[发明专利]一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料及其制备方法与应用，该纳米复合材料是由淀粉酶（amylase）、聚乙二醇（PEG）、吲哚菁绿（ICG）修饰的MnO₂纳米片（即MnO₂‑amylase‑PEG‑ICG NSs，简称MAPI）。该材料可以通过amylase降解生物膜胞外聚合物（EPS），破坏生物膜结构，进而增强ICG的光热杀菌效果。本发明所提供的MAPI具有良好的稳定性和优异的生物膜内细菌杀灭作用，而且细胞毒性小，满足生物医药应用的基本条件。

技术领域

本发明属于纳米抗生物膜技术领域，特别涉及一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

细菌感染对人类健康构成严重威胁，每年在美国造成200多万例疾病和超过 23,000例死亡。其中，约80％的人类细菌感染病与活体组织上形成的生物膜有关。在生物膜中，细菌通过自我合成的EPS结合在一起，EPS通常由多糖、蛋白质和胞外DNA（eDNA）组成。在这种粘性和牢固框架的保护下，生物膜内的细菌对抗生素、宿主免疫防御和环境压力的抗性明显比游离细菌更强。细菌生物膜如果无法完全被根除，往往会导致持续感染，甚至死亡。因此，如何有效清除细菌生物膜是医疗界亟待解决的难题。

另外，近年来抗生素的滥用导致细菌产生耐药性，从而使抗生素疗效大大降低。因此，效果优异的新型抗菌剂越来越受到人们的关注。随着纳米生物医学的不断发展，细菌感染疾病的新疗法应运而生：将生物方法与纳米技术相结合，设计新型纳米抗菌材料，更好的治疗细菌生物膜感染病。当前纳米材料用于治疗细菌生物膜的主要策略包括（IEEE Trans.Nanobiosci., 2016, 15, 294.）：（1）纳米材料作为载体，将药物递送到生物膜内部；（2）纳米材料自身作为抗菌剂，通过释放金属离子来破坏细菌的蛋白质或DNA；（3）通过基于纳米材料磁热或光热性质的热疗来杀死生物膜内的细菌；（4）在纳米材料表面修饰带负电的分子增强其对生物膜的渗透能力等。但是，目前的纳米技术中存在以下几个问题：缺乏对生物膜靶向能力、副作用较大、EPS的阻碍导致疗效较差。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料及其制备方法与应用，该方法选取具有在低pH条件下降解性能的MnO₂纳米片作为载体，负载具有降解EPS功能的amylase、提高材料生物相容性的PEG及具有优异光热性能的ICG，制备MAPI纳米片。MAPI纳米片中的MnO₂在生物膜的酸性环境下降解，释放amylase和ICG，降解EPS中的多糖以破坏细菌生物膜EPS中的多糖结构，同时增强近红外光热杀菌效果，从而实现细菌生物膜的有效清除。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料，纳米复合材料为淀粉酶amylase、聚乙二醇PEG、吲哚菁绿ICG修饰的MnO₂纳米片MAPI。

一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备MnO₂纳米材料的水溶液；

步骤2：将MnO₂纳米材料的水溶液加入淀粉酶amylase的水溶液，并搅拌，将得到的溶液离心，将离心得到的沉淀分散在水中，继续离心纯化，得到MnO₂-amylase纳米片；

步骤3：将MnO₂-amylase纳米片的水溶液加入聚乙二醇PEG水溶液，并搅拌，将得到的溶液离心，将离心得到的沉淀分散在水中，继续离心纯化，得到MnO₂-amylase-PEG纳米片；