[发明专利]一种季铵盐化荧光硅点及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种季铵盐化荧光硅点，它包括一个含硅元素的纳米颗粒和共价接枝在纳米颗粒表面的烷基甜菜碱。本发明还公开了前述季铵盐化荧光硅点的制备方法及其在抗菌和细菌成像方面的应用。与现有技术相比，本发明利用烷基甜菜碱，一步反应就对表面带有氨基的硅点季铵盐化，在保持硅点良好水溶性的同时，又赋予硅点优良的选择性抗菌和细菌成像效果。除此之外，季铵盐化的硅点还具有纯净度高、无需外加荧光标记、稳定性好、制备成本低等优点。

技术领域

本发明属于生物纳米材料技术领域，具体涉及一种季铵盐化荧光硅点及其制备方法与应用。

背景技术

在20世纪初，细菌感染性疾病是全世界导致死亡最主要原因。由于抗微生物剂的出现，在过去的一个世纪中感染性疾病的发病率和死亡率大幅下降。然而，细菌耐药性的出现对已有抗生素的使用造成重大威胁。人们努力通过发现新的抗生素和对既有抗微生物药物进行化学修饰来解决抗微生物药物的耐药性问题。不幸的是，新的抗微生物药物开发速度赶不上病原微生物耐药菌出现的频率。研究表明，抗微生物纳米材料不会引起病原菌产生耐受性，是解决这一难题的一种有效策略之一。与传统抗生素相比，抗微生物纳米制剂在降低急性毒性、克服耐药性和降低成本等方面具有许多独特的优势。纳米材料的抗菌活性主要归因于其高表面积体积比和独特的化学-物理特性。文献中报道应用于抗生素领域的纳米颗粒有：(1)基于贵金属的纳米颗粒：包括金纳米颗粒，银纳米颗粒，铜纳米颗粒，合金纳米颗粒等；(2)基于氧化石墨烯的颗粒；(3)基于脂质体、高分子等的纳米颗粒；(4)其他纳米颗粒：如二氧化硅、多肽纳米颗粒等。

另一方面，要使抗生素发挥最大药效，临床要求必须准确且快速区分细菌。目前按照革兰氏染色法可以将细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。这两类细菌的细胞壁结构显著不同，导致这两类细菌在染色性、抗原性、毒性、对某些药物的敏感性等方面的很大差异。所以首先区分病原菌是革兰氏阳性菌还是阴性菌，在选择抗生素方面意义重大。目前，革兰氏染色法仍然是最常见的区分和检测这两类细菌的方法，但是其需要用肉眼通过显微镜观察，所以会出现视觉误差，而且操作过于复杂。为了解决这些问题，1938年，日本科学家Ryu报道了一种基于氢氧化钾快速鉴别革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的方法(J.Jpn.Soc.Vet.Sci.,1938,17,31)，但不能用于同时存在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌样品的检测。1990年，美国科学家Sizemore报道了一种基于麦胚凝集素(wheat germagglitinin，WGA)的荧光染料，可以选择性地对革兰氏阳性菌成像(Appl.Environ.Microbiol.,1990,56,2245)，但有时也可以对革兰氏阳性菌有成像效果(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2014,111,7807)。近些年，也有一些研究将对革兰氏阳性菌有特效的抗生素(如万古霉素、达托霉素)修饰到不同材料上，从而实现对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的区分(ACS Nano,2011,5,8834；ACS Appl.Mater.Interfaces 2013,5,10874)，但引入抗生素进行细菌检测，可能会引起耐药细菌的产生。另外，这些抗生素对两类细菌的区分程度并不高。因此，亟需发明一种快速有效且方便的区分革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的方法。

本发明引入季铵盐化的硅点来实现细菌检测和抗菌。季铵盐类的抗菌试剂可以破坏细胞膜，被认为不易产生细菌耐药性。硅是地壳中含量仅次于氧、第二丰富的元素，也是人体中必需的元素。因为良好的生物相容性、特殊的光学性质、低生物毒性和容易表面修饰等优势，硅基纳米材料受到人们广泛关注。这其中包括硅纳米线，硅纳米管，硅纳米颗粒以及硅点等。而硅点作为一种零维硅纳米材料，不但继承了硅良好的生物相容性，同时量子尺寸又赋予它良好的荧光性质。硅点可以用于光催化、光学器件、显示材料、生化检测、细胞成像、新型抗癌药物载体等研究领域。由于硅点对细胞、细菌的毒性普遍很低，目前还没有关于硅点抗菌应用的报道。利用硅点制备方便、材料便宜等优点，迫切需要开发基于硅点的新型抗菌试剂。

发明内容