基于ZIF-8的复合抗菌材料的制备及其应用研究
近年来，细菌感染引起的疾病以及耐药菌的出现严重威胁人类的健康，也给世界经济带来了巨大损失。非传统抗菌材料的出现能够有效克服抗生素滥用所带来的细菌耐药性的问题。因此，研究制备出一种高效、安全、不易产生耐药性的新型抗菌材料成为了当前研究热点。沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）是通过Zn（Ⅱ）与2-甲基咪唑自组装制备而成的一种多孔金属有机框架，具有良好的生物相容性、孔隙率高、负载量大、易修饰等优点，被广泛应用于物质载体。此外，ZIF-8本身具有抗菌活性，主要来源于咪唑类抗菌有机配体以及Zn2+。因此，ZIF-8是制备复合抗菌材料的理想载体。但是，目前基于ZIF-8的复合抗菌材料多为单一方法抗菌，抗菌效果有限，开发两种或两种以上抗菌方法协同作用的抗菌策略对抗菌应用具有重大的研究意义。本文以ZIF-8为载体，首先合成了表面均匀负载广谱抗菌剂银纳米粒子（AgNPs）的复合颗粒，解决了AgNPs容易发生聚集导致其抗菌活性降低或者消失的问题；为了进一步提高材料的抗菌性能，在纳米复合颗粒内部包裹有机光热分子，制备了化学/光热杀菌联合抗菌材料，并证明其具有优异的抗菌活性。 本论文的研究内容分为以下两部分： 第一部分，基于ZIF-8载体，利用聚多巴胺（PDA）的较强依附性以及弱还原性，将PDA包覆的ZIF-8颗粒表面吸附Ag+，进而原位还原生长AgNPs，制备了ZIF-8/PDA/AgNPs纳米复合颗粒。通过调节反应物盐酸多巴胺（HDA）、硝酸银的浓度以及反应时间，调控纳米复合颗粒的形貌。当加入25mM的HDA和0.13mg/mL的硝酸银时，能够获得厚度约为26nm的PDA壳层，表面均匀负载尺寸约为23nm的AgNPs的纳米复合颗粒。该方法很好的实现了AgNPs在ZIF-8表面的均匀负载，解决了AgNPs不稳定、易聚集的问题。此外，ZIF-8/PDA/AgNPs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度（MIC）均为8μg/mL，具有良好的抗菌活性。 第二部分，利用ZIF-8中Zn2+与ICG的磺酸基的配位作用，在ZIF-8内部包裹具有光热响应的吲哚菁绿（ICG）分子，使用上一章的方法，在ICG@ZIF-8表面负载一层PDA壳层，进而原位还原硝酸银得到ICG@ZIF-8/PDA/AgNPs纳米复合颗粒。当加入3.6mM的ICG和0.065mg/mL的硝酸银时，能够获得形貌均一、光热效果好且均匀负载着AgNPs的复合材料。体外光热转化实验发现，经过5min的808nm近红外光照后，250μg/mL的ICG3.6@ZIF-8/PDA/AgNPs可以快速升温至69.5℃，比相同浓度的ICG3.6@ZIF-8/PDA和ICG3.6@ZIF-8升温高出7.6和16.4℃，说明PDA壳层和AgNPs也能够在一定程度上提高纳米材料的光热转化效率。进一步，抗菌实验发现，经过20min的近红外光照后，100μg/mL的ICG3.6@ZIF-8/PDA/AgNPs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭活率均达到了100%。在无光照条件下，ICG3.6@ZIF-8/PDA/AgNPs也具有一定抗菌活性，说明复合材料不仅是通过光热作用抑制细菌生长，材料本身的化学抗菌性能（来自于AgNPs）也同样发挥了关键作用。通过扫描电子显微镜观察细菌的形貌变化，发现ICG3.6@ZIF-8/PDA/AgNPs大量聚集在细菌细胞表面，经过近红外光照后，局部温度增加，细菌的细胞膜发生破损，从而达到灭菌效果。总之，与单一方法的抗菌材料相比，化学/光热协同作用大大提高了抗菌效果，为进一步发展复合抗菌材料提供了理论依据。
复合抗菌材料;沸石咪唑酯骨架;银纳米粒子;制备工艺;抗菌性能;光热效应
吉林大学
硕士
物理化学
姜珊
2020
中文
TB347
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）