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技术

本发明专利技术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MnO

A nanocomposite based on enzyme degradation enhanced photothermal removal of bacterial biofilm and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于纳米抗生物膜
，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。
技术介绍
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（IEEETrans.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。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案为：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；步骤4：将MnO2-amylase-PEG纳米片的水溶液加入吲哚菁绿ICG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-ICG纳米片。优选地，所述步骤1中，MnO2纳米材料为MnO2纳米片，MnO2纳米片的粒径为20~200nm。优选地，所述淀粉酶amylase为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、异淀粉酶的一种或多种；所述聚乙二醇PEG为mPEG-SH、mPEG-COOH、mPEG-NH2HCl、mPEG-OH的一种或多种。优选地，所述步骤2中，MnO2纳米材料的水溶液的浓度为1~100μg/mL，所述淀粉酶amylase的水溶液的浓度为10~1000μg/mL；所述MnO2纳米材料的水溶液和amylase的水溶液的体积比为1：0.5~5。优选地，所述步骤3中，MnO2-amylase纳米片的水溶液的浓度为1~100μg/mL，所述聚乙二醇PEG的水溶液的浓度为10~1000μg/mL，MnO2-amylase纳米片的水溶液和聚乙二醇PEG的水溶液的体积比为1：0.5~5。优选地，所述步骤4中，MnO2-amylase-PEG纳米片的水溶液的浓度为1~100μg/mL，所述吲哚菁绿ICG的水溶液的浓度为2~200μg/mL，MnO2-amylase-PEG纳米片的水溶液和吲哚菁绿ICG的水溶液的体积比为1：0.5~5。优选地，所述步骤2-4中，搅拌均在室温下采用磁力搅拌器进行，搅拌时间为0.5-12h；离心的条件为6000~18000rpm，离心的时间为45min；离心纯化的条件为6000~18000rpm，离心纯化的时间为45min，离心纯化的次数为3次。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应用，所述纳米复合材料的抗菌表现为杀死生物膜内细菌，并清除细菌生物膜。进一步的，当细菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA时，MnO2-amylase-PEG-ICG纳米片的作用浓度为5~100μg/mL。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）、本专利技术不含抗生素，通过ICG的光热效果清除细菌，不易产生细菌耐药问题。（2）、细菌生物膜微环境响应性能。MnO2纳米片可在细菌生物膜弱酸性条件下降解，实现amylase和ICG的可控释放，对于细菌生物膜具有特异性识别能力，有助于减小细菌清除过程中对正常细胞的毒副作用。（3）、细菌生物膜EPS降解性能。amylase可以降解EPS中的多糖组分，能够破坏生物膜的整体结构，减少其对光热治疗试剂的阻碍作用，有利于将细菌暴露在周围环境中，从而增强ICG的光热杀菌效果。（4）、低的毒副作用。本专利技术采用MnO2纳米片作为载体，降解后的Mn离子容易从身体排除，而天然的amylase也可以被人体降解，ICG是获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的试剂，潜在毒性较小。附图说明图1是本专利技术实施例1验证MAPI纳米片的生物相容性的结果示意图；图2是本专利技术实施例2验证MAPI纳米片的抗生物膜性能的结果示意图，其中：（a）和（c）分别是实施例2验证MAPI纳米片的抗生物膜性能的结晶紫染色照片及对应的生物膜生物量，（b）和（d）分别是实施例2验证MAPI纳米片的抗生物膜性能的涂板照片及涂板数据统计；图3是本专利技术实施例3验证MAPI纳米片的抗生物膜性能的扫描电子显微镜（SEM）图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1MnO2-amylase-PEG-ICG（MAPI）纳米片的制备1.MnO2纳米片的制备取0.6gMnCl2·4H2O（3mM）晶体于50mL反应瓶中，加入10mLH2O。取12mLTMA·OH（四甲基氢氧化铵，12mM）溶液，加入2mLH2O2（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料，其特征在于，纳米复合材料为淀粉酶amylase、聚乙二醇PEG、吲哚菁绿ICG修饰的MnO

【技术特征摘要】
1.一种基于酶降解增强光热清除细菌生物膜的纳米复合材料，其特征在于，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。


2.一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，其特征在于，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；
步骤4：将MnO2-amylase-PEG纳米片的水溶液加入吲哚菁绿ICG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-ICG纳米片。


3.根据权利要求4所述的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，其特征在于，所述步骤1中，MnO2纳米材料为MnO2纳米片，MnO2纳米片的粒径为20~200nm。


4.根据权利要求2所述的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，其特征在于，所述淀粉酶amylase为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、异淀粉酶的一种或多种；所述聚乙二醇PEG为mPEG-SH、mPEG-COOH、mPEG-NH2HCl、mPEG-OH的一种或多种。


5.根据权利要求2所述的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，其特征在于，所述步骤2中，MnO2纳米材料的水溶液的浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇文力辉，汪联辉，甘思钰，修尉峻，仇球，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32