情况下培养大肠杆菌的细菌生长曲线图，图5b为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Ti₃C₂T_x MXene纳米片的液体培养基在没有光照情况下培养大肠杆菌的细菌生长曲线图，图5c为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的液体培养基在没有光照情况下培养大肠杆菌的细菌生长曲线图，图5d为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料的液体培养基在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后培养大肠杆菌的细菌生长曲线图，图5e为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Ti₃C₂T_x MXene纳米片的液体培养基在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后培养大肠杆菌的细菌生长曲线图，图5f为含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的液体培养基在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min后培养大肠杆菌的细菌生长曲线图；

图6：图6a为在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min和没有光照下，金黄色葡萄球菌在含有PBS缓冲液以及Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的培养基中培养后的菌落照片，图6b为在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min和没有光照下，金黄色葡萄球菌在含有PBS缓冲液以及Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料培养基中培养后的细菌存活率，图6c为在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min和没有光照下，大肠杆菌在含有PBS缓冲液以及Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的培养基中培养后的菌落照片，图6d为在近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)照射15min和没有光照下，大肠杆菌在含有PBS缓冲液以及Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料培养基中培养后的细菌存活率；

图7：图7a为37℃时，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在0.1M的PBS缓冲液中释放姜黄素的速率，图7b为37℃时，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在0.1M的PBS缓冲液中释放Zn²⁺的速率；

图8为Zn-MOF材料(I)、Ti₃C₂T_x MXene纳米片(II)、和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(III)的ESR测试图；

图9为在含有不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_xMXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的培养基中培养后的L929细胞的细胞存活率；

图10为对比例1中的Zn-MOF材料、对比例2中的Ni-curcumin材料、对比例3的Co-curcumin材料、对比例4中的Cu-curcumin材料的XRD图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步地说明。

一、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的实施例

实施例1

本实施例的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，包括Ti₃C₂T_x MXene纳米片以及固定在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上的Zn-MOF材料，Zn-MOF材料由Zn²⁺和姜黄素在Ti₃C₂T_x MXene纳米片自组装形成本实施例的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料由实施例2中的制备方法制得。

二、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法的实施例

实施例2

本实施例的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将20mg Ti₃C₂T_x MXene纳米片分散在由N,N-二甲基乙酰胺(8.0mL)和无水乙醇(2.0mL)组成的混合溶剂中，超声1h，超声的功率为200W；

2)将姜黄素(120mg，0.325mmol)和Zn(OAc)₂·2H₂O(108mg，0.492mmol)加入到含有Ti₃C₂T_x MXene的混合溶剂中，得到混合分散液；

3)在室温下搅拌混合分散液4h，然后将混合分散液转移到35ml厚壁耐压瓶中，在75℃下连续搅拌72h进行自组装反应，离心，取沉淀用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，然后在60℃下干燥24h，即得。

对比例1

本对比例的Zn-MOF材料的制备方法，包括以下步骤：

将姜黄素(120mg，0.325mmol)和Zn(OAc)₂·2H₂O(108mg，0.492mmol)加入到N,N-二甲基乙酰胺(8.0mL)和无水乙醇(2.0mL)组成的混合溶剂中，在室温下搅拌72h，离心，取沉淀用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，然后在60℃下干燥，得到Zn-MOF材料。

对比例2

本对比例的材料的制备方法，与对比例的区别仅在于：将对比例1中的Zn(OAc)₂·2H₂O替换为等摩尔量的Ni(OAc)₂·4H₂O，未述及内容与对比例1一致，得到Ni-curcumin材料。

对比例3

本对比例的材料的制备方法，与对比例的区别仅在于：将对比例1中的Zn(OAc)₂·2H₂O替换为等摩尔量的Co(OAc)₂，未述及内容与对比例1一致，得到Co-curcumin材料。

对比例4

本对比例的材料的制备方法，与对比例的区别仅在于：将对比例1中的Zn(OAc)₂·2H₂O替换为等摩尔量的Cu(OAc)₂·H₂O，未述及内容与对比例1一致，得到Cu-curcumin材料。

三、本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料作为体外抑菌材料的应用的实施例

实施例3

将实施例2制备的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料作为光热疗法体外抑制金黄色葡萄球菌和/或大肠杆菌中光热试剂的应用。

实施例4

将实施例2制备的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料作为光热疗法创面愈合中光热试剂的应用。

四、实验例

以下实验例中的Zn-MOF材料采用对比例的方法制得，Ti₃C₂Tx Mxene纳米片为实施例2中采用的Ti₃C₂Tx Mxene纳米片，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料采用实施例2的方法制得。

实验例1

形貌和微观表征

1)分别采用FESEM、TEM和HR-TEM研究对Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料进行分析，结果如图1a～1e所示，根据分析结果研究它们的纳米结构和晶体组成。

从图1a和图1b中可以看到，Zn-MOF材料被固定在Ti₃C₂T_x纳米片的片层结构表面上，表明Ti₃C₂T_x纳米片的引入不影响Zn-MOF材料的形成。此外，TEM图像进一步证实了Zn-MOF材料与Ti₃C₂T_x之间的紧密连接(图1c和1d)。从图1e中可以看到，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的晶格间距为0.22nm，对应于Ti_5.73C_3.72(JCPDS 77-1089)的(014)晶面。

2)分别对Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料进行XRD分析，结果如图2a所示。

从图2a中可以看出，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的XRD谱图在6.66°处有一个很强的峰，对应于(002)晶面且Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF材料的XRD谱图与文献一致。Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的PXRD谱图由Zn-MOF材料和Ti₃C₂T_x MXene纳米片的特征衍射峰组成，证明Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料是由Zn-MOF材料和Ti₃C₂T_x MXene纳米片组成的。同时，在Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料中，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的(002)峰移动到5.9°，这是Ti₃C₂T_x MXene纳米片层间距的增加和层厚的减小的结果。

参考文献：Hongmin Su,Fuxing Sun,*Jiangtao Jia,Hongming He,Aifei Wangand Guangshan Zhu*,A highly porous medical metal–organic frameworkconstructed from bioactive curcumin,Chem.Commun.,2015,51,5774.

3)分别采用FT-IR对Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料进行分析，结果如图2b所示。

从图2b中可以看到Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料和Zn-MOF材料具有相似的特征峰，该特征峰主要是姜黄素的特征峰，-OH的伸缩振动在3100～3600cm^-1范围，2930cm^-1处特征峰对应于姜黄素结构中的C-H振动，1602cm^-1处的峰与苯环伸缩振动有关，1506cm^-1处为C＝O振动峰，1280cm^-1处为芳香C-O振动峰，1026cm^-1处为C-O-C伸缩振动峰，在1428cm^-1的特征峰与C-H弯曲振动有关，此外，465cm^-1处的特征峰代表Zn-MOF材料中Zn-O的振动；在Ti₃C₂T_xMXene纳米片的FT-IR光谱图中，3440cm^-1和550cm^-1处的吸收峰分别代表-OH基团的伸缩振动，在1635cm^-1和1390cm^-1处的峰分别代表C＝O和C-F基团的振动。

4)分别对Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料三个样品进行N₂吸附-等温测试，结果如图2c所示。

从图2c中的吸附量计算得到：Zn-MOF材料的BET比表面积为1994.7m²·g^-1，而Ti₃C₂T_x MXene纳米片的比表面积仅为30.05m²·g^-1，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的比表面积为1972.1m²·g^-1，与Zn-MOF材料相比，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的引入降低了Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的比表面积。吸附-等温测试是将三个样品先在CH₂Cl₂中浸泡72小时，每天更换新鲜溶剂3～5次，然后在100℃下真空脱气处理12小时再进行测试。

5)通过XPS技术分析Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料中的化学结构和组分，它们的XPS全谱图如图2d所示。

从图2d中可以看到，Zn-MOF材料中检测到Zn、C和O三种主要元素，在Ti₃C₂T_x MXene纳米片中检测出了Ti、C、O和F元素，除C和O外，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料中还发现了Zn和Ti元素，XPS全谱中同时出现Zn 2p和Ti 2p信号证明Zn-MOF材料成功固定在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上。

实验例2

光热性能分析

分别将1mL的Zn-MOF材料、Ti₃C₂Tx Mxene纳米片和不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的水的分散液加入到1.5mL离心管中作为待测样品，将1mL的去离子水加入到1.5mL离心管中作为对照样品，用近红外光(808nm，1.0W·cm^-2)分别照射待测样品、对照样品15min，实验和计算结果如图3a～3d所示。

由图3a可知，在近红外光的照射下，Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(100μg·mL^-1)的光热性能显著提高，近红外光照射15分钟后，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的温度为49.7℃，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热温度达到68.0℃，远高于Zn-MOF材料的34.9℃，而去离子水的温度上升幅度可以忽略不计，可见，在近红外光照射15min后，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的光热温度介于Zn-MOF材料和Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热温度之间，50℃是正常细胞和生物组织能够承受的温度，因此Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料可以作为生物材料进行使用；由图3b可知，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的光热效应随着浓度的增加而逐渐增强；由图3c可知，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(100μg·mL^-1)的τ_s值为368.8s，光热转换效率为32.6％；由图3d可知，对Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料(100μg·mL^-1)进行五个加热/冷却循环，在这五个循环中没有发现Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料存在明显的温度降低的情况，因此本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料具有很好的光热稳定性。τ_s和热转换效率的计算公式如下：

Q_S＝hSΔT_s，h

Q_W＝hSΔT_w，h

其中，ΔT_t,c为冷却曲线中不同时间的分散液温度；ΔT_min,c为冷却曲线中分散液的最终温度；ΔT_s,c为冷却曲线中分散液的变化温度；t为冷却曲线中的时间；τ为t–(-lnθ)图的斜率；c为水的比热容；m为分散液的质量；ΔT_s,h为加热曲线中分散液的变化温度；ΔT_w,h为加热曲线中水的变化温度；I为激光功率；A808为分散液在808nm处的吸光度；η为光热转换效率。

实验例3

抗菌性能分析

将两组不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的液体培养基中与5×10⁶CFU·mL^-1的菌悬液混合在肉汤(LB)培养基中。第一组培养基用近红外光NIR(+)(808nm，1W·cm^-2)照射15分钟，第二组培养基不用近红外NIR(-)照射，然后将两组培养基均在37℃下培养24小时，每隔2小时用酶标仪测量96孔板600nm处的吸光度(OD₆₀₀)，然后用OD₆₀₀值与时间的关系绘制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌细菌的生长曲线。

①用菌落计数法测定第一组和第二组Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的抑菌性能：将100μL浓度为5×10⁶CFU·mL^-1菌悬液和100μL不同浓度的Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片或Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料加入96孔板中，然后将上述第一组培养基置于近红外(808nm，1W·cm^-2)照射15分钟，第二组置于黑暗中15分钟，培养8h后，将100μL的菌悬液稀释10⁴倍，转移到琼脂平板上，在37℃培养8h，计数菌落，再根据下式计算抑菌率，结果见图4a～4f：

由图4b、图4e可知，在没有近红外(NIR)照射的情况下，Ti₃C₂T_x MXene纳米片的含量增加没有明显抑制金黄色葡萄球菌的生长活性，且生长曲线与近红外照射后的曲线相似；由图4a、图4c、图4d、图4f可知，Zn-MOF材料和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的含量与其抑菌效果呈现明显的正相关关系，在前6h内，金黄色葡萄球菌的生长完全被抑制，这可能是由于Zn-MOF材料释放的Zn²⁺和姜黄素能够杀灭培养基中的细菌，在近红外光照射后，Zn-MOF材料具有与未照射的Zn-MOF组相似的抑菌活性，即使浓度达到200μg mL^-1，仍有部分菌株存活，而Ti₃C₂T_x MXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料经近红外光照射后抑菌能力明显增强。200μg·mL^-1的Ti₃C₂T_x MXene纳米片可抑制金黄色葡萄球菌在前8h内的生长，这是因为Ti₃C₂T_x MXene纳米片在近红外诱导下的加热效应能有效提高其抑菌性能，而悬浮液的OD₆₀₀值在8h后升高，表明单一的PTT抑菌过程只导致部分细菌死亡；在近红外照射下，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的抑菌性能优于Zn-MOF材料和Ti₃C₂T_x MXene纳米片；即使在100μg·mL^-1浓度下，近红外照射下的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料也能完全抑制金黄色葡萄球菌的生长，说明本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料抑制金黄色葡萄球菌的效果较好。

将上述菌落计数法中的金黄色葡萄球菌换成大肠杆菌，其他条件不变，测试结果如图5a～5f所示，可以看到，Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料分散液培养后的大肠杆菌在不同条件下的生长曲线与金黄色葡萄球菌相似。

②为进一步验证Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的有效性，采用平板计数法测定第一组NIR(+)和第二组NIR(-)中的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的细菌存活率，增加PBS缓冲液培养金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的对照组，其他实验条件同菌落计数法。实验过程及结果如图6a～6d所示，可以看到，第一组中Zn-MOF材料分散液培养后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌存活率分别为10.81％和9.17％。第二组中Zn-MOF材料分散液培养后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌存活率分别为13.96％和10.46％。可以看到，第一组中Zn-MOF材料分散液培养后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌仅在近红外光照射后，细菌计数没有明显减少，说明近红外光照射对细菌活力没有影响。也就是说，仅有Zn²⁺离子和姜黄素的作用，不能完全杀灭细菌。第二组中Ti₃C₂T_x MXene纳米片分散液培养后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的存活率分别为96.88％和95.60％，表明Ti₃C₂T_x MXene纳米片没有明显的抑菌活性。在近红光外照射后，第一组中Ti₃C₂T_x MXene纳米片分散液培养后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌存活率分别下降到12.61％和11.77％，这是由于Ti₃C₂T_x MXene纳米片的光热作用。第二组中，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x分散液培养后的金黄色葡萄球菌(19.51％)和大肠杆菌(33.49％)的细菌活力高于Zn-MOF材料分散液培养后的金黄色葡萄球菌(13.96％)和大肠杆菌(10.46％)的细菌活力。而近红外光照射后的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的抑菌率接近100％，说明Zn-MOF材料和Ti₃C₂T_x MXene纳米片在近红外光照射后具有协同抑菌作用。

实验例4

Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的姜黄素和Zn²⁺的释放速率研究

将2mg的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料分散在40mL的PBS缓冲液(0.01M，pH＝7.4)中，在37℃下搅拌48h，分别在搅拌的第2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h时，取1mL溶液，离心并取上清液，采用紫外-可见分光光度法和电感耦合等离子体原子发射光谱法分别测定上清液中姜黄素和Zn²⁺的浓度，测试结果如图7a和图7b所示，姜黄素和Zn²⁺表现出相似的释放趋势，在前10h内，姜黄素和Zn²⁺的释放速率增幅明显，24h后趋于平缓，在第48h，姜黄素和Zn²⁺的释放浓度分别是9.40μg·mL^-1和2.78μg·mL^-1，姜黄素和锌离子的缓慢释放有利于长效抑菌。

实验例5

电子自旋共振测试

对Zn-MOF材料、Ti₃C₂T_x MXene纳米片、Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料三个样品分别进行电子自旋共振(ESR)测试，其中2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMP)用作捕集剂捕获¹O₂。测试过程如下：在近红外光(808nm，1W·cm^-2)照射下，分别向TEMP溶液(0.02mg·mL^-1)中加入2mg的上述样品，照射15分钟，使用ESR光谱仪分别检测样品产生的活性氧¹O₂，测试结果如图8所示，可以看到，Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在近红外光照射后的强度明显高于Zn-MOF材料和Ti₃C₂T_x MXene纳米片的强度，即Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料表面产生¹O₂的能力最强，¹O₂能与生物分子例如DNA、脂类、氨基酸和蛋白质等快速反应造成DNA的损伤，氨基酸氧化以及蛋白失去功能，因此本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料具有具有优异的抑菌性能。

实验例6

Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的体外相容性

生物相容性是评价生物医用抑菌药物临床应用潜力的重要标准，因此，本发明采用3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯四唑溴化铵(MTT)法评估Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料对小鼠成纤维细胞L929的生物相容性和毒性的影响，具体的步骤如下：

首先，将细胞接种于细胞的密度为8000个/孔的96孔板中，在37℃、5％的CO₂中培养24小时；然后用不同浓度(0、12.5、25、50、100和200μg·mL^-1)的Zn-MOF材料、Ti₃C₂TxMXene纳米片和Zn-MOF@Ti₃C₂Tx Mxene杂化材料培养细胞24h，然后用PBS缓冲液冲洗细胞3次；再将新鲜培养基中的MTT溶液加入到每个孔中，在37℃下培养4h，去除培养基，加入200μL的二甲基亚砜(DMSO)，得到测试液，用酶标仪测定测试液在490nm和630nm处的吸光度，计算得到L929的细胞的存活率。

测试结果如图9所示，可以看到，Zn-MOF材料培养的细胞活力随着物质浓度的增加而明显降低，相比之下，Ti₃C₂T_x MXene纳米片分散液培养后的细胞能够维持较高的存活率(95％)，当浓度为100μg·mL^-1时，Zn-MOF@Ti₃C₂Tx杂化材料的活性(85.4％)高于Zn-MOF材料(68.3％)，表明本发明的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的生物相容性较好。

实验例7

分别对Zn-MOF材料和对比例2～4中的Ni-curcumin材料、Co-curcumin材料、Cu-curcumin材料进行XRD测试，测试结果如图10所示，可以看到，只有Zn²⁺和姜黄素反应可形成金属-MOF材料。

Claims (10)

1.一种Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，其特征在于，包括Ti₃C₂T_x MXene纳米片以及固定在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上的Zn-MOF材料；所述Zn-MOF材料由Zn²⁺和姜黄素自组装形成。

2.根据权利要求1所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料，其特征在于，所述Zn-MOF材料在Ti₃C₂T_x MXene纳米片上原位自组装形成。

3.一种如权利要求1或2所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将分散有锌盐、姜黄素、Ti₃C₂T_x MXene纳米片的混合分散液在70～80℃下进行自组装反应。

4.根据权利要求3所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，其特征在于，在70～80℃进行自组装反应前，将所述混合分散液在室温下搅拌混合3～5h。

5.根据权利要求3所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，其特征在于，所述自组装反应的反应时间为70～90h。

6.根据权利要求3所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，其特征在于，所述姜黄素和Ti₃C₂T_x MXene纳米片的质量比为6:(0.8～1.2)；所述姜黄素和锌盐的摩尔比为1:(1.4～1.6)。

7.根据权利要求3所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料的制备方法，其特征在于，所述混合分散液的混合溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和无水乙醇；所述N,N-二甲基乙酰胺和无水乙醇的体积比为4:(0.8～1.2)；每1mg的Ti₃C₂T_x MXene纳米片对应采用的混合溶剂的体积为0.5mL。

8.一种如权利要求1或2所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在制备体外抑菌或创面愈合光热试剂中的应用。

9.根据权利要求8所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在制备体外抑菌或创面愈合光热试剂中的应用，其特征在于，所述应用为Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在制备体外抑制革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌光热试剂中的应用。

10.根据权利要求9所述的Zn-MOF@Ti₃C₂T_x杂化材料在制备体外抑菌或创面愈合光热试剂中的应用，其特征在于，所述革兰氏阴性菌为大肠杆菌；所述革兰氏阳性菌为金黄色葡萄球菌。