壳聚糖修饰的磁性异质结构及其在抑菌方面的应用制造技术

本发明专利技术提供一种壳聚糖修饰的磁性异质结构，是在层状碳结构上均匀分布有四氧化三铁纳米颗粒，构成层状碳材料‑四氧化三铁异质结构，壳聚糖包被在所述层状碳材料‑四氧化三铁异质结构上；所述层状碳材料为氧化石墨烯二维材料。本发明专利技术提出的磁性异质结构，利用壳聚糖修饰的磁性异质结构对红外光的响应，克服了传统宽带半导体光催化材料需加紫外光源的局限性；利用了层状碳材料和四氧化三铁纳米复合体的高比表面积和磁性，可以增加其和病原菌的接触面积,富集细菌，提高抑菌效果。本发明专利技术的材料对革兰氏阴性菌和阳性菌都具有较好的抑菌效果；所述壳聚糖修饰的磁性异质结构还具有较好的正常细胞生物相容性。

Chitosan modified magnetic heterostructure and its application in bacteriostasis

The invention provides a heterostructure magnetic chitosan modified Fe3O4 nanoparticles, is uniformly distributed in the layered structure of carbon, a layered carbon material ferroferric oxide heterostructures, chitosan coated on the layered carbon material ferroferric oxide heterostructures; the layered carbon material graphene oxide two-dimensional materials. The magnetic heterostructures provided by the invention, the response of the infrared heterostructures using magnetic chitosan modified, which overcomes the limitations of traditional broadband UV light source with semiconductor photocatalytic materials; using high surface layered carbon materials and complex product and magnetic ferroferric oxide, can increase the contact area, and pathogens the enrichment of bacteria, improve the antibacterial effect. The material of the invention has good bacteriostatic effect on Gram negative bacteria and positive bacteria, and the chitosan modified magnetic heterostructure also has good biocompatibility of normal cells.

【技术实现步骤摘要】
壳聚糖修饰的磁性异质结构及其在抑菌方面的应用
本专利技术属于生物医药材料领域，具体涉及一种以壳聚糖修饰的抑菌材料及其应用。
技术介绍
病原微生物引起的感染性疾病对人类健康造成很大的影响。抗生素对于革兰氏阴性和阳性菌有比较好的抑菌效果，被认为是治疗细菌感染的首选药物。但抗生素的滥用导致细菌的耐药性越来越强。寻找新的潜在抗菌材料和开发先进的治疗策略变得越来越重要和迫切。无机材料抗菌剂因其合成比较方便、耐热性好、生物稳定性比较好、抑菌谱广等优点而具有广阔的发展前景。无机抗菌材料中研究较多的是宽带半导体光催化抗菌剂(如二氧化钛，氧化锌等)以及金属离子抗菌剂(如银离子、铜离子等)。单一的二氧化钛或氧化锌的抗菌性能并不好，通常需要与其他具有抗菌性能的物质复合，且需要在紫外光照的条件下才能表现出比较好的抗菌效果，使用浓度也比较大，使其广泛应用受到一定的限制。金属离子抗菌剂成本较高，稳定性差，对人体有一定毒性。壳聚糖是对革兰氏阴性和革兰氏阳性菌都具有良好抗菌作用的聚合物。在生物医学等领域有着广泛的应用。二维层状材料是层内以较强的共价键或者离子键结合、而层间则是依靠较弱的范德华力堆叠在一起的一种新型材料。。二维层状碳材料比表面积大，表面有很多含氧基团，有良好的水溶性和生物相容性，且在近红外区有一定吸收，能有效地将红外光转换为热而用于光热治疗[Terentyuketal.,J.BiomedicalOptics,2009,14,021016]。基于二维层状碳材料，进行抗菌材料和治疗药剂的研究，也因而具有令人期待的前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术不足之处，提供一种壳聚糖修饰的磁性异质结构。本专利技术的另一目的是提出所述壳聚糖修饰的磁性异质结构的应用。实现本专利技术上述目的的技术方案为：一种壳聚糖修饰的磁性异质结构，是在层状碳结构上均匀分布有四氧化三铁纳米颗粒，构成层状碳材料-四氧化三铁异质结构，壳聚糖包被在所述层状碳材料-四氧化三铁异质结构上；所述层状碳材料为氧化石墨烯二维材料。其中，所述磁性异质结构中，氧化石墨烯二维材料、四氧化三铁、壳聚糖的质量比为100：1～10：50～200。进一步用地，本专利技术所述的壳聚糖修饰的磁性异质结构，其是通过以下方法制备而得：1)将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，制成壳聚糖溶液；2)羧基化氧化石墨烯(GO-COOH)与三价铁盐混合，在180～220℃下反应；通过磁分离收集固体产物，并将其重悬于去离子水中；3)步骤2)所得产物与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)混合，在气体保护下活化氧化石墨烯上的羧基，活化时间为4-6小时；再加入步骤1)所制壳聚糖溶液室温反应两天。可选地，步骤1)中，所述乙酸溶液浓度为0.01～0.1mol/L，壳聚糖与乙酸溶液的质量体积比为0.1g：10～20mL；其中，步骤2)中，羧基化氧化石墨烯按质量体积比0.01g：0.10～2mL溶于有机溶剂中，并加入pH调节剂；所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、正丁醇、异丁醇、丙三醇中的一种；所述pH调节剂为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、柠檬酸、醋酸钠、醋酸中的一种或二种，羧基化氧化石墨烯与pH调节剂的质量比为0.01：0.2～0.3。更进一步地，步骤2)加热反应后用乙醇清洗反应所得混合液，再将混合液置于8000-14000D的透析袋中透析两天，通过磁分离收集产物。本专利技术所述壳聚糖修饰的磁性异质结构在抑菌方面的应用。本专利技术的材料对革兰氏阴性菌和阳性菌都具有较好的抑菌效果。优选应用于对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制。应用所述壳聚糖修饰的磁性异质结构进行抑菌的方法，其特征在于，用近红外光照射所述壳聚糖修饰的磁性异质结构。本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用壳聚糖修饰的磁性异质结构材料的多功能性来达到很好的抑菌效果。本专利技术通过水热法成功合成了一种壳聚糖修饰的磁性异质结构。这是一种新型的多功能抑菌剂。实验发现其在近红外光照下对革兰氏阴性菌(如大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(如金黄色葡萄球菌)都具有比较好的抑菌作用。本专利技术提出的磁性异质结构的有益效果在于：1.利用壳聚糖修饰的磁性异质结构对红外光的响应，克服了传统宽带半导体光催化材料需加紫外光源的局限性；2.利用了层状碳材料和四氧化三铁纳米复合体的高比表面积和磁性，可以增加其和病原菌的接触面积,富集细菌，提高抑菌效果；3.本专利技术的材料对革兰氏阴性菌和阳性菌都具有较好的抑菌效果；4.所述壳聚糖修饰的磁性异质结构还具有较好的正常细胞生物相容性。附图说明图1是壳聚糖修饰的磁性异质结构的形貌和光谱图。图1a为透射电镜图、图1b为紫外-可见吸收光谱、图1c为红外光谱、图1d为X射线光电子能谱。图2是壳聚糖修饰的磁性异质结构的的磁性测量曲线。图3是壳聚糖修饰的磁性异质结构的不同材料在近红外光照下的光热吸收曲线。图4是壳聚糖修饰的磁性异质结构的光热抑菌活性测定。图5是大肠杆菌和金黄色葡萄球菌经过材料作用和红外照射后的透射电镜图。图6是壳聚糖修饰的磁性异质结构的NIH3T3细胞生物相容性测量。具体实施方式以下通过具体实施例来说明本专利技术壳聚糖修饰的磁性异质结构材料及其诸方面的性能。实施例中使用的原料中，1、大肠杆菌ATCC25922、金黄色葡萄球菌ATCC6538购自北京中原公司。2、固体LB培养基配方：10g/L胰蛋白胨，5g/L酵母提取物，10g/L氯化钠，15g/L琼脂，高压蒸汽灭菌20min。3、液体LB培养基配方：10g/L胰蛋白胨，5g/L酵母提取物，10g/L氯化钠，高压蒸汽灭菌20min。下述实施例中细菌悬浮液制备法为：无菌操作，使用接种环将两种细菌接种于LB培养基中，37℃、150rpm过夜培养。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。实验例1壳聚糖修饰的磁性异质结构的制备及其表征首先是将0.1g壳聚糖溶解于14mL0.04M的乙酸溶液中，超声分散后得壳聚糖溶液，备用。将10mgGO-COOH溶解于0.5mL乙二醇溶液中，再加入0.2830g醋酸钠和270mg氯化铁均匀混合。接着将上述混合液转移至反应釜中，200℃条件下加热10小时。反应结束后，用乙醇进行清洗，并将混合液转移至透析袋(MWCO8000-14000)中，缓慢透析两天。最后，通过磁分离收集固体产物，并将其重悬于去离子水中。然后取出7mL上述合成的GO-IO，加入1mL0.5M的EDC和1mL0.96M的NHS，混合均匀。在氮气的保护下活化GO上的羧基，活化时间为4小时。加入上述配置的壳聚糖溶液后，同样将上述混合液转移至透析袋(MWCO8000-14000)中，缓慢透析两天。最后，通过磁分离收集产物。根据产物的XPS的元素分析图，得出各自元素对应的百分比，结果为C1s:72.712％；N1s:3.643％；O1s:22.120％；Fe2p:1.526％.N1s元素在异质结构中原子比为3.643％，因此可计算出壳聚糖在异质结构中的百分比为41.9％。另外，通过ICP-OES对异质结构中的铁元素含量检测，得出Fe元素的浓度为413μg/mL，进一步得出Fe3O4在异质结构中的浓度为570μg/mL。结合XPS分析结果，计算出异质结构的浓度为27.1mg/mL。因此，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖修饰的磁性异质结构，其特征在于，是在层状碳结构上均匀分布有四氧化三铁纳米颗粒，构成层状碳材料‑四氧化三铁异质结构，壳聚糖包被在所述层状碳材料‑四氧化三铁异质结构上；所述层状碳材料为氧化石墨烯二维材料。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖修饰的磁性异质结构，其特征在于，是在层状碳结构上均匀分布有四氧化三铁纳米颗粒，构成层状碳材料-四氧化三铁异质结构，壳聚糖包被在所述层状碳材料-四氧化三铁异质结构上；所述层状碳材料为氧化石墨烯二维材料。2.根据权利要求1所述的聚糖修饰的磁性异质结构，其特征在于，所述磁性异质结构中，氧化石墨烯二维材料、四氧化三铁、壳聚糖的质量比为100：1～10：50～200。3.根据权利要求1或2所述的壳聚糖修饰的磁性异质结构，其特征在于，是通过以下方法制备而得：1)将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，制成壳聚糖溶液；2)羧基化氧化石墨烯与三价铁盐混合，在180～220℃下反应；通过磁分离收集固体产物；3)步骤2)所得产物与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺混合，在气体保护下活化氧化石墨烯上的羧基，活化的时间3～6小时；再加入步骤1)所制壳聚糖溶液室温反应两天。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蓉，伊斯拉·阿哈默德，贾星航，王琛，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11