CN116019833A - 一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纳米管技术领域，尤其涉及一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用，本发明提供的多壁碳纳米管材料具备体外抗革兰氏阳性菌的药效，并且对于体内耐药金黄色葡萄球菌肺部急性感染显现较好的抗菌作用和安全性，本发明提供的多壁碳纳米管的抗菌作用不仅为临床抗细菌感染和抗耐药菌感染提供了新抗菌材料，更为将来开发该多壁碳纳米管提供了抗菌谱的数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管技术领域，尤其涉及一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用。
背景技术
病原菌感染导致人类和动物死亡逐年上升，全球范围内因病原菌感染的人类死亡发生率占据世界第一。尽管抗菌药物在细菌性疾病治疗和农牧业发展中的作用不容忽视，细菌对抗菌药物耐药/耐受性的现象和接踵而至的耐药菌感染爆发限制了现有抗菌药物的使用。抗菌药物耐药性问题严重危害全球经济发展，抗菌药物失效危机已严重危害到人类和动物健康。新型抗菌材料的开发迫在眉睫，老药新用，新材料抗菌作用是在耐药时代背景下，迫切需要开发的以应对耐药性问题的关键方向。
发明内容
本发明提供一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用，用以解决现有技术存在的上述问题，本发明涉及的碳纳米管抗革兰氏阳性菌的抗菌应用，不仅为临床抗细菌感染和抗耐药菌感染提供了新抗菌材料，更为将来开发该多壁碳纳米管提供了抗菌谱的数据支撑。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用。
本发明涉及的碳纳米管是一类纳米材料，该材料除了具备本身的纳米材料特性和吸附能力以外，本发明主要提供了碳纳米管对抗十种常见病原菌和耐药菌的抗菌药效，实验发明碳纳米管可以有效抑制革兰氏阳性细菌，同时能够显著抑制耐药菌株，为临床耐药菌感染的治疗提供了新的解决思路。
进一步地，所述碳纳米管为选自可溶于亲油性溶剂的碳纳米管。
进一步地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
上述方案中，本发明通过建立多壁碳纳米管体外体内的抗菌模型，检测了该多壁碳纳米管在体外对十种细菌的抗菌药效，发现多壁碳纳米管对五种革兰氏阳性菌均有较好的抗菌效果，但是对革兰氏阴性菌效果不佳，说明多壁碳纳米管材料具备体外抗革兰氏阳性菌的药效，并且通过体内实验得出，多壁碳纳米管对于体内耐药金黄色葡萄球菌肺部急性感染显现较好的抗菌作用和安全性。本发明涉及的多壁碳纳米管抗革兰氏阳性菌的抗菌应用，不仅为临床抗细菌感染和抗耐药菌感染提供了新抗菌材料，更为将来开发该多壁碳纳米管提供了抗菌谱的数据支撑。
进一步地，所述多壁碳纳米管的直径为10nm-30nm。
进一步地，所述多壁碳纳米管的特征拉曼光谱包括四个特征峰，分别位于1250cm-1-1450cm-1、1500cm-1-1750cm-1、2500cm-1-2800cm-1、2850cm-1-3000cm-1。
进一步地，所述多壁碳纳米管可以通过石墨电弧法、催化热解法或激光蒸发法制备得到。
进一步地，所述革兰氏阳性菌包括金黄色葡萄球菌和李斯特菌。
进一步地，所述革兰氏阳性菌包括耐药的革兰氏阳性菌。
进一步地，所述革兰氏阳性菌包括金黄色葡萄球菌S.aureus ATCC29213、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSAST9、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA AR1、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA T144和李斯特菌1344。
更进一步地，所述革兰氏阳性菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA T144。
进一步地，所述应用的方法是将所述碳纳米管加入至含有所述革兰氏阳性菌的培养基中。培养基可以为LB琼脂、MHA培养基等。
进一步地，所述碳纳米管在所述培养基中的浓度为125μg/ml-500μg/ml。可选地，所述碳纳米管在所述培养基中的浓度可以为125μg/ml、150μg/ml、175μg/ml、200μg/ml、225μg/ml、250μg/ml、275μg/ml、300μg/ml、325μg/ml、350μg/ml、350μg/ml、375μg/ml、400μg/ml、425μg/ml、450μg/ml、475μg/ml或500μg/ml等。可以理解地，通过将所述碳纳米管在所述培养基中的浓度限定在合理的范围值内，可以达到有效抗菌效果。
进一步地，所述多壁碳纳米管对所述革兰氏阳性菌的抗菌率≥50％。
进一步地，所述多壁碳纳米管在浓度为500μg/ml下，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSAT144的抗菌率为100％。
根据本发明的第二方面，本发明还提供一种上述的碳纳米管在抗革兰氏阳性菌药物中的应用。
进一步地，抗革兰氏阳性菌药物可以采用本领域的常规方法制备成各种剂型，如片剂、丸剂、滴丸、胶囊剂、颗粒剂、粉剂、栓剂、散剂、膏剂、贴剂、注射液、溶液、混悬液、喷雾剂、洗剂、滴剂、擦剂和乳剂等剂型。
本发明的优点：
本发明提供一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用，该应用利用已制备的多壁碳纳米管材料，建立碳纳米管体外体内的抗菌模型，检测了该多壁碳纳米管在体外对十种细菌的抗菌药效，发现多壁碳纳米管对五种革兰氏阳性菌均有较好的抗菌效果，但是对革兰氏阴性菌效果不佳。这些革兰氏阳性菌中包括了耐药金黄色葡萄球菌和胞内寄生菌李斯特菌。选取对多壁碳纳米管最敏感的MRSAT144菌株，利用该菌株感染小鼠，建立肺部感染模型，进一步检测该多壁碳纳米管的体内抗菌效果，发现在有效抗菌浓度下，24小时内该多壁碳纳米管毒性低，并且抗菌效果很好。本发明提供的多壁碳纳米管材料具备体外抗革兰氏阳性菌的药效，并且对于体内耐药金黄色葡萄球菌肺部急性感染显现较好的抗菌作用和安全性，该发明提供的多壁碳纳米管的抗菌作用不仅为临床抗细菌感染和抗耐药菌感染提供了新抗菌材料，更为将来开发该多壁碳纳米管提供了抗菌谱的数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一中多壁碳纳米管的透射电镜图；
图2是本发明实施例一中多壁碳纳米管的拉曼光谱图；
图3是本发明实施例一中多壁碳纳米管抗10种病原菌的抗菌效果图；
图4是本发明实施例一中多壁碳纳米管抗10种病原菌的抗菌率对比图；
图5是本发明实施例二中对照组、治疗组和感染组的小鼠存活率对比图；
图6是本发明实施例二中多壁碳纳米管在不同浓度下对感染MRSA T144的小鼠的体内抗菌率对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一体外试验
本实施例通过透射电镜(图1)和拉曼光谱(图2)，以便于了解多壁碳纳米管的大小、形态、结构等。
如图1所示，多壁碳纳米管的直径为10nm，如图2所示，多壁碳纳米管的特征拉曼光谱包括四个特征峰，分别位于1350cm-1、1600cm-1、2700cm-1、2850cm-1。
本实施例提供了一种多壁碳纳米管抗革兰氏阳性菌的抗菌新应用。应用实验步骤包括：S1，多壁碳纳米管抗菌药效检测方法的建立；S2，利用扫描电镜和拉曼光谱确定多壁碳纳米管的形态和结构；S3，多壁碳纳米管体外抗菌药效检测；S4，多壁碳纳米管大蜡螟体内抗菌检测和安全性检测。
本实施例首先建立了多壁碳纳米管的点样法体外抗菌率的检测。如图3所示，检测了多壁碳纳米管对抗十种常见病原菌和耐药菌的抗菌药效，这些病原菌包括五种革兰氏阳性菌：金黄色葡萄球菌S.aureus ATCC29213，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSAST9、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA AR1、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA T144菌株、李斯特菌1344和五种革兰氏阴性菌：大肠杆菌ATCC25922，肺炎克雷伯菌1202，鸭源鸡杆菌，鲍曼不动杆菌ATCC17988，绿脓杆菌PAO370。上述病原菌的来源：来自于本实验室储存。
抗菌实验过程为：将一定浓度的多壁碳纳米管与病原菌充分混合后，取10毫升菌悬液点样到LB平板或血平板上，16小时后观察菌落生长情况，通过检测点样法上菌落数，定量统计不同浓度多壁碳纳米管对十种常见病原菌的抑菌率，从而可以直观观测到多壁碳纳米管的抗菌效果。
在上述实施例的基础上，如图4所示，抗菌检测结果发现多壁碳纳米管抗革兰氏阳性菌，且对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA T144的抗菌效果最佳。
进一步地，本实施例还提供了多壁碳纳米管抗菌呈现浓度依赖的方式，多壁碳纳米管的抗菌效率随着多壁碳纳米管的浓度从125μg/ml、250μg/ml、500μg/ml逐渐增高，其抗菌率也逐渐从10％提高到100％不等。
进一步地，通过比较多壁碳纳米管抗菌率的变化发现，多壁碳纳米管对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌MRSA T144最敏感，在浓度为500μg/ml条件下，多壁碳纳米管对MRSAT144的抗菌率达到100％。
实施例二体内试验
在实施例一的基础上，利用对多壁碳纳米管最敏感的菌株MRSA T144，建立小鼠肺部感染模型，MRSA菌株(109CFU/只)滴鼻感染小鼠肺部，感染6小时后，加入不同浓度多壁碳纳米管进行治疗。进一步提供了多壁碳纳米管体内的抗菌药和安全性的有效探测。随机选取7组雌雄各半的小鼠，每组6只，分别设定对照组(空白对照，生理盐水，多壁碳纳米管单独作用)、治疗组(125μg/ml、250μg/ml、500μg/ml浓度多壁碳纳米管治疗0-96小时)、感染组(MRSA T144109CFUs感染0-96小时)，向小鼠体内分别接种上述对照组、治疗组合感染组的试剂。
进一步地，如图5所示，首先探测了对照组(空白对照，生理盐水，多壁碳纳米管单独作用)、治疗组(125μg/ml、250μg/ml、500μg/ml浓度多壁碳纳米管治疗0-96小时)、感染组(MRSA T144 109CFUs感染0-96小时)中，小鼠的存活率，画出存活曲线，由图5可以看出，多壁碳纳米管在治疗病菌感染时24小时内，小鼠存活，说明在有效抗菌浓度下，24小时内该多壁碳纳米管毒性低。
在上述实施例的基础上，基于小鼠的存活曲线，建立了多壁碳纳米管的安全使用范围，制定了MRSA T144感染时间为4小时，多壁碳纳米管治疗时间为12小时的实验方案，分别测试多壁碳纳米管在浓度为125μg/ml、250μg/ml、500μg/ml条件下的体内抗菌率，如图6所示，发现多壁碳纳米管的体内抗菌率高达50％以上，并且依然呈现出浓度依赖的抗菌模式。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种碳纳米管抗革兰氏阳性菌的应用。
2.根据权利要求所述的应用，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述碳纳米管的直径为10nm-30nm。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述革兰氏阳性菌包括金黄色葡萄球菌和李斯特菌。
5.根据权利要求1或4所述的应用，其特征在于，所述革兰氏阳性菌包括耐药的革兰氏阳性菌。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述革兰氏阳性菌包括金黄色葡萄球菌S.aureus ATCC29213、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSAST9、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSAAR1、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSAT144和李斯特菌1344。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述革兰氏阳性菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA T144。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用的方法是将所述碳纳米管加入至含有所述革兰氏阳性菌的培养基中。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述碳纳米管在所述培养基中的浓度为125μg/ml-500μg/ml。
10.一种权利要求1-9任一项所述的碳纳米管在抗革兰氏阳性菌药物中的应用。
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| US20210289791A1 (en) * | 2018-07-30 | 2021-09-23 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Biopolymer-coated two-dimensional transition metal chalcogenides having potent antimicrobial activity |
| CN114053473A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-18 | 昆明理工大学 | 一种四氧化三铁复合纳米酶抗菌剂的制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-12-29 CN CN202211718035.XA patent/CN116019833A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210289791A1 (en) * | 2018-07-30 | 2021-09-23 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Biopolymer-coated two-dimensional transition metal chalcogenides having potent antimicrobial activity |
| CN114053473A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-18 | 昆明理工大学 | 一种四氧化三铁复合纳米酶抗菌剂的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PASQUALINA LAGANÀ ET AL.: ""Is the Antibacterial Activity of Multi-Walled Carbon Nanotubes(MWCNTs) Related to Antibiotic Resistance? An Assessment in Clinical Isolates"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH》, vol. 18, 3 September 2021 (2021-09-03), pages 1 - 11 * |
| 杨玺等: ""多壁碳纳米管抗菌性研究"", 《化工新型材料》, vol. 45, no. 12, 31 December 2017 (2017-12-31), pages 183 - 185 * |
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