CN116019908A - 一种抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒及其光催化特性在细菌生物膜感染中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒及其光催化特性在细菌生物膜感染中的用途。具体公开了抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒及其制备方法，具体公开了所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备治疗细菌生物膜感染、促进伤口愈合、抑制细菌耐药菌的药物中用途。本发明的纳米颗粒仅需可见光即可释放大量活性氧实现抑菌效果，能够促进伤口快速愈合。

Description

一种抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒及其光催化特性在细菌生物膜感染中的用途
技术领域
本发明属于纳米技术和生物医药的交叉领域，特别是涉及一种纳米颗粒的光催化特性在细菌生物膜感染的治疗中的应用。
背景技术
随着抗生素的广泛应用，细菌产生的耐药性已成为临床上的难题之一，给人类的健康带来了巨大的威胁。细菌的耐药性主要来源于两个方面：细菌细胞水平的获得性耐药性和细菌生物膜固有的环境耐受性。传统抗生素的研发是通过筛选可抑制游离态细菌的合成化合物和天然化合物进行，一方面，已知化合物的种类有限，而天然化合物合成困难，导致抗生素的研发困难；另一方面，以游离细菌为目标的抗生素对细菌生物膜的作用非常有限，并且无法避免细菌细胞水平耐药性的产生。因此，可替代抗生素且不易诱发耐药性的新型抗菌剂成为研究重点。
多种纳米材料表现出优异的抗菌性能，纳米材料可通过与细菌直接接触破坏其完整性、产生活性氧、光热和光动力途径杀死细菌，与传统抗生素干扰细菌新陈代谢的作用机制截然不同，不易诱发耐药性。
当前开发的纳米抑菌剂中，直接接触类纳米抗菌剂在复杂的生理环境中应用受限；需要近红外或紫外光源的光热和光动力类纳米抗菌剂的应用需光源仪器，成本较高且应用受限。
发明内容
针对现有技术的方案，本发明所要解决的问题是如何在更简单通用的条件下，实现普通可见光照射下实现接触性抗菌效果。本发明提供的在可见光照射下具有优异光催化活性的Cu2WS4纳米颗粒在这一方面表现出极大的优势，在可见光照射下，Cu2WS4纳米颗粒高效产生活性氧，杀死细菌，抑制细菌生物膜的形成，促进伤口愈合。
本发明一个方面提供了一种抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒，所述晶体通过以下方法制备：
S1)配制CuBr溶液：将CuBr分散在巯基乙酸水溶液中；
S2)配制(NH4)2WS4溶液：在(NH4)2WS4的水溶液中加入NH3·H2O，获得(NH4)2WS4溶液：
S3)将S1)和S2)获得的溶液混合后加热反应，分离后获得Cu2WS4纳米颗粒。
进一步地，S3)中加热反应温度为120-160℃。
进一步地，(NH4)2WS4的水溶液的浓度为1-100mM/L，优选为10mM/L。
进一步地，CuBr溶液的浓度为每1mM CuBr分散于9mL 0.1M巯基乙酸水溶液中。
本发明另一个方面提供了上述抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备治疗细菌生物膜感染的药物中用途。
进一步地，所述细菌生物膜感染为金黄色葡萄球菌生物膜感染。
本发明另一个方面提供了上述抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备促进伤口愈合的药物中用途。
本发明另一个方面提供了上述抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备抑制细菌耐药菌的药物中用途。
进一步地，所述菌耐药菌为金黄色葡萄球菌耐药菌。
本发明再一个方面提供了一种促进伤口愈合的药物，所述药物包含上述抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒作为活性成分。
本发明再一个方面提供了一种促进伤口愈合的方法，所述方法包括在伤口表面施用上述抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒。
本发明再一个方面提供了一种抑制细菌生物膜感染的方法，所述方法包括在细菌生物膜感染表面施用上述抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒。
本发明公开了一种基于Cu2WS4纳米颗粒光催化特性的细菌生物膜感染治疗方法。如图1所示，在可见光照射下，具有2.45eV能带隙的Cu2WS4纳米颗粒可高效产生活性氧，杀死细菌，抑制细菌生物膜形成，治疗伤口处细菌生物膜感染并促进伤口愈合。
有益效果：
发明基于Cu2WS4纳米颗粒在可见光下优异的光催化特性杀死金黄色葡萄球菌，抑制其生物膜形成，利用Cu2WS4纳米颗粒治疗伤口处金黄色葡萄球菌生物膜感染并促进伤口愈合。
附图说明
图1.在可见光照射下Cu2WS4纳米颗粒产生活性氧杀死细菌，抑制细菌生物膜形成示意图。
图2.Cu2WS4纳米颗粒结构示意图。(a)TEM图像；(b)高分辨TEM图像；(c)高角度环场暗场扫描TEM图像和元素映射图像。
图3.Cu2WS4纳米颗粒基本性质表征。(a)能带隙；(b)价带；(c)谱带位置和活性氧生成能力示意图；(d)活性氧诱导的对苯二甲酸荧光光谱。
图4.Cu2WS4纳米颗粒对金黄色葡萄球菌生物膜形成的抑制。(a)结晶紫染色的金黄色葡萄球菌生物膜照片；(b)结晶紫染色法定量测定金黄色葡萄球菌生物膜；(c)共聚焦显微镜拍摄金黄色葡萄球菌生物膜荧光图像；平板法计数金黄色葡萄球菌生物膜的(d)图像和(e)活性曲线。
图5.Cu2WS4纳米颗粒对金黄色葡萄球菌生物膜感染的治疗。金黄色葡萄球菌生物膜感染伤口的(a)图片和(b)面积统计；(c)治疗4天后感染部位细菌菌落形成单位；(d)治疗4天后感染部位病理切片的显微图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1Cu2WS4纳米颗粒的制备方法
将1mM(NH4)2WS4溶解于100mL超纯水中；将1mM CuBr分散于9mL 0.1M巯基乙酸水溶液中；1将mL NH3·H2O加入搅拌中的(NH4)2WS4溶液中，然后与CuBr溶液混合，分装入微波反应管中，140℃反应4小时；离心纯化获得Cu2WS4纳米颗粒。
对Cu2WS4纳米颗粒进行表征，结果见图2和图3；图2为Cu2WS4纳米颗粒结构示意图。其中a为Cu2WS4纳米颗粒TEM图像；b为Cu2WS4纳米颗粒高分辨TEM图像；c为Cu2WS4纳米颗粒高角度环场暗场扫描TEM图像和元素映射图像。
实施例2Cu2WS4纳米颗粒对金黄色葡萄球菌生物膜形成的细胞试验
金黄色葡萄球菌复苏和短期保存于LB培养基板，用前挑取单菌落接种于LB培养基，在37℃和220rpm条件下振荡培养12小时；过夜培养的金黄色葡萄球菌用添加了1％葡萄糖的LB培养基调整浓度为2×107CFU/mL，加入96孔板中，每孔100μL；96孔板中分别加入100μL不同浓度的Cu2WS4纳米颗粒分散液(添加了1％葡萄糖的LB培养基稀释)；
37℃静置孵育24小时；金黄色葡萄球菌生物膜形成的分析。结果见图4，其中a为结晶紫染色的金黄色葡萄球菌生物膜照片；b为结晶紫染色法定量测定金黄色葡萄球菌生物膜；c为共聚焦显微镜拍摄金黄色葡萄球菌生物膜荧光图像；d为平板法计数金黄色葡萄球菌生物膜的图像，e为活性曲线。
实施例3：Cu2WS4纳米颗粒对金黄色葡萄球菌生物膜感染伤口的治疗效果动物试验
6-8周龄的雌性Balb/c小鼠麻醉后，剃去背部毛发，建立一个直径约为4mm的伤口，并滴加100μL浓度为1×107CFU/mL的金黄色葡萄球菌；
小鼠随机分为两组，分别给予生理盐水凝胶和Cu2WS4纳米颗粒凝胶；
每日给药，4次后，将小鼠处死，分离伤口部位，计数金黄色葡萄球菌并利用病例切片查看愈合情况。结果见图5，其中a为金黄色葡萄球菌生物膜感染伤口的图片，b为面积统计；c为治疗4天后感染部位细菌菌落形成单位；d为治疗4天后感染部位病理切片的显微图像。
本发明基于Cu2WS4纳米颗粒在可见光下优异的光催化特性杀死金黄色葡萄球菌，抑制其生物膜形成，利用Cu2WS4纳米颗粒凝胶治疗伤口处金黄色葡萄球菌生物膜感染并促进伤口愈合。

Claims (10)

1.一种抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒，其特征在于，所述晶体通过以下方法制备：
S1)配制CuBr溶液：将CuBr分散在巯基乙酸水溶液中；
S2)配制(NH4)2WS4溶液：在(NH4)2WS4的水溶液中加入NH3·H2O，获得(NH4)2WS4溶液：
S3)将S1)和S2)获得的溶液混合后加热反应，分离后获得Cu2WS4纳米颗粒。
2.权利要求1所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备治疗细菌生物膜感染的药物中用途。
3.根据权利要求2所述用途，其特征在于，所述细菌生物膜感染为金黄色葡萄球菌生物膜感染。
4.权利要求1所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备促进伤口愈合的药物中用途。
5.权利要求1所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒在制备抑制细菌耐药菌的药物中用途。
6.权利要求5所述用途，其特征在于，所述细菌耐药菌为金黄色葡萄球菌耐药菌。
7.一种促进伤口愈合的药物，其特征在于，所述药物包含权利要求1所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒作为活性成分。
8.根据权利要求7所述的药物，其特征在于，所述药物为外用药物。
9.一种促进伤口愈合的方法，所述方法包括在伤口表面施用权利要求1所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒。
10.一种抑制细菌生物膜感染的方法，所述方法包括在细菌生物膜感染表面施用权利要求1所述的抗细菌生物膜感染的Cu2WS4纳米颗粒。
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