[发明专利]一种具有持续抗菌效果的双纳米酶抗菌剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种双纳米酶抗菌剂(Au‑Fe₃O₄@DMSNs)，通过负载的金纳米与四氧化三铁两种纳米酶之间的级联反应生成羟基自由基·OH进行杀菌，由于使用的是纳米酶而不是天然酶，避免了天然酶受环境影响失活的问题，而两种纳米酶同时分散负载在介孔二氧化硅中保证了纳米酶之间的联系能够进行级联反应，同时因为介孔二氧化硅的阻隔避免了纳米酶常见的因团聚而导致的失活现象。本发明制备方法简单，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及纳米酶抗菌剂，具体涉及一种具有持续抗菌效果的双纳米酶抗菌剂及其制备方法，属于抗菌材料的制备技术领域。

背景技术

创伤愈合(wound healing)是指机体遭受外力作用，皮肤等组织出现离断或缺损后的愈复过程，损伤的程度及组织的再生能力决定修复的方式、愈合的时间及瘢痕的大小。通过人体自身的愈合能力来实现伤口的痊愈耗时长且容易受外界影响。例如，在身体表面产生创伤后如不及时处理伤口暴露在空气中，不仅会与外界接触时对伤口产生进一步伤害，伤口表面残留的细菌或者外界的细菌病毒更有可能进入伤口导致伤口感染恶化。各种致病微生物及其变异使创伤愈合更具挑战性，造成伤口感染延缓伤口愈合时间，这已影响了数百万人并造成数十亿的经济损失。应对感染伤口的抗菌材料需要及时清楚外来感染细菌和病毒，同时不会对伤口产生危害，促进伤口的愈合。因此，促进创面愈合的优质抗菌材料一直是国内外学者关注的热点。

对于促进伤口愈合的药物，抗生素因其高效的抗菌性而被广泛使用，在数十年的临床医疗应用中挽救了无数患者的生命，带来了革命性的影响，并且至今还在大范围的使用着。但经过几十年的使用以至滥用，产生的一系列耐药菌、超级细菌却产生了更大的问题。拥有广谱抗菌活性的银离子或银纳米粒子由此被研究以用于替代抗生素成为新的抗菌剂，但其较高的毒性限制了在实际创伤中的应用。即使在众多的研究中成功在保留部分抗菌活性的同时尽量抑制毒性，它对于伤口本身还是有着损伤。除此以外，市面上普通的伤口敷料会存在黏附伤口的问题，在去除敷料时将附着撕裂伤口，会对伤口产生二次伤害。

研究发现，在细胞代谢过程中，氧参与一系列反应，最终转化为活性氧(ROS)，如羟基自由基(·OH)、过氧化氢自由基(·OOH)、H₂O₂等。这些ROS是细胞在创面周围原位产生的，由于其高氧化能力，具有抗菌活性，可促进创面愈合。其中·OH是一种有效的抗菌剂，已应用于正常伤口愈合。虽然细胞自然产生的·OH在体内含量相对较低，但在葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶等特殊的天然酶的作用下，可由外源性底物葡萄糖或H₂O₂代偿产生。这种与上述两种酶协同作用的生产过程称为级联反应，葡萄糖分子首先转化为H₂O₂，然后再转化为·OH。在·OH的作用下，细菌的细胞膜容易与其他细胞还原性分子反应而破坏，增加氧化应激，从而抑制细菌的感染。

在决定使用·OH作为抗菌的有效因子后，如何使用易失活不易保存的·OH成为一个重要难题。·OH的产生可以由酶类的催化活性分解底物进行获得，而双氧水也有着易失活不易保存的特点，由此葡萄糖可作为双氧水的上一级底物，通过分解产生双氧水再次分解产生·OH进行抗菌。在上述过程中，可以由酶的级联反应轻松完成，即由葡萄糖氧化酶催化分解葡萄糖产生双氧水，再由过氧化物酶催化分解双氧水产生·OH进行抗菌。然而其中葡萄糖酶与过氧化物酶可以由自然界提取，但天然酶有自身的活性范围，容易受外界环境的影响导致失活，同时天然酶的提纯复杂、成本高昂和不易保存的问题使得纳米酶被用于作为天然酶的替代品模拟上述酶的活性进行生产。

两种纳米酶之间的协同作用，即一种酶的产物是另一种酶的底物，被成为级联反应，但是在这两种酶之间并非只有促进和协同，两种酶之间也存在着相互影响。并且虽然纳米酶相较天然酶具有对外界条件更好的稳定性，但是本身会随着时间流失由于粒子间的团聚而造成失活现象。因此，纳米酶之间的协调与活性的稳定也是必须解决的难题。

发明内容